Cómo la fabricación aditiva está mejorando la industria aeroespacial

Desde los inicios de la fabricación aditiva, los proveedores de hardware y materiales para impresión 3D han identificado a la industria aeroespacial como un mercado clave para sus productos. Las aeronaves, como sistemas altamente complejos con una gran variedad de piezas, se benefician de los avances tecnológicos en herramientas y materiales de producción, especialmente aquellos que permiten reducir el peso o aumentar la resistencia de los componentes. Algunos procesos de impresión 3D afirman lograr ambas cosas.

Lamentablemente, esto no significa que la industria aeroespacial haya adoptado la fabricación aditiva más rápidamente que otras. De hecho, dado que las aeronaves y sus innumerables componentes deben —por razones obvias— someterse a los procedimientos de certificación y pruebas más rigurosos, un componente aeroespacial impreso en 3D puede tardar años o incluso décadas en pasar del concepto a la implementación. La tecnología existe, pero el conocimiento derivado de años de pruebas y observación no. Por lo tanto, es mucho más fácil implementar la fabricación aditiva en industrias de bajo riesgo, donde hay menos vidas en peligro.

Si bien la implementación de productos aeroespaciales impresos en 3D puede ser lenta, las piezas que han superado la prueba ya están teniendo un gran impacto en la industria. Desde elementos sencillos como las paredes interiores de la cabina impresas en 3D, hasta piezas absolutamente cruciales como los componentes metálicos del motor fabricados mediante fabricación aditiva, la fabricación aditiva está sin duda comenzando a despegar en una de las industrias más lucrativas y dinámicas del mundo.

Este artículo describe algunas de las formas en que la fabricación aditiva se utiliza y se utilizará en la industria aeroespacial.

Reducción de peso y optimización de la resistencia

La fabricación aditiva y la fabricación sustractiva difieren en muchos aspectos, y la elección entre la impresión 3D y las alternativas tradicionales suele plantear un dilema. Sin embargo, una de las principales diferencias entre ambos enfoques radica en su capacidad para dar forma a la geometría interna de una pieza.

La impresión 3D es increíblemente útil en industrias como la aeroespacial, ya que permite a los ingenieros fabricar componentes con interiores parcialmente huecos que utilizan patrones geométricos complejos para maximizar su resistencia interna sin aumentar el peso. Dado que las impresoras 3D construyen las piezas de abajo hacia arriba, se pueden usar para crear estructuras reticulares dentro de piezas como componentes metálicos de motores o mamparas de cabina de plástico. Sería imposible lograr esto con procesos tradicionales como el moldeo (porque el material líquido llena toda la cavidad) o el mecanizado (porque la herramienta de corte no puede alcanzar el interior sin penetrar el exterior).

Es difícil exagerar la importancia de estas estructuras reticulares. Al construir una aeronave, cada gramo de peso representa un obstáculo para la máxima eficiencia, pero la impresión 3D permite reducir significativamente la masa de un componente mediante su construcción con un interior parcialmente hueco y de estructura reticular. Los hilos entrelazados y flexibles de la estructura reticular se pueden disponer de forma matemáticamente optimizada para maximizar la resistencia y reducir la tensión, garantizando que la pieza ligera sea tan resistente como —o incluso más— que una alternativa totalmente sólida. Y lo que es más importante, el espacio entre esos hilos no tiene peso, lo que reduce la masa total de la pieza.

Existen numerosos ejemplos de empresas aeroespaciales que utilizan la impresión 3D para crear piezas ligeras. En 2011, investigadores de HRL Laboratories, propiedad de Boeing, anunciaron el desarrollo de un metal que consideraban el material más ligero del mundo, cuya densidad de tan solo 0.9 mg/cm³ lo hacía aproximadamente 100 veces más ligero que el poliestireno expandido. «El truco consiste en fabricar una red de tubos huecos interconectados con un grosor de pared de 100 nanómetros, 1,000 veces más delgado que un cabello humano», explicó Tobias Schaedler, uno de los investigadores.

A medida que los investigadores continúan explorando las posibilidades de las estructuras reticulares ligeras impresas en 3D, las empresas aeroespaciales se involucrarán cada vez más en la fabricación aditiva con el fin de reducir el peso y optimizar la resistencia.

Prototipos y repuestos

Una de las mayores ventajas de la fabricación aditiva —en cualquier industria— es su capacidad para producir piezas bajo demanda y en las propias instalaciones. Las impresoras 3D se pueden instalar en cualquier lugar y funcionan de forma prácticamente autónoma, lo que reduce considerablemente los plazos de entrega de las piezas impresas en 3D. Gracias a esto, las empresas aeroespaciales pueden fabricar rápidamente nuevas versiones de una pieza para realizar pruebas inmediatas, acortando así el proceso de I+D y permitiendo que las piezas se completen antes.

Por lo tanto, la creación de prototipos más rápida es uno de los principales usos de la fabricación aditiva en el sector aeroespacial, y los resultados están demostrados: según el gigante de la fabricación aditiva Stratasys , el uso de la impresión 3D interna para prototipos aeroespaciales puede generar ahorros de tiempo de alrededor del 43 % en comparación con el moldeo por inyección y las herramientas CNC, y de alrededor del 75 % en comparación con el corte láser 2D.

Otro ámbito en el que la industria aeroespacial puede beneficiarse de la fabricación aditiva es la gestión de inventario. Un avión comercial promedio se compone de aproximadamente 4 millones de componentes, no todos fabricados por los mismos fabricantes. Esto implica que los proveedores de aeronaves deben mantener un enorme inventario de repuestos en caso de que un avión necesite reparación. La compra de estos repuestos supone un coste considerable, al igual que la adquisición de los terrenos necesarios para almacenarlos.

Las impresoras 3D ofrecen una solución sumamente útil en este ámbito. Al contar con una impresora 3D en sus instalaciones, las empresas aeroespaciales pueden —en lugar de llenar enormes almacenes con millones de costosas piezas de repuesto— simplemente mantener una biblioteca digital de piezas en un formato imprimible como STL. De esta forma, pueden imprimir las piezas en 3D solo cuando las necesiten. Esta estrategia de utilizar bibliotecas digitales de piezas de repuesto se está adoptando gradualmente en muchos sectores y tardará décadas en implementarse a gran escala, pero el sector aeroespacial podría ser uno de los mayores beneficiarios.

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