El objetivo de esta Plataforma Temática Interdisciplinar del CSIC es crear la colaboración necesaria entre científicos, empresas y sociedad para la implantación efectiva de las tecnologías de Fabricación Aditiva en la Industria 4.0.

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El objetivo de esta Plataforma Temática Interdisciplinar del CSIC es crear la colaboración necesaria entre científicos, empresas y sociedad para la implantación efectiva de las tecnologías de Fabricación Aditiva en la Industria 4.0.

El objetivo de esta Plataforma Temática Interdisciplinar del CSIC es crear la colaboración necesaria entre científicos, empresas y sociedad para la implantación efectiva de las tecnologías de Fabricación Aditiva en la Industria 4.0.

3 ejes

propuestas…

…de proyectos y contratos de éxito con la experiencia y capacidad del CSIC: Diseño y fabricación de materiales para 3D / Post-procesado / control de calidad

reforzar…

…las infraestructuras científicas, técnicas y de recursos humanos del CSIC: impresoras 3D para metales, expertos en diseño de materiales

desarrollar…

…las tecnologías de fabricación aditiva según los principios de Responsabilidad Social de la Ciencia y la Tecnología y los Objetivos de Desarrollo Sostenible

Plataforma Temática Interdisciplinar del CSIC para el desarrollo de la Fabricación Aditiva (FAB3D)

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El objetivo de esta plataforma es coordinar las actividades en fabricación aditiva de los grupos del CSIC y con su inter-colaboración y con la colaboración con empresas y otras organizaciones servir de atractor de fondos de investigación y desarrollo tecnológico que permita la implantación efectiva de las tecnologías de fabricación aditiva en la industria española.

A pesar de su rápida evolución en todo el mundo la fabricación aditiva tiene importantes desafíos para cada aplicación industrial concreta: la calidad de las piezas fabricadas, la falta de materiales de impresión, el postprocesado térmico y superficial y la mejora de la productividad. Estos retos podrían superarse con la ayuda coordinada e interdisciplinar de distintos grupos del CSIC. La vocación de esta PTI es ser la referencia científica y tecnológica de la industria española en su salto de la fabricación tradicional a la nueva fabricación aditiva que se necesita para la llamada cuarta revolución Industrial.

La revolución industrial que está comenzando ahora, la denominada cuarta revolución industrial o industria 4.0 como una forma específica de hablar de neoindustria. El objetivo final es mantener unas factorías competitivas, capaces de desarrollar productos de alto valor añadido y de adaptarse a las necesidades del mercado. La actual producción en masa sigue siendo un paradigma que se va a mantener, pero los grandes costes en maquinaria para productos rígidos o extensivos en mano de obra no permiten que la producción se adapte a los cambios tecnológicos o de consumo a la velocidad del mundo cambiante en el que vivimos.

La producción basada en internet o en demandas generadas automáticamente, personalizadas al usuario, es un paso más a la producción en cadena personalizada de cara a proveer de aquello que el cliente necesita en un mundo cambiante. El objetivo es poder responder de forma rápida a la demanda del cliente, de una forma muy especializada. El tipo de productos a aparecer también ha de cambiar, los dispositivos inteligentes y conectados, la fuerte implementación de sistemas embebidos y el desarrollo de metodologías de comunicación en eso que llamamos el “internet de las cosas” va a cambiar la forma en que interactuamos con los productos, pero también la forma en que los fabricamos.

Este marco, por tanto, tiene como componente fundamental la fabricación flexible y personalización de la producción. Esta nueva forma de fabricar se basa en la fabricación aditiva o fabricación 3D. La impresión 3D unida a la robotización tiene un papel fundamental en este proceso como evolución de los sistemas de fabricación numérica capaces de convertir información del diseño en el producto deseado sin mediar la fabricación y ensayo de herramientas y utillaje, y reduciendo el postprocesado y el exceso de material.

La fabricación aditiva tiene numerosas ventajas que han hecho que esté penetrando de manera significativa en la industria sanitaria, automovilística, aeroespacial, entre otras, puesto que no tiene las restricciones asociadas a los métodos tradicionales de fabricación sustractiva, de conformado y de fundición. Es una nueva tecnología disruptiva en la metalurgia y en general en la fabricación de polímeros y cerámicos.

En el caso de los polímeros la tecnología de la fabricación aditiva es más sencilla y está más madura en aplicaciones prácticas. Sin embargo es necesario ampliar el abanico de materiales disponibles para la impresión, especialmente plásticos de alta resistencia y plásticos reforzados con partículas o fibras. En el caso de los materiales metálicos la tecnología es más costosa puesto que se necesitan, por un lado, tecnologías basadas en láseres para alcanzar las temperaturas de sinterizado o fusión de los metales de interés industrial y, por otro lado, se debe utilizar como material de partida polvos metálicos de tamaño micrométrico y con características (composición química, esfericidad, etc) muy precisas. La fabricación de piezas metálicas estructurales y/o funcionales en acero, acero inoxidable, aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio, etc, no es sencilla ni directa. La aleación del polvo de partida tiene que ser formulada específicamente para que durante la interacción con láser y posterior pos-procesado térmico dé lugar a una aleación con las propiedades mecánicas deseadas. En el caso de la fabricación con materiales cerámicos la tecnología requiere aun de un mayor esfuerzo debido a que la temperatura, gradientes térmicos y tensiones mecánicas son mayores que en los metales.

En todo caso, los grupos participantes de esta PTI ya están trabajando mediante colaboraciones con grupos de otros OPIs, universidades o empresas. Pero lo están haciendo de manera aislada y con las carencias en infraestructuras del CSIC para la fabricación aditiva. Esto hace que sea muy difícil coordinar las competencias del CSIC para poder abarcar todos los aspectos de la fabricación aditiva. Por ejemplo en el caso de la fabricación aditiva de metales, el CSIC cuenta con un atomizador de polvos singular por sus características y capacidad de procesado pero no cuenta con un equipo de sinterizado láser con cama de polvo para poder fabricar probetas o piezas con los polvos que se pueden diseñar y fabricar con dicho atomizador.

La fabricación aditiva requiere de profundos conocimientos (sea cual sea el material que se pretenda imprimir) en varios aspectos del proceso que son muy distintos y solo cuando se coordinan entre ellos se puede lograr un resultado satisfactorio para una aplicación concreta. Por un lado es esencial el diseño y fabricación adecuado del material de partida (sea este polvo de aleación metálica, filamentos poliméricos con refuerzos de partículas o tintas de grafeno, por ejemplo). En segundo lugar es necesario conocer la interacción de este material con la fuente de energía y los parámetros del proceso de impresión 3D (sea este por ejemplo, un láser, un boquilla extrusora o una boquilla de fusión térmica). A continuación para obtener una pieza con las propiedades mecánicas adecuadas se requiere un posprocesado térmico que transforme la microestructura inicial de la pieza tal como es impresa en la microestructura apropiada eliminando además posible defectos, inhomogeneidades o tensiones residuales. En muchos casos es necesario además un posprocesado superficial para mejorar las rugosidad, estado superficial o resistencia a la corrosión de las piezas. Por último, es necesaria la colaboración de expertos en diversos campos (propiedades mecánicas, fatiga, etc) para analizar los resultados y retroalimentar el diseño de los materiales, parámetros de procesado y postratamientos.

Esto justifica la necesidad de un marco de colaboración interdisciplinar que implique y coordine grupos de investigación en diferentes aspectos del proceso de fabricación aditiva, diferentes tecnologías y diferentes materiales.