Mike Corliss recorre el área de manufactura aditiva de Knust Godwin. La empresa cuenta con 15 impresoras 3D metálicas, incluidas nueve máquinas Renishaw RenAM 500.
Fuente: Additive Manufacturing Media
La empresa de mecanizado de precisión Knust Godwin es también un usuario sofisticado de manufactura aditiva metálica. Esta tecnología, que no solo amplía su oferta de servicios para clientes del sector petróleo y gas, también ha abierto oportunidades en nuevos mercados.
“Somos un taller dentro de otro taller”, afirma Mike Corliss, vicepresidente de la empresa texana Knust Godwin. La compañía es, ante todo, un negocio de mecanizado de precisión, resultado de la unión de dos talleres que competían entre sí en el área de Houston. Sin embargo, Corliss se refiere al negocio de manufactura aditiva que existe dentro de esta organización más amplia y que él ha dirigido desde su lanzamiento en 2010.
Knust Godwin surgió de la fusión de dos talleres de mecanizado que atendían a clientes de petróleo y gas, y este segmento energético aún representa la mayor parte de su actividad. No obstante, una dependencia tan estrecha de una sola industria dejaba a la empresa vulnerable a sus ciclos de auge y caída.
Durante uno de esos periodos de contracción, hace más de una década, Corliss identificó en la manufactura aditiva una posible vía de diferenciación frente a otros fabricantes de piezas para petróleo y gas, así como una oportunidad para diversificarse hacia nuevos mercados.
Hoy, el “taller” de manufactura aditiva de la empresa es una operación de gran escala, con más de una docena de impresoras 3D metálicas de fusión por lecho de polvo láser (LPBF), y una expansión en marcha para incorporar aún más equipos. Las máquinas imprimen de forma continua, las 24 horas, y existe una cartera de pedidos con meses de trabajo asegurado.
Pero quizá el rasgo más distintivo de la manufactura aditiva en Knust Godwin es la forma en que compite e interactúa con las capacidades más convencionales de mecanizado. Visité la planta de la empresa en Katy, Texas, cerca de Houston, en enero, para conocer cómo Knust Godwin equilibra el mecanizado de precisión con la manufactura aditiva, y cómo esta última se ha convertido en una parte crítica del negocio.
Manufactura aditiva metálica en producción industrial
La mayoría de las piezas metálicas impresas en 3D pueden pasar por el taller principal de mecanizado de Knust Godwin para su posprocesamiento; sin embargo, los componentes relacionados con armas de fuego se mecanizan en esta área contigua a las impresoras 3D.
Fuente: Additive Manufacturing Media
Knust Godwin incorporó su primera impresora 3D —un modelo RenAM 500 de Renishaw— en 2010, y desde entonces ha producido piezas metálicas por medio de manufactura aditiva. Una de las ventajas de contar con esta capacidad integrada dentro de un taller de mecanizado es el acceso inmediato a procesos de acabado posterior para piezas impresas en metal.
Ya sea que las piezas se fabriquen por métodos sustractivos o aditivos, Knust Godwin puede ejecutar internamente la mayor parte del flujo de trabajo y entregar piezas terminadas a sus clientes.
En Knust Godwin existen dos razones principales para que las piezas del sector petróleo y gas se impriman en 3D en lugar de mecanizarse: la geometría y el tiempo de entrega.
Muchos componentes para perforación, por ejemplo, requieren que los instrumentos se ubiquen a cierta distancia entre sí. De manera convencional, esto exige una distancia lineal: el componente cilíndrico debe ser lo suficientemente largo para que los instrumentos se dispongan en línea recta, con acceso a un conducto central recto. Sin embargo, cuando la pieza se fabrica de forma aditiva, ese conducto puede ser curvo, proporcionar la distancia requerida entre sensores y, al mismo tiempo, reducir la longitud total, el tamaño y el peso de la herramienta.
“La manufactura aditiva ha ayudado a construir una especie de foso defensivo alrededor de Knust Godwin —señala Corliss—. Podemos hacer cosas que otros no pueden.”
En otros casos, la geometría no es el factor decisivo. Knust Godwin ha aplicado manufactura aditiva incluso en piezas simples que, desde el punto de vista del diseño, no parecerían buenas candidatas, pero que se convierten en casos viables porque pueden fabricarse con mayor rapidez. Por ejemplo, la empresa imprimió en 3D un tubo de Inconel sencillo para ahorrarle al cliente varias semanas de espera frente a un proceso de fundición o forja mecanizada.
“En ese momento pensé: no quiero imprimir esto —recuerda Corliss—, pero lo haré, porque no tienes tiempo para esperar 16 semanas”. En operaciones petroleras, el tiempo es dinero, y por ello, incluso un costo elevado de una pieza fabricada por AM puede justificarse si evita el tiempo muerto de una perforadora o un pozo inactivo.
Las 15 máquinas de fusión por lecho de polvo láser, de Knust Godwin, son un elemento central del edificio y se encuentran en un espacio propio, cerrado pero visible, dentro de la planta de manufactura en Katy, Texas.
Fuente: Additive Manufacturing Media
Otro beneficio de la manufactura aditiva —y, de hecho, una de las razones por las que Knust Godwin incorporó esta capacidad— ha sido sacar a la empresa de su tradicional zona de caza en petróleo y gas. La AM ha permitido a Knust Godwin establecer presencia en mercados como equipos para semiconductores, turbomaquinaria, hipersónica, espacio y armas de fuego.
Este último mercado ha resultado lo suficientemente relevante como para que la empresa incorporara capacidad de mecanizado dedicada junto a su área de AM, exclusivamente para el posprocesamiento de componentes impresos en 3D para armas de fuego, en cumplimiento con las regulaciones federales asociadas a la licencia FFL.
Superar la barrera de la altura de fabricación
La capacidad actual de manufactura aditiva en Knust Godwin consta de 15 máquinas de fusión por lecho de polvo láser. La empresa cuenta con nueve impresoras 3D Renishaw RenAM 500, incluida la primera que adquirió. Han sido sus equipos de trabajo principales y la plataforma sobre la cual la compañía desarrolló y validó la demanda de manufactura aditiva metálica.
Sin embargo, a medida que Knust Godwin desarrolló piezas aditivas tanto para petróleo y gas como para el sector espacial —muchas de ellas de gran tamaño—, la empresa comenzó rápidamente a enfrentarse a limitaciones de altura y anchura.
Tradicionalmente, los instrumentos para perforación petrolera incorporan un conducto central recto, mecanizado mediante taladrado profundo (gun drilling). Con fusión por lecho de polvo láser, Knust Godwin puede fabricar piezas con conductos centrales curvos, lo que permite productos finales más cortos y ligeros.
En algunos casos, explica Corliss, estas limitaciones podían superarse al inclinar el componente dentro de la cámara de fabricación. Una pieza demasiado alta para construirse en posición vertical, o más ancha que la placa de fabricación, podía llegar a caber en diagonal. No obstante, esta inclinación requería estructuras de soporte debajo de la pieza, lo que añadía tiempo y complejidad al proceso de manufactura.
En conversaciones con Velo3D, Corliss describió estas dificultades y retó a la empresa a desarrollar una máquina más alta, que acomodara las piezas que Knust Godwin buscaba fabricar.
En 2020, Knust Godwin recibió su primer sistema Sapphire, de Velo3D, equipado con una placa base circular y un volumen de fabricación más alto que el de sus máquinas existentes. Hoy, la empresa opera seis máquinas de Velo3D, conformadas por cinco sistemas Sapphire y un Sapphire XC de gran formato, capaz de fabricar piezas de hasta un metro de altura.
La mayor altura de fabricación disponible le permite ahora a Knust Godwin imprimir piezas más altas y anchas, apoyadas de forma plana sobre la placa de fabricación, y eliminar la necesidad de estructuras de soporte, así como el mecanizado posterior requerido para retirarlas.
Calificación de materiales en manufactura aditiva
Knust Godwin opera seis impresoras de fusión por lecho de polvo láser, de Velo3D, incluidas estas máquinas Sapphire, que ofrecen una placa base de 315 mm de diámetro y una altura de fabricación de 400 mm.
Fuente: Additive Manufacturing Media
Actualmente, Knust Godwin opera su capacidad de manufactura aditiva en producción continua y fabrica piezas para una amplia variedad de clientes. Las aplicaciones en petróleo y gas siguen siendo una parte central del negocio; la empresa ha sido auditada por los principales actores del sector y también participó en el desarrollo del estándar API 20S para piezas metálicas fabricadas mediante impresión 3D.
Esto no significa que la adopción de la tecnología sea siempre sencilla, ya que los clientes no necesariamente conocen las capacidades de la manufactura aditiva ni comprenden del todo sus limitaciones.
“Tenemos que convencer a la gente todo el tiempo”, señala Corliss.
Sin embargo, una vez familiarizados los clientes con la AM, suelen adaptarse rápidamente. En un caso, un cliente solicitó una pieza que habría requerido un pulido intensivo como parte del posprocesamiento. Al comprender el tiempo y el costo adicionales que esto implicaba, se optó por modificar el diseño y evitar la impresión 3D de superficies que necesitarían ser pulidas.
“Es sorprendente cuánto del plano puede dejarse tal como se imprime”, comenta Corliss.
Knust Godwin también ha crecido en la manufactura aditiva de la mano de sus clientes. Recientemente, uno de ellos envió a la empresa polvo de Inconel 718 que resultó provenir de piezas antiguas recicladas y producido por Continuum Powders, una empresa de materiales sostenibles que también tiene su sede en el área de Houston.
“El cliente nos dijo: ‘En cualquier pieza de Inconel que fabriquen para nosotros, usen este material’ —recuerda Corliss—. Pero siendo honesto, al principio busqué cualquier razón para no usarlo”, comenta, y describe la extensa serie de pruebas que Knust Godwin realizó tanto sobre el polvo como sobre las piezas fabricadas con él.
La impresora más grande de Knust Godwin es la Velo3D Sapphire XC, capaz de fabricar piezas de hasta 315 mm de diámetro y 1 metro de altura.
Fuente: Additive Manufacturing Media
Sin embargo, cuando el polvo se imprimió de manera consistente y el cliente aprobó las piezas, Knust Godwin adoptó este material reciclado para otras aplicaciones. Desde entonces, la empresa ha ayudado a calificar el polvo OptiPowder 718 para las impresoras 3D Sapphire, de Velo3D, como parte de una colaboración permanente entre las tres compañías. Además, Knust Godwin ahora envía a Continuum su propio condensado y chatarra.
“Es prácticamente un intercambio uno a uno —explica Corliss—. Ellos recogen 500 kilogramos de material y nosotros recibimos 500 kilogramos de polvo de regreso”. Este esquema de economía circular ofrece, además, beneficios económicos: Knust Godwin obtiene polvo de calidad a un precio competitivo y, al mismo tiempo, se deshace de parte de sus residuos sin costo adicional.
Integración manufactura aditiva y mecanizado CNC
Estos componentes impresos en 3D para perforación de fondo de pozo se fabrican en Inconel 718 suministrado por Continuum Powders, a partir de material reciclado.
Fuente: Additive Manufacturing Media
Toda la capacidad de manufactura aditiva de Knust Godwin se ubica al frente del piso de producción, justo después de las oficinas y las salas de juntas. Sus máquinas más pequeñas son visibles de inmediato dentro de una sala acristalada en cuanto un visitante ingresa al área productiva.
Esto es intencional, explica Corliss: desde el inicio, Knust Godwin se propuso que la manufactura aditiva fuera un elemento central de la planta, incluso mientras el trabajo de mecanizado convencional continúa a gran escala.
La relación entre la manufactura aditiva y el mecanizado sustractivo en Knust Godwin es, en gran medida, mutuamente beneficiosa. El negocio de manufactura aditiva tiene acceso directo a los recursos de mecanizado para el acabado de piezas, y la capacidad de ofrecer ambos procesos posiciona a la empresa de manera favorable para ganar proyectos, independientemente de si el trabajo termina por realizarse mediante manufactura aditiva o mecanizado. La manufactura aditiva ha atraído clientes a Knust Godwin que, posteriormente, también utilizan sus capacidades de mecanizado, y viceversa.
Si bien ambas áreas del negocio no compiten directamente, Corliss señala que existen situaciones interesantes en las que la manufactura aditiva supera al mecanizado. En el caso de componentes para perforación petrolera con conductos curvos, como el ejemplo mencionado antes, la manufactura aditiva se convierte en una alternativa directa al gun drilling.
Del lado del mecanizado, una de las especialidades de Knust Godwin es el taladrado profundo (gun drilling) de conductos en componentes largos para la industria de petróleo y gas. En algunos casos, la impresión 3D desplaza este proceso gracias a la complejidad interna que hoy permite la fusión por lecho de polvo láser. Fuente: Additive Manufacturing Media
En otras piezas con orificios profundos o geometrías internas complejas, la manufactura aditiva sustituye procesos como la electroerosión por penetración (EDM). “Ahora podemos construir esas características directamente en la pieza”, afirma Corliss.
Para impulsores carenados, componentes de turbomaquinaria, piezas ligeras para satélites y otras geometrías complejas, Knust Godwin suele encontrar que la impresión 3D es la opción más rápida frente a los múltiples montajes que requeriría el mecanizado CNC de cinco ejes.
Quizá la diferencia clave entre el mecanizado y la manufactura aditiva hoy sea la velocidad de crecimiento del negocio aditivo. Cuando visité Knust Godwin en enero de 2025, el espacio contiguo a su laboratorio de manufactura aditiva estaba ocupado por un amplio cuarto de herramientas, con utensilios de corte y equipos destinados a sus máquinas CNC. Sin embargo, poco después, este recurso fue trasladado a otra área del edificio. El cuarto de herramientas se reubicó en una zona más céntrica para los maquinistas y liberó espacio para la expansión de la manufactura aditiva.
“Nuestro objetivo es multiplicar por cinco nuestra operación de manufactura aditiva para 2029”, concluye Corliss.
