El «utillaje» —el proceso de diseñar e idear las herramientas necesarias para fabricar piezas— fue la tecnología esencial que impulsó la primera revolución industrial. Permitió pasar de la fabricación humana a la mecanizada y posibilitó la producción de inventos mecánicos complejos, como la máquina de vapor.
Con las nuevas economías de escala impulsadas por las máquinas, las materias primas viajaban de los países en desarrollo a los industrializados, y los productos asequibles fluían de vuelta hacia otras naciones de todo el mundo. Así comenzó la era moderna del comercio global y los aranceles.
Hoy producimos materias primas y las enviamos por todo el mundo a fábricas que fabrican piezas. Estas se envían a otras fábricas, que las ensamblan para formar componentes de productos; luego, estos se envían por todo el mundo a más fábricas, donde se elaboran productos finales cada vez más complejos. Este proceso es el legado de la primera revolución industrial.
En cualquier momento, decenas de billones de dólares en capital están viajando en barcos y aviones durante semanas a través de los océanos. Casi todos los productos tienen una pieza o un componente que ha avanzado lentamente por almacenes e instalaciones aduaneras, donde funcionarios han cobrado aranceles o el IVA.
Este proceso anticuado está empezando a cambiar poco a poco. Estamos al comienzo de una nueva curva en S, que transformará para siempre la forma de fabricar e intercambiar bienes y dará paso a una nueva era de productividad. Una nueva clase de impresoras 3D industriales de alta velocidad, de empresas como Carbon, HP y la mía, Desktop Metal, que se parecen más a una imprenta que a una impresora, está haciendo posible este cambio y se está convirtiendo rápidamente en parte integral de la Cuarta Revolución Industrial.
Estas nuevas máquinas pueden imprimir piezas complejas a un costo menor que las técnicas tradicionales, como la fundición, y alcanzan el punto de equilibrio con 100.000 piezas o piezas de plástico. Los costos para volúmenes bajos y medios son casi equivalentes a los de los procesos de moldeo por inyección.
A medida que madure esta tecnología, mejorarán los puntos de equilibrio del proceso, lo que permitirá una era de producción sin fronteras. En este nuevo modelo, solo se envían materias primas, y las fábricas de todo el mundo imprimen digitalmente las piezas que necesitan para el ensamblaje final de sus productos. No hace falta utillaje ni se desperdician materias primas. Las piezas ya no quedan atascadas en barcos y aviones: viajan como archivos digitales hasta los lugares donde se imprimen para el ensamblaje final.
Las ventajas de una cadena de suministro sin fronteras no son el único factor que impulsa la adopción de estas nuevas imprentas. Hay tres motivaciones adicionales, que darán lugar a productos muy superiores:
1. Diseño generativo
Estas nuevas tecnologías de impresión permiten crear piezas más complejas. En 2015 empezó a aparecer una nueva clase de software: herramientas generativas que permiten al ingeniero mecánico indicarle a la computadora dónde debe estar una pieza, describir las fuerzas externas que actúan sobre ella e identificar las zonas que hay que evitar. Una vez introducidos los requisitos de alto nivel, un clúster de computación en la nube de alta potencia impulsado por IA diseña la pieza teniendo en cuenta múltiples fenómenos físicos. Este enfoque flexible del diseño impulsado por IAse conoce como diseño generativo y produce piezas totalmente optimizadas, a menudo un 50 % más ligeras que sus equivalentes convencionales, sin sacrificar el rendimiento. Estas formas sumamente complejas se parecen a las de la naturaleza y solo pueden fabricarse mediante impresión 3D. Gracias a estas nuevas imprentas de alta velocidad, por fin resulta rentable producir piezas que antes era imposible crear.
2. «Reducción progresiva de componentes»
La «reducción progresiva de componentes» es un proceso en el que la disminución del peso de muchos componentes mediante nuevas tecnologías de fabricación permite reducir aún más el peso del conjunto de componentes activos de un producto. Por ejemplo, si se reduce el peso de un vehículo, los frenos, los amortiguadores y el motor pueden ser más pequeños. Casi todo se beneficia cuando se usa el diseño generativo para aligerar considerablemente un producto y luego se aprovecha esa reducción de peso para reducir aún más sus componentes. Hay menos materiales que comprar y el producto final pesa menos, por lo que se necesita menos energía para moverlo; además, aumenta su rendimiento, ya que permite acelerar y frenar más rápido.
3. Consolidación de conjuntos
La consolidación de conjuntos es una técnica de ingeniería posibilitada por la impresión 3D y que requiere habilidades de diseño sofisticadas. Se basa en un proceso de diseño que combina numerosas piezas de un producto en una sola pieza sólida y multifuncional. Aunque no es una tecnología nueva, la pieza final solo puede fabricarse mediante impresión 3D, porque el proceso da como resultado una estructura sumamente compleja y solo la impresión 3D ofrecetotal flexibilidad de formaspara imprimir macroestructuras que se vuelven multifuncionales.
Este proceso tiene un importante efecto deflacionario en la cadena de suministro de una empresa y puede reducir drásticamente los costos de las grandes compañías. De hecho, empresas como Optisys han utilizado estas técnicas para reducir de 100 a 1 los componentes de una antena de banda Ka, mientras que General Electric ha empleado eficazmente este proceso para reducir la carcasa de un motor turbohélice, que tenía 855 piezas, a menos de 20 piezas multifuncionales. Aunque la recopilación y evaluación de datos durante la validación de piezas totalmente nuevas requiere más trabajo, el costo de la cadena de suministro se reduce drásticamente, porque ya no se necesita personal para gestionar, certificar, validar y homologar esas 855 piezas.
Una nueva curva en S para la fabricación
Esta revolución se parece mucho a lo que ocurrió con la fotografía digital y la impresión industrial, cuandolas imprentas offset fueron desplazadas por las digitales durante la última década. Cuando el costo de una pieza fabricada digitalmente alcanza la paridad con el de los procesos convencionales, otras fuerzas económicas impulsan su adopción. Ya no hacen falta inventarios (las piezas se producen bajo demanda), utillaje ni envíos.
Con estas nuevas técnicas de fabricación digital, podremos democratizar la producción. La impresión 3D permite producir gratis diseños geométricamente complejos y libera a los diseñadores del proceso de fabricación, lo que les permite crear la forma óptima. Las pymes podrán fabricar productos en todo el mundo con una complejidad igual o superior a la de sus competidores globales.
Una pequeña empresa de Ghana o Buenos Aires podrá imprimir piezas con la misma calidad que una gran empresa de Connecticut. Al eliminar el utillaje y permitir que una sola pieza cueste lo mismo que 100.000 piezas, será posible localizar la producción y modificar los diseños con mayor rapidez. Los mejores diseños se enviarán digitalmente a todo el mundo y se imprimirán bajo demanda, eludiendo los sistemas globales de aranceles e IVA que han gravado la producción desde la última revolución industrial.
El mundo fabrica bienes por valor de 12 billones de dólares cada año, por lo que modernizar la capacidad de fabricación mundial para aprovechar plenamente esta tecnología llevará muchas décadas. Hay algo seguro: cuando, al final de este siglo, miremos atrás y veamos cómo la Cuarta Revolución Industrial cambió las cosas, reconoceremos la producción masiva sin fronteras mediante imprentas 3D como una de las tecnologías habilitadoras cruciales que impulsaron la productividad, el crecimiento económico y la prosperidad.
Este artículo surgió de conversaciones en Davos relacionadas con la iniciativa del Foro Económico Mundial sobre elfuturo de la producción.
