Industrializando la impresión 3D

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La vanguardia de la fabricación aditiva ofrece un mundo de posibilidades para las empresas que buscan transformar sus procesos de fabricación y crear nuevos productos. Pero las empresas que quieren acceder a ese mundo tradicionalmente han tenido que invertir grandes sumas de dinero en las últimas máquinas de impresión 3D y luego descubrir cómo integrarlas en sus operaciones.

Esa es una venta difícil considerando que las impresoras 3D pueden tener problemas con el rendimiento y la consistencia para muchas aplicaciones industriales.

Ahora, VulcanForms, fundada por Martin C. Feldmann MEng '14 y el profesor del MIT John Hart, ofrece fabricación digital como un servicio para que las empresas construyan productos industriales a escala. La empresa ayuda a los clientes con la selección de materiales y el diseño de productos, y luego elabora un flujo de trabajo de fabricación escalable en su fundición de producción.

En el corazón de cada uno de esos flujos de trabajo se encuentra una impresora 3D de metal de fusión de lecho de polvo láser (LPBF) patentada que utiliza una matriz de rayos láser finamente coreografiados para producir piezas metálicas de alto rendimiento con diseños complejos. Las impresoras están integradas con el equipo de mecanizado, robótica y posprocesamiento de VulcanForms a través de un hilo digital que también supervisa las piezas a medida que se producen.

"Aunque la tecnología LPBF está bien establecida para varias aplicaciones, incluidas las boquillas de combustible de los motores a reacción y los implantes ortopédicos, apenas está rascando la superficie de la oportunidad", dice Hart. "VulcanForms ve una gran oportunidad de mercado para realizar la fabricación aditiva a escala industrial e integrarla con un sistema de producción digital".

VulcanForms actualmente produce piezas para empresas de las industrias médica, de defensa, de semiconductores y aeroespacial, convirtiendo los diseños en piezas terminadas en cuestión de días. Los fundadores dicen que la calidad de VulcanForms supera los estándares de la industria con materiales como el titanio, así como aleaciones de acero avanzadas y a base de níquel.

VulcanForms actualmente está completando sus dos primeras instalaciones de fabricación digital en Devens y Newburyport, Massachusetts. Cuando esté terminado, la instalación de Devens albergará varias docenas de sistemas de fabricación aditiva de la empresa, además de contar con capacidades de posprocesamiento. Los fundadores dicen que esos sistemas convertirán a Devens en la instalación de fabricación de aditivos de metal de mayor rendimiento en el mundo. Las instalaciones de Newburyport se centran en el mecanizado de precisión, la automatización industrial y las operaciones de montaje. Combinando estas tecnologías con un hilo digital, VulcanForms está construyendo una infraestructura de fabricación digital con sede en EE. UU. que, según los fundadores, definirá la forma en que se diseñan, construyen y entregan los productos.

Hacer que la impresión 3D sea industrialmente relevante

Hart dice que su entrada en la fabricación aditiva fue fortuita. En 2013, un colega le pidió que impartiera una clase para el programa de Maestría en Ingeniería en Fabricación y Diseño Avanzado del MIT.

"No recuerdo qué me llevó a proponer que la clase se centrara en la fabricación aditiva, porque todavía no estaba investigando en el área", dice Hart. "La clase fue un experimento que usé para explorar un nuevo interés y aprovechar la pasión y la curiosidad de los estudiantes".

Uno de los estudiantes de esa clase era Feldmann, entonces en su primer semestre en el MIT. La clase basada en proyectos encargó a los estudiantes medir la precisión de las piezas impresas en 3D, mejorar sus propiedades y contribuir a las conferencias que relacionan la impresión 3D con los principios básicos de la fabricación.

"El MIT te ofrece muchas cosas: cosas muy técnicas pero muy aplicables", dice Feldmann. “En el MIT, aprender la fabricación aditiva no era solo calcular cosas. Era: 'Aquí están las impresoras [de modelado por deposición fundida], dígame cuáles son sus capacidades'. Y los usas y haces cosas. Realmente lo disfruté. Te prepara para liderar los esfuerzos de investigación en la industria y las nuevas empresas porque tienes que abordar las cosas como si supieras lo que estás haciendo y tener la confianza de que lo resolverás. "

Después de obtener su título, Feldmann se convirtió en especialista en investigación en el laboratorio de Hart, donde estudió nanomateriales y electrodos de batería. Pero Feldmann y Hart continuaron buscando formas de hacer que la fabricación aditiva fuera más relevante industrialmente.

Eventualmente, decidieron construir un nuevo tipo de impresora de metal LPBF que permitiría operar una gran cantidad de láseres al mismo tiempo, mejorando el rendimiento y manteniendo la calidad de la pieza terminada. La pareja recibió una orientación inicial a través del Venture Mentoring Service del MIT.

"Nuestro objetivo era rediseñar el proceso LPBF y hacerlo de una manera que permitiera una calidad mucho más alta y consistente, lo que vimos como el principal impedimento para la industrialización de la fabricación aditiva". dice Hart.

Con esa misión en mente, Feldmann y Hart decidieron dar el salto y comenzar VulcanForms, con Feldmann esencialmente sosteniéndose a sí mismo durante casi dos años mientras trabajaba en el primer prototipo de impresora. Hoy en día, las impresoras de la empresa utilizan cientos de pistas de soldadura en cada capa a través de las cuales los láseres se mueven en una danza sincronizada. Los láseres entregan colectivamente hasta 100 kilovatios de potencia para hacer piezas a una resolución y escala más altas de lo que los fundadores dicen que otras impresoras pueden lograr.

La fundición de producción de VulcanForms también incluye equipos de posprocesamiento y mecanizado CNC, y los fundadores dicen que la pila de software de la empresa es un diferenciador clave.

"Desde el principio, vimos la impresión 3D como la piedra angular de la fabricación digital, donde el software y el hardware trabajan de la mano para codificar y ejecutar las instrucciones de producción", dice Hart. "Hemos creado el software que permite que cada parte reciba la misma temperatura localmente en cada vóxel en cada capa. También nos permite pasar rápidamente al producto final mientras mantenemos esa consistencia en la producción".

En última instancia, los fundadores se centran en lo que esas capacidades desbloquean para los clientes.

"Lo que realmente me emociona es cómo podemos tomar una parte del cliente y convertirla en realidad en un entorno de producción, no en un perchero o un adorno de escritorio", dice Feldmann. "Todos en aditivos están muy entusiasmados con lo que puede hacer una impresora 3D y no con cómo funciona en un flujo de valor de producción. Es por eso que tenemos un flujo de valor de producción completo en casa. Es por eso que nuestro lema no es "VulcanForms: 100 kilovatios". energía láser en una impresora.' Se trata de 'VulcanForms: aceleración de la innovación'".

Ayudando a que la impresión 3D alcance su potencial

El año pasado, un fabricante de supercomputadoras envió a VulcanForms diseños para un componente de enfriamiento en sus procesadores. La pieza de titanio, que contenía docenas de túneles microscópicos, era tan compleja que solo podía fabricarse mediante fabricación aditiva. Como informó The New York Times, VulcanForms regresó con una parte dos días después.

VulcanForms también ha producido implantes médicos, herramientas industriales y moldes para neumáticos, y componentes para contratistas de aviación y defensa.

Feldmann ve innovaciones habilitadas por la fabricación aditiva que impulsan el progreso tecnológico en varias industrias.

"No creo que haya implantes ortopédicos que no estén impresos con LPBF en el futuro", dice Feldmann.

Ese progreso tecnológico, a su vez, producirá aún más casos de uso.

"Lo único de lo que estoy 100 por ciento seguro es que aún no se han encontrado las aplicaciones de mayor valor para la fabricación aditiva", dice Feldmann.

La empresa también ve la transformación de la fabricación posibilitada por las tecnologías de producción digital como una oportunidad para que Estados Unidos mejore tanto la prosperidad económica como su ecosistema de innovación.

"VulcanForms cree que una de las mayores oportunidades en los Estados Unidos es reconstruir su ecosistema industrial en torno a los sistemas de producción digital", dice Hart. "Las tecnologías de producción digitales, incluida la fabricación aditiva y el mecanizado de precisión automatizado, permiten cadenas de suministro más innovadoras, eficientes en recursos y resistentes. La innovación en la fabricación es la columna vertebral de la economía estadounidense".

VulcanForms, una empresa nueva del MIT, está a la "punta de lanza de un impulso para transformar la impresión 3D de una tecnología de nicho, mejor conocida por la creación de prototipos de nuevos productos y la experimentación de clase artística, en una fuerza industrial", escribe David Scharfenberg para The Globo de Boston. Scharfenberg señala que VulcanForms "podría ayudar a marcar el comienzo de algo nuevo: un industrialismo de alta tecnología dirigido directamente a los problemas más apremiantes del país".

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