Las tecnologías de impresión 3D han evolucionado de ser un medio para producir herramientas y prototipos de forma rápida y a menor coste a convertirse en una forma de resolver problemas complejos de diseño de ingeniería.
La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, ofrece una forma de reducir el impacto ambiental de la fabricación y desarrollar productos más sostenibles.
Ampliar el uso de la impresión 3D en el sector aeroespacial y en otras industrias ayudará a reducir el impacto ambiental de la fabricación.
Las tecnologías de impresión 3D han evolucionado de ser un medio para producir herramientas y prototipos de forma rápida y a menor coste a convertirse en una forma de resolver problemas complejos de diseño de ingeniería. La mayor libertad de diseño asociada a la impresión 3D ha permitido a los fabricantes crear productos diferenciados con mayor funcionalidad y durabilidad mejorada, al tiempo que se reducen los costes y los plazos de entrega.
Ahora, la impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, ofrece una forma de reducir el impacto ambiental de la fabricación y desarrollar productos más sostenibles. La fabricación representa el 12 % de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, según The Center for Climate and Energy Solutions.
La impresión 3D puede ser más sostenible que las tecnologías de fabricación convencionales porque requiere menos material, menos operaciones de mecanizado y genera menores cantidades de desperdicio. Sus diseños, más ligeros y a menudo más flexibles en cuanto a geometría, hacen posibles innovaciones de productos ambientalmente responsables en sectores que van desde el aeroespacial hasta los dispositivos médicos y los artículos deportivos.
¿Qué hace el Foro Económico Mundial en materia de fabricación y cadenas de suministro?
El Centro de Fabricación Avanzada y Cadenas de Suministro reúne a líderes del mundo empresarial, los gobiernos y la sociedad civil para comprender los cambios que están transformando la fabricación y las cadenas de valor globales. Ofrece un espacio de confianza para explorar la resiliencia, la sostenibilidad y la competitividad en una economía mundial cada vez más compleja.
Al facilitar la colaboración y la comprensión compartida entre sectores y regiones, el Centro ayuda a los socios a identificar vías prácticas para adaptarse, innovar y fortalecer juntos las cadenas de suministro.
Fabricación sostenible
Para comprender el alcance del efecto positivo que la fabricación aditiva puede tener en la huella de carbono de la fabricación, considere los millones de piezas de un avión. En Boeing realizamos evaluaciones del ciclo de vida para cuantificar el impacto que nuestras aeronaves tienen en el medio ambiente, desde el momento en que se extraen los materiales hasta la fabricación de las piezas y la retirada del servicio de una aeronave.
Cuando se utilizó la impresión 3D para producir más de mil soportes en las cocinas de nuestros 787 Dreamliner, descubrimos que podíamos reducir entre un 30 y un 39 % las emisiones de carbono, los residuos enviados a vertederos, los materiales peligrosos, así como el agua y la energía utilizados en estas piezas. En lugar de crear el soporte a partir de un gran bloque de metal y eliminar el material sobrante mediante mecanizado, creamos la pieza alimentando alambre de titanio en un campo de plasma que fundía y depositaba el material de forma eficiente, creando una forma sólida. Este proceso, más rápido y más eficiente en el uso de materiales, redujo el consumo de agua, material y energía, al tiempo que disminuyó el desperdicio de material sobrante y los lubricantes utilizados en los procesos de mecanizado convencionales.
En otro ejemplo, reducimos la huella de carbono asociada a la fabricación y el montaje de la carga útil de un satélite mediante la consolidación de decenas de miles de componentes. Eliminamos miles de sujetadores secundarios que, de otro modo, unirían los componentes individuales, al imprimirlos como una sola pieza. También eliminamos otros elementos, como soldaduras y soldaduras fuertes propensas a fallos, mediante un proceso de fabricación aditiva denominado fusión láser en lecho de polvo.
Con esta tecnología, un haz láser irradia capas sucesivas de polvo más finas que un cabello humano, una capa a la vez, para crear un objeto tridimensional. Cada capa corresponde a la geometría de un modelo informático ‘seccionado’ de la pieza que se va a imprimir, donde el grosor de las secciones del modelo es igual al grosor de la capa de impresión. El láser funde el polvo, haciendo que las partículas se unan antes de solidificarse rápidamente en una forma sólida. A continuación, se aplica una nueva capa de polvo, repitiendo el proceso hasta completar la pieza.
Este enfoque de impresión 3D no solo redujo las emisiones de carbono y los residuos derivados de la fabricación de los componentes que forman muchos aspectos críticos del satélite. También eliminó las emisiones de carbono asociadas a la fabricación, el almacenamiento, el transporte, la inspección, las pruebas y el montaje de los sujetadores secundarios que ya no se utilizaban.
Productos sostenibles
Gracias a su mayor capacidad de diseño geométrico flexible y a la reducción de residuos de material, la fabricación aditiva está inspirando innovaciones de productos ambientalmente sostenibles. En el sector aeroespacial, la impresión 3D permite construir aeronaves más ligeras y con mayor eficiencia de combustible.
Por ejemplo, reducimos en un 31 % el peso de un soporte complejo para detectores de incendios que volaba en nuestro avión Boeing EcoDemonstrator, utilizado para desarrollar y probar nuevas tecnologías, mediante la optimización del diseño del soporte y su impresión mediante fusión láser en lecho de polvo. El nuevo diseño optimizado de impresión 3D nos permitió fabricar un componente ligero que sería imposible de producir con medios tradicionales.
Dado que el proceso de fabricación tradicional de esta pieza se basaba en chapa metálica y no requería recursos significativos de material o mecanizado, la huella de carbono derivada del uso de la impresión 3D para su fabricación fue ligeramente superior a la de los procesos de fabricación convencionales. Sin embargo, la pieza impresa en 3D, más ligera, redujo el consumo de combustible y las emisiones de carbono de la aeronave a lo largo de su vida útil en servicio en un 19 %, lo que compensa con creces el pequeño aumento de emisiones de carbono durante la impresión 3D.
Con la impresión 3D también se eliminaron las soldaduras propensas a defectos, junto con los problemas de calidad. Los procesos de fabricación tradicionales anteriores de la pieza incluían el laminado de chapa, el corte láser y la unión de metal mediante soldaduras en 12 puntos, lo que a menudo provocaba problemas de calidad que debían corregirse.
Una era industrial más sostenible gracias a la impresión 3D
Cabe afirmar que la fabricación aditiva no siempre reduce el impacto ambiental en la planta de fabricación. Las empresas deben evaluar el valor de introducir la impresión 3D, especialmente al convertir componentes que tradicionalmente no requieren recursos significativos de material y mecanizado. Deben emprenderse e incorporarse los esfuerzos para aplicar los cambios de diseño que ahora son posibles con la impresión 3D y que aportan valor y conducen a operaciones más ecológicas durante el servicio de las piezas, como la reducción de peso o una mayor durabilidad, calidad y rendimiento.
Apenas estamos empezando a aprovechar todo el potencial de las tecnologías de impresión 3D para una era de fabricación más ecológica y limpia. Ya está claro que la fabricación aditiva es fundamental para el futuro de un vuelo más sostenible. Las aeronaves serán aún más ligeras, más aerodinámicas y con mayor eficiencia de combustible, a medida que utilicemos la impresión 3D para crear piezas que se ajusten a cavidades de formas irregulares dentro de un avión. Además, se introducirán materiales nuevos y reciclados que requerirán menos recursos ambientales para su reciclaje.
Ampliar el uso de la impresión 3D en el sector aeroespacial y en otras industrias ayudará a reducir el impacto ambiental de la fabricación. Dada la urgente necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en nuestros esfuerzos por mitigar los desafíos climáticos que nos esperan, la introducción de la fabricación aditiva en nuestros procesos dará lugar a una forma más ecológica de desarrollar innovaciones y productos sostenibles.
