Lo mejor de ambos mundos

Para la producción masiva de piezas idénticas, el método de moldeo por inyección no tiene rival. Para crear con rapidez un prototipo o para realizar una pequeña tirada de piezas personalizadas, nada mejor que una impresora 3D. Si se intenta lidiar entre estos dos mundos, uno deberá asumir algunas concesiones. ¿Lo hará?

Entre la producción a gran escala y la creación rápida de prototipos se encuentra todo un mundo de potencial sin explotar. Una brecha de mercado que ni el moldeo por inyección ni la tecnología de impresión 3D actuales pueden cubrir sin incurrir en costes prohibitivos o simplemente inviables. "Los lotes de tamaño más pequeño no llegan a compensar el coste de construir moldes", explica Steve Chillscyzn, director ejecutivo de Evolve Additive Solutions. "Por otro lado, las impresoras 3D convencionales son demasiado lentas para aumentar a tiradas grandes de manera efectiva".

Evolve se propuso llenar este vacío en 2017. Después de años de intenso desarrollo, la empresa emergente con sede en Minnesota ha llegado a una solución que, según cuentan, es más rápida que cualquier otra tecnología aditiva a escala de producción en el mercado actual. Para completar sus primeros sistemas comerciales, Evolve buscaba un socio de automatización fiable que compartiera su visión. Lo encontraron en Hartfiel Automation, un socio de ingeniería y distribución de B&R con sede en Minneapolis.

La plataforma creada por Evolve se llama SVP, que son las siglas en inglés de "scalable volume production" (producción de volumen escalable). En el corazón de la plataforma SVP se encuentra la nueva y revolucionaria técnica aditiva de Evolve denominada proceso electrofotográfico termoplástico selectivo, o simplemente STEP (por sus siglas en inglés). En teoría, el concepto STEP es bastante sencillo: las partes tridimensionales se imprimen como una serie de cortes bidimensionales, que se apilan y fusionan en un elemento de producción totalmente funcional.

El proceso STEP comienza con una conocida técnica de impresión 2D: la deposición electrofotográfica. Como materia prima, utiliza termoplásticos de ingeniería de uso habitual, como el ABS y el nailon, que se micronizan en finas partículas a través de un proceso patentado. Una técnica de eficacia demostrada que emplea materiales de eficacia demostrada, combinados de una manera que nunca antes se había hecho: ello le dio a la plataforma Evolve la velocidad que necesitaba para llevar la flexibilidad del concepto aditivo y los tiempos de espera cortos a la escala de producción.

No obstante, para fabricar piezas funcionales, la plataforma Evolve tendría que ofrecer no solo cantidad, sino también calidad. "Para asegurarnos de que nuestros clientes obtengan el rendimiento que esperan de los materiales elegidos, necesitábamos nuestra solución de control para garantizar un posicionamiento y sincronización extremadamente precisos a medida que las distintas capas se alinean y fusionan", explica John Lees, vicepresidente de ingeniería de Evolve. "Ese rendimiento fiable y repetible es exactamente lo que obtuvimos gracias a nuestra colaboración de ingeniería con Hartfiel y B&R".

Los pasos de alineación y fusión cuentan con un total de seis ejes de control de movimiento: dos que controlan la velocidad y la tensión de la cinta de transferencia y dos para los movimientos horizontal y vertical de las placas de construcción. "La precisión en el posicionamiento y la sincronización son fundamentales para el proceso de apilamiento", comenta Scott Albrecht, vicepresidente de tecnologías de control avanzadas de Hartfiel. "Y los disparadores de microsegundos y la compensación de ondulación en los servoaccionamientos ACOPOS P3 de B&R nos ayudaron a lograr unos resultados realmente excelentes".

Al igual que en el moldeo por inyección, los ciclos de temperatura y presión controlados con precisión son la clave para garantizar unos resultados uniformes de alta calidad. "El B&R Automation PC 3100 nos ofrece una gran potencia de cálculo para coordinar todas las tareas complejas de control de movimiento y temperatura, al tiempo que destaca por ocupar muy poco espacio en el armario", describe Albrecht.

Un escáner de superficie verifica las imperfecciones, que luego se compensan depositando más o menos material en puntos específicos al imprimir la siguiente capa. El resultado es una pieza completamente densa con propiedades uniformes en todas las direcciones. "Nuestras piezas tienen una rugosidad superficial media de solo cinco micrones", explica Lees. "Normalmente ese tipo de acabado puede necesitar una limpieza con chorro de arena, pero gracias a la precisión de control que hemos logrado junto con Hartfiel y B&R, podemos hacerlo sin ningún tipo de posprocesamiento".

Habiendo desarrollado dos primeras iteraciones de su plataforma utilizando otros sistemas de control, en 2020 Evolve recurrió a Hartfiel para completar su primer sistema comercial. "Además de los factores técnicos, lo que realmente nos convenció fue la confianza en la asociación", confiesa Chillscyzn. "Desde el nivel de compromiso de ingeniería que ofrecieron hasta la comprensión que Hartfiel y B&R demostraron de nuestra identidad y hacia dónde se dirige el concepto de aditivo".

Hartfiel colaboró con los ingenieros de Evolve durante meses de intenso desarrollo para ajustar los motores lineales, implementar los controles de alta precisión para la tensión y la velocidad del rollo continuo y sincronizar el movimiento de la placa de construcción. Hartfiel incluso facilitó un esquema eléctrico completo y un diseño de panel y gestionó la certificación UL. "No se limitaron a decirnos 'Aquí tenéis una caja de piezas y listos'", recuerda Lees. "Han demostrado una profunda implicación a lo largo del proyecto y continúan ofreciendo una respuesta rápida para las actualizaciones y adaptaciones en curso".

"Este es el tipo de historia que me encanta escuchar de nuestros socios en todo el país", comenta Patrick McDermott, presidente de B&R North America. "Aporta exactamente lo que estamos buscando: personas que compartan nuestra pasión por resolver desafíos de ingeniería. Una cosa es ofrecer productos de clase mundial. Pero lo que es realmente emocionante es contemplar como un equipo da vida a ese potencial y logra algo que nunca antes se había hecho, como lo ha hecho Hartfiel con Evolve".

El potencial tecnológico también desempeñó un papel importante en el cambio de proveedor. "Vimos un límite aún más alto que podríamos alcanzar con B&R en el futuro", observa Lees, citando los planes para usar la visión artificial de B&R para perfeccionar aún más la alineación del apilamiento como solo un ejemplo. "Con socios como Hartfiel y B&R, estamos entusiasmados de poder liderar el camino hacia una nueva era de fabricación aditiva, donde la tecnología continúe avanzando a pasos agigantados".