Motor cohete aerospike impreso en 3D con una geometría altamente compleja, diseñado algorítmicamente por Hyperganic y fabricado por EOS y AMCM, parte del GRUPO EOS. Este modelo, producido sin estructuras de soporte, fue impreso en EOS M 400-4 con EOS NickelAlloy IN718 y posteriormente rediseñado para su fabricación en un sistema AMCM M 4K con EOS CopperAlloy CuCrZr.
Fuente: EOS / Hyperganic.
La manufactura aditiva de metales evoluciona con desarrollos que amplían sus aplicaciones industriales. La expansión del volumen de construcción, la diversificación de materiales y equipos, la optimización de la productividad y la integración de soluciones de posprocesamiento están impulsando una producción más eficiente y escalable. Además, la incorporación de tecnologías inteligentes y la conectividad con proveedores fortalecen su papel en la fabricación de componentes críticos para sectores estratégicos.
Durante la última edición del International Manufacturing Technology Show (IMTS), celebrado en Chicago en septiembre de 2024, se destacó el avance de la manufactura aditiva de gran formato (LFAM, por sus siglas en inglés). Esta tecnología permite la producción de piezas de gran tamaño y la fabricación en lotes más amplios dentro de una misma ejecución. Aunque no existe una clasificación estándar para definir una impresora de gran formato, en el evento se exhibieron equipos con volúmenes de construcción expandidos y sistemas robotizados para aumentar su alcance.
Las innovaciones en IMTS también incluyeron máquinas más asequibles y procesos optimizados de tecnologías existentes. Se presentaron sistemas de deposición de energía dirigida (DED) diseñados para entornos industriales, así como diversas aplicaciones de fusión por haz de electrones (EBM) y sinterización. Además, fuera del pabellón de manufactura aditiva, se exhibieron máquinas híbridas que combinan impresión 3D con mecanizado tradicional.
Los avances han mejorado la velocidad y eficiencia de los procesos. Tecnologías como fusión por láser en lecho de polvo (LPBF), fabricación por filamento fundido (FFF) y estereolitografía (SLA) han incorporado optimizaciones para aumentar la productividad y reducir tiempos de fabricación.
Según Andy Snow, vicepresidente sénior de EOS North America, entrevistado por IMTS, cada vez más fabricantes por contrato invierten en manufactura aditiva. Aunque la creación de prototipos sigue siendo relevante, la producción de piezas finales ha superado a la fase de prototipado en industrias como la aeroespacial, de defensa y médica. Snow también destacó la diversificación en el tamaño de las máquinas, con un incremento en el uso de sistemas multiláser diseñados para procesar distintos materiales y equipos con capacidades de posprocesado integradas.
La manufactura aditiva no se limita a la impresión 3D. La selección de materiales, el diseño y la preparación de la construcción son fases previas fundamentales, mientras que el posprocesado y el acabado definen la calidad final del producto.
El desarrollo de software especializado ha optimizado el rendimiento de la manufactura aditiva con herramientas para diseño, preparación de construcción, trazabilidad y simulación. La integración de inteligencia artificial (IA), aprendizaje automático, visión por computadora y sensores está automatizando procesos que mejoran la confiabilidad de la producción.
Para profundizar en estos avances, Modern Machine Shop México consultó a expertos de empresas como EOS, Trumpf, Renishaw y 3D Systems, que compartieron sus perspectivas sobre la implementación de estas tecnologías en sectores clave.
Control de calidad en polvos metálicos para la impresión 3D
La confiabilidad y consistencia de los polvos metálicos es crítica para producir piezas impresas de alta calidad, especialmente al trabajar con aleaciones avanzadas o materiales reciclados. Diversas empresas del sector han implementado metodologías rigurosas de control de calidad para asegurar la uniformidad de estos materiales.
Yash Parikh, consultor de ingeniería de procesos en Additive Minds de EOS North America, destaca la importancia de propiedades como la fluidez y la distribución del tamaño de las partículas (PSD) en la calidad de impresión mediante fusión láser en lecho de polvo (LPBF). Para gestionar estos aspectos, EOS ha establecido PSD estándar y emplea tamizado para eliminar contaminantes.
Además, supervisa la composición química, especialmente al utilizar materiales reciclados. Herramientas como los “ataúdes de polvo” permiten controlar cambios en la composición durante la manufactura. La caracterización periódica del polvo y su almacenamiento adecuado previenen la contaminación y mantienen la calidad, mientras que los sistemas de trazabilidad aseguran la responsabilidad en todo el ciclo de vida del polvo.
Juegos de orejetas impresas en 3D para bicicletas de alto rendimiento, fabricadas mediante manufactura aditiva en las instalaciones de Atherton Bikes en Gales. Estas piezas, producidas con la máquina RenAM 500Q, de Renishaw, refuerzan las uniones entre los tubos del cuadro y optimizan la distribución de tensiones en terrenos exigentes.
Fuente: Renishaw/Atherton Bikes
Salomé Sánchez, ingeniero de aplicaciones de Renishaw México, subraya la importancia de controlar tanto el tamaño como la forma de las partículas en los polvos metálicos. Una distribución granulométrica estrecha, generalmente entre 15 y 100 micrómetros, es fundamental para garantizar un flujo uniforme y una estratificación precisa durante la impresión. Además, se prefieren partículas esféricas, ya que fluyen con mayor facilidad y aseguran una distribución homogénea.
Para evaluar la integridad de las piezas fabricadas sin deteriorarlas, en Renishaw se implementan ensayos no destructivos como la inspección por ultrasonido y la radiografía industrial. Estos métodos permiten detectar defectos internos y visualizar la estructura interna de las piezas, respectivamente.
Además, el análisis químico y metalúrgico se lleva a cabo mediante técnicas como la espectrometría de emisión óptica (OES) y la microscopía electrónica de barrido (SEM). Estas herramientas se emplean para verificar que la composición química cumpla con las especificaciones y para examinar la microestructura de las partículas en busca de posibles contaminantes.
Orlando Ruiz, director de ventas para Latinoamérica de 3D Systems, detalla las estrategias de control de calidad empleadas por su empresa. Estas incluyen análisis de distribución de tamaño de partículas mediante difracción láser para asegurar fluidez y densidad óptimas, y espectrometría de masas para monitorear la composición química y evitar desviaciones que afecten el rendimiento del material.
La revisión de propiedades morfológicas se realiza con microscopía electrónica de barrido (SEM) para evaluar la esfericidad y detectar partículas satélites. Además, se validan lotes reciclados mediante ciclos de prueba controlados para garantizar que conserven las propiedades mecánicas y químicas requeridas.
El monitoreo capa por capa durante la construcción permite analizar la deposición del material y detectar posibles anomalías por medio de software especializado, como Build Inspection, de 3DXpert.
Trumpf, por su parte, ofrece el 3D Printing Application Lab para orientar a los clientes en la selección y validación de distintas aleaciones de aluminio. Sus sistemas de monitoreo y corrección incluyen tecnologías como Automatic Multi-Laser Alignment (AMA) y monitoreo del baño de fusión, que verifican y ajustan continuamente la posición del haz láser y las condiciones del baño de fusión. Estas herramientas contribuyen a la confiabilidad y consistencia de la pieza terminada.
Avances en velocidad y eficiencia en la impresión 3D de metales
A medida que la manufactura aditiva se consolida en la producción industrial, las empresas usuarias de esta tecnología buscan escalar la impresión 3D de metales sin comprometer la calidad ni la precisión de las piezas producidas. Para ello, fabricantes y desarrolladores han implementado tecnologías que optimizan la velocidad de impresión y reducen los costos de producción.
Componente para maquinaria de semiconductores fabricado mediante tecnología de manufactura aditiva de Trumpf. Este proceso, que permite producir piezas con mayor rigidez y peso optimizado, mejora el rendimiento y la eficiencia en aplicaciones de alta precisión dentro de la industria de semiconductores.
Fuente: Trumpf.
Orlando Ruiz, de 3D Systems, señala que la plataforma EXT TITAN Pellet emplea pellets industriales en lugar de filamentos o polvos, lo que permite alcanzar tasas de deposición más rápidas y reducir costos de material. Asimismo, las impresoras PSLA 270, que combinan la velocidad del proceso DLP con la calidad del SLA, generan un equilibrio entre productividad y precisión.
Entre los beneficios observados se reporta una reducción de hasta 60 % en los tiempos de producción respecto a procesos convencionales y ahorros significativos en costos de materiales. La incorporación de sistemas de retroalimentación en tiempo real también garantiza tolerancias dimensionales ajustadas y una mayor confiabilidad en la fabricación de componentes.
Yash Parikh, de EOS North America, explica que la compañía ha desarrollado plataformas multiláser y perfiles de haz variables que aumentan la velocidad de impresión sin afectar la precisión. Además, la tecnología Smart Fusion utiliza tomografía óptica en tiempo real para ajustar la potencia del láser durante la impresión, con el fin de estabilizar el proceso y reducir la necesidad de inspecciones posteriores.
Estos desarrollos aceleran los tiempos de manufactura a la vez que disminuyen el consumo de material y los costos asociados al posprocesado. Como resultado se obtiene una mayor rentabilidad y una reducción significativa en los plazos de producción.
Desde Renishaw México, Salomé Sánchez destaca que la tecnología de Fusión de Lecho de Polvo (PBF) utilizada en la línea RenAM 500Q permite incrementar la velocidad de impresión mediante el uso de múltiples láseres. RenAM 500Q y 500S pueden configurarse con uno o cuatro láseres, según los requerimientos de producción. En particular, la RenAM 500Q está equipada con cuatro láseres de fibra óptica de 500 W que operan simultáneamente sobre toda la superficie del lecho de polvo.
El sistema incorpora un diseño avanzado de flujo de gas, control óptico y térmico preciso para mantener condiciones estables durante el proceso. Con estas mejoras las piezas alcanzan una densidad superior al 99.9 %, minimizan defectos y optimizan la metalurgia del material. Además, la manufactura aditiva con PBF reduce el desperdicio de material y acorta los ciclos de desarrollo mediante prototipado rápido.
El monitoreo en tiempo real proporciona trazabilidad del procesamiento, mientras que la atmósfera inerte de fabricación (con bajos niveles de oxígeno y humedad) reduce las impurezas químicas y mejora la ductilidad del metal. De esta forma, se alcanzan valores altos y consistentes de alargamiento a la rotura, tanto en piezas “tal como están construidas” como en las tratadas térmicamente.
Un ejemplo de los avances mencionados es el sistema TruPrint 3000, de Trumpf. La empresa ha incrementado la potencia de sus dos láseres a 700 W, lo que posibilita una mayor velocidad de impresión y eficiencia en la producción. Asimismo, la ampliación del diámetro del punto de 80 a 200 µm mejora la cobertura del área de impresión, lo que contribuye a una mayor productividad sin comprometer la calidad de las piezas.
Otro aspecto destacado del sistema TruPrint 3000 es su mecanismo de enfriamiento en la plataforma de construcción. Este sistema, que mantiene una temperatura constante durante el proceso de impresión, evita sobrecalentamientos y garantiza una fabricación más estable. Como resultado, se logran tiempos de producción más cortos, especialmente beneficiosos para sectores que requieren piezas de alta precisión y resistencia, como el automotriz y el de semiconductores.
Analítica basada en inteligencia artificial
La integración de analítica impulsada por inteligencia artificial (IA) y la supervisión automatizada en la impresión 3D de metales no solo genera mejoras significativas en la reducción de errores, sino que optimiza el uso de materiales y aumenta la productividad. Empresas como EOS y 3D Systems han adoptado tecnologías avanzadas para monitorear y ajustar en tiempo real los parámetros de manufactura, con el fin de lograr resultados medibles en la eficiencia operativa.
Intercambiador de calor fabricado mediante manufactura aditiva en un sistema EOS M 290.
Fuente: EOS
Yash Parikh destacó que la IA permite el análisis de datos de sensores como la tomografía óptica y la monitorización del baño de fusión. Esto, al facilitar la predicción de las propiedades de las piezas sin necesidad de pruebas físicas, reduce el consumo de material y los tiempos de validación.
Además, la implementación de mantenimiento predictivo mediante IA permite minimizar defectos y evitar el desperdicio de piezas, gracias a la ajustabilidad proactiva de los parámetros de impresión. “Las colaboraciones con empresas como Hyperganic han permitido una optimización del diseño, lo que ha resultado en iteraciones más rápidas y procesos de fabricación más eficientes”, añadió Parikh.
EOS e Hyperganic se aliaron para integrar Hyperganic Core, una plataforma de software de ingeniería algorítmica impulsada por IA, con las soluciones digitales de manufactura aditiva de EOS. Un ejemplo destacado es el motor aerospike, diseñado por Hyperganic y fabricado en un sistema EOS M 400-4, que logra una manufactura con soporte cero y la utilización del material EOS NickelAlloy IN718.
Orlando Ruiz detalló los beneficios concretos de la integración de analítica basada en IA y la supervisión automatizada a través de plataformas como OQTON, una solución avanzada de software impulsada por inteligencia artificial que permite una integración del flujo de trabajo en la planta de producción, desde el diseño de piezas hasta la inspección y certificación.
Entre los resultados obtenidos, mencionó:
- Disminución del 40 % en errores de impresión, gracias a ajustes automáticos de parámetros.
- Reducción del desperdicio de material en un 30 %, mediante simulaciones predictivas que previenen defectos.
- Aumento de la productividad hasta en un 50 %, con optimización automática de los tiempos de construcción y el consumo de energía.
“El monitoreo en tiempo real, junto con la simulación predictiva y el control adaptativo de procesos, nos ha permitido optimizar la fabricación aditiva en niveles sin precedentes”, afirmó Ruiz.
Desafíos técnicos en la adopción masiva de la manufactura aditiva de metales
Aunque la manufactura aditiva de metales ha transformado la producción industrial, su adopción en serie aún enfrenta obstáculos importantes. ¿Cuáles son los principales retos que impiden su implementación masiva y qué soluciones están desarrollando las empresas en el sector?
Yash Parikh señala que la cualificación de piezas, con métodos tradicionales, es un proceso costoso y prolongado. Para optimizar esta etapa, EOS ha implementado técnicas de cualificación basadas en datos y colaboraciones con grupos como MMPDS (Metallic Materials Properties Development and Standardization), con el fin de generar bases de datos de propiedades de materiales independientes de la plataforma.
MMPDS proporciona propiedades certificadas de materiales metálicos utilizados en aplicaciones críticas, particularmente en la industria aeroespacial. Esto permite estandarizar las propiedades de los materiales, además de garantizar confiabilidad y seguridad en el diseño de componentes estructurales. Al integrar estos datos en sus procesos de certificación, EOS reduce la necesidad de pruebas físicas extensivas, agiliza la cualificación de piezas y facilita su adopción en la producción en serie.
Además, el uso de tecnologías de control de procesos en tiempo real no solo permite reducir la dependencia de pruebas extensivas posteriores a la fabricación, sino agilizar la certificación y reducir costos.
Orlando Ruiz destaca la necesidad de certificaciones robustas en industrias con regulaciones estrictas, como la aeroespacial y la médica. Para ello, la empresa trabaja con organismos de certificación como ASTM para estandarizar procesos y asegurar el cumplimiento normativo.
Salomé Sánchez menciona la calidad y consistencia de las piezas como un reto crítico, ya que la microestructura del polvo y sus propiedades mecánicas pueden generar variabilidad en los productos finales. Para mitigar este problema, Renishaw implementa inspección por ultrasonido y microscopía electrónica de barrido, además del uso de simulaciones y modelado computacional que permiten predecir y corregir defectos antes de la producción.
Visualización de datos de LaserVIEW, el sistema de monitoreo de intensidad de láser en los sistemas RenAM, de Renishaw. Este sistema captura la energía de cada pulso láser durante la construcción y permite medir el rendimiento del láser capa por capa. Integrado en el módulo óptico de Renishaw, LaserVIEW proporciona información clave para mejorar la precisión y calidad en procesos de manufactura aditiva mediante análisis detallado de la potencia del láser. Crédito
Fuente: Renishaw.
La empresa también ha desarrollado sistemas de monitoreo y control avanzados, como el software InfiniAM y sus módulos asociados (Vista láser, MeltVIEW, SonicVIEW y CameraVIEW), que capturan y analizan en tiempo real datos de energía láser, emisiones ópticas y señales acústicas durante el proceso de manufactura aditiva. Esta información permite ajustar parámetros críticos y asegurar una mayor uniformidad en la fabricación de componentes.
- Vista láser (LaserVIEW): registra la intensidad de salida del láser en los sistemas RenAM de Renishaw, midiendo la energía de cada pulso láser para evaluar su rendimiento capa por capa.
- MeltVIEW: supervisa las emisiones ópticas del proceso de fusión en un espectro amplio, capturando las emisiones de plasma en el infrarrojo cercano (700 a 1040 nm) y las emisiones de fusión (1,090 a 1,700 nm). Esto permite una correlación precisa entre la intensidad láser y la calidad del material fundido.
- SonicVIEW: captura eventos de energía acústica durante el proceso de construcción AM. Mediante el hardware DataHUB, los datos, procesados en vistas 2D y 3D, facilitan la detección de defectos estructurales y la optimización del diseño.
- CameraVIEW: proporciona supervisión visual del proceso de manufactura aditiva, registrando cada capa antes y después de la impresión para su inspección secuencial.
CameraVIEW, el sistema de hardware para la supervisión del proceso de impresión en manufactura aditiva de Renishaw. Este sistema, que captura imágenes de la cama de polvo antes y después de la impresión, proporciona datos visuales que pueden ser analizados con InfiniAM Visual para una evaluación combinada con otros sensores de proceso.
Fuente: Renishaw.
Esta información, además de permitir ajustar parámetros críticos y asegurar una mayor uniformidad en la fabricación de componentes, optimiza la calidad y reduce defectos en el proceso de manufactura aditiva.
Uno de los principales retos de la manufactura aditiva de metales en producción en serie es la velocidad del proceso. Orlando Ruiz indica que la comparación con métodos tradicionales sigue siendo una limitante, por lo que 3D Systems ha desarrollado tecnologías de deposición de alta velocidad con láseres múltiples para reducir, significativamente, los tiempos de fabricación. Además, la empresa ha implementado soluciones de automatización en el posprocesado, con el fin de optimizar tiempos y costos.
La estabilidad térmica durante el proceso de manufactura aditiva es fundamental para evitar distorsiones en aleaciones exigentes, como el aluminio. Trumpf aborda este desafío con sistemas de enfriamiento integrados en su modelo TruPrint 3000, lo que permite un control más preciso de la temperatura y mejora la repetibilidad de las piezas fabricadas.
