La impresión 3D está pasando de ser un proceso de nicho a una tecnología de fabricación de gran volumen. Evonik suministra materiales personalizados para las principales tecnologías y está impulsando el desarrollo de impresoras de próxima generación.
Se está produciendo un cambio de paradigma en las instalaciones de fabricación industrial. Normalmente, el material plástico debe fundirse y colarse o prensarse en moldes predefinidos para producir el elemento correspondiente. Allí donde estos procesos de conformación encuentran sus limitaciones, los procesos aditivos recogen el testigo: A partir de un plano digital tridimensional, el material se aplica en capas sobre una superficie base. Después de cada aplicación, la superficie se rebaja una fracción de milímetro y se añade otra capa. Muy pronto se produce una estructura tridimensional que corresponde exactamente a la especificación digital, sin necesidad de moldes especiales ni de un extenso procesamiento posterior.
Los procesos aditivos -denominados habitualmente impresión 3D- se han utilizado hasta ahora principalmente para prototipos y modelos. Las ventajas son evidentes: si el resultado no es óptimo, basta con cambiar el conjunto de datos y repetir la impresión. Además, cuando los productos sólo se necesitan en pequeñas series de producción, la fabricación convencional suele ser demasiado laboriosa y costosa; ejemplos de ello son los componentes para vehículos con extras opcionales, las carcasas para máquinas especiales e incluso las pinzas para robots que transportan y embalan objetos delicados y en constante cambio.
La construcción de aviones y la tecnología médica como motores tecnológicos
Desde hace unos años, este nuevo tipo de conformación también se ha establecido en la producción en serie. Entre los motores más importantes están la construcción de aviones y la tecnología médica. En la construcción de aviones, las piezas deben ser ligeras, muy compactas, muy funcionales y también resistentes al calor. En la tecnología médica interviene otro factor: no hay dos personas iguales. Por eso, las prótesis, los medios auxiliares o incluso los dispositivos quirúrgicos deben medirse y adaptarse individualmente. La impresión 3D se utiliza para crear pequeñas ayudas de perforación y aserrado para operaciones de rodilla o audífonos, por ejemplo.
Para los plásticos, la fabricación aditiva es un mercado muy prometedor. Los plásticos son duraderos, fácilmente fusionables y con propiedades casi infinitamente variables, por lo que son idóneos para esta tecnología de vanguardia. Con la poliamida 12 (PA12), Evonik es uno de los principales proveedores mundiales de polvos para la impresión 3D; con la poliamida 613, el Grupo ofrece incluso un material en polvo para su uso en el rango de altas temperaturas. Evonik suministró los primeros polvos de polímero para la fabricación aditiva ya en 1996, estableciendo estándares para los materiales plásticos que siguen siendo válidos hoy en día. Ahora, la empresa de especialidades químicas lanza una verdadera campaña de materiales para tecnologías aditivas. Con una variedad de materiales innovadores de alto rendimiento de la marca INFINAM® del grupo, que van desde materiales reforzados hasta materiales ignífugos y elásticos, Evonik está acercando a la industria de la impresión 3D un paso decisivo hacia la producción en serie.
Impresión 3D para las masas
La impresión 3D se sigue utilizando principalmente para crear adornos o pequeñas piezas que son invisibles para los compradores de automóviles. Esto no es sorprendente, ya que toda nueva aplicación tiene que demostrar primero su valía en áreas menos críticas. La impresión 3D tiene que competir sobre todo con la técnica de moldeo por inyección, ya consolidada, que se ha ido perfeccionando a lo largo de muchos años. Las ventajas de la impresión 3D son que permite libertad de diseño y abre oportunidades completamente nuevas para que los investigadores e ingenieros desarrollen componentes ligeros y creen funciones totalmente nuevas. "Estamos rediseñando por completo las piezas para la impresión 3D, de modo que tengan las propiedades que queremos", dice Monsheimer.
Este proceso se simplifica gracias a uno de los nuevos socios de Evonik, la start-up israelí Castor. El software de la empresa realiza un exhaustivo análisis técnico y económico para determinar cuándo la fabricación aditiva es económica en comparación con los métodos de producción convencionales.
Un componente que se reinventa para la impresión 3D suele tener poco en común con la pieza original. Mientras que una pieza moldeada por inyección tiene que ser pesada y maciza para poder soportar grandes tensiones, una pieza equivalente impresa en 3D puede tener un diseño aparentemente afiligranado compuesto por arcos, puntales y estructuras de panal. Puede soportar las tensiones tan bien como la pieza moldeada por inyección, pero pesa sólo una fracción.
Estas reducciones de peso hacen de la fabricación aditiva una técnica muy interesante para la construcción de aviones. Cada gramo cuenta en este sector, y cada vez hay más demanda de máquinas que consuman menos combustible y sean menos perjudiciales para el clima. Las innovaciones de la fabricación aditiva también son inicialmente discretas en este ámbito. Las Fuerzas Aéreas de Estados Unidos, por ejemplo, utilizan la impresión 3D para producir piezas de repuesto para sus veteranos aviones a reacción.
Escaparate de la impresión 3D
Según Monsheimer, los mayores volúmenes de producción requerirán, más que nada, que la fabricación aditiva sea más rápida. "El proceso será especialmente interesante para la industria del automóvil cuando empecemos a producir decenas de miles o cientos de miles de unidades", afirma. La nueva asociación entre Evonik y la startup estadounidense Evolve podría ser la clave para liberar este potencial. La técnica de la startup, conocida como STEP, funciona básicamente como una impresora láser y, por tanto, alcanza velocidades mucho mayores.
Evonik aporta a la asociación su experiencia de décadas en materiales, una situación en la que todos salen ganando, afirma Sylvia Monsheimer, responsable del segmento de mercado de nuevas tecnologías de impresión 3D: "Podemos desarrollar un nuevo material si tenemos una máquina en la que podamos hacer pruebas. Los demás pueden desarrollar una nueva máquina si tienen un buen material. Y así, el Centro de Tecnología de Aplicaciones de Evonik en Marl ofrece un escaparate del panorama internacional de las impresoras 3D. Además de las máquinas de HP y 3D Systems, en la feria se presentan máquinas de los líderes del mercado alemán EOS y Voxeljet, de la empresa suiza Sintratec y del fabricante chino TPM.
Este profundo conocimiento ayuda al desarrollo de nuevos materiales para los distintos procesos de impresión, afirma Monsheimer. "Dependiendo de los requisitos, necesitamos entre seis meses y dos o tres años para un nuevo material, a veces incluso más". La poliamida 12 (PA12), que se utiliza en innumerables aplicaciones, suele ser la base, y los desarrolladores de materiales de Evonik utilizan aditivos para darle nuevas propiedades. "Los retardantes de llama, por ejemplo, la hacen adecuada para aplicaciones en la industria eléctrica o para componentes en la industria aeroespacial. Y si el material debe ser especialmente estable, incorporamos partículas de vidrio, por ejemplo".
Ofensiva de materiales para la impresión 3D
En Marl también se están creando combinaciones de materiales completamente nuevas. Sólo el año pasado, Evonik presentó el polvo de alto rendimiento PA 613, que combina las ventajas de las poliamidas de cadena larga y corta: Es particularmente estable a la temperatura, fuerte pero flexible, y absorbe poca agua. En 2018, el elastómero INFINAM® TPA (amida termoplástica), que se introdujo en la década de 1980, sirvió de base para un polvo que puede utilizarse para imprimir objetos de consistencia casi similar a la del caucho.
"Ninguna otra empresa del mundo cuenta con tantos métodos de producción de polvo como Evonik", dice Monsheimer. Y muchas cosas que aún no son posibles van a serlo con una nueva tecnología de producción que la empresa adquirió en 2019: la start-up estadounidense Structured Polymers ha desarrollado un proceso que puede pulverizar muchos más materiales de los que Evonik podía hacer antes. Un nuevo polvo de copoliéster INFINAM® TPC, el primer material producido con la innovadora tecnología, es el mejor ejemplo de ello.
Pero los expertos también se ocuparon de otros materiales de partida. Hace aproximadamente dos años, Evonik abrió un nuevo centro de investigación en Singapur, donde los especialistas en formulación trabajan en el desarrollo de fotopolímeros de próxima generación para la estereolitografía. "Todavía hay mucho territorio desconocido en los polímeros", dice Monsheimer. "Desde que empecé aquí, siempre he querido alejarme del principio de 'una empresa - un proceso'. Estoy muy satisfecho de que esto sea exactamente lo que está ocurriendo ahora".
Independientemente de la rapidez con la que la producción aditiva se imponga en la industria, los expertos en polímeros de Evonik están decididos a conquistar sistemáticamente cada nueva aplicación. Esto significa observar la dinámica del mercado, impulsar la innovación y aportar nuestra propia experiencia de manera específica y en una fase temprana. Por encima de todo, Evonik ve la cooperación con los fabricantes de plantas y los usuarios de 3D como una puerta abierta a uno de los mercados futuros más emocionantes para los plásticos de ingeniería y los polímeros de alto rendimiento.
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