La impresión 3D va más allá de sus raíces innovadoras

Devins, Massachusetts. Las máquinas miden 20 pies de alto y pesan 60,000 libras y representan la frontera tecnológica de la impresión 3D.

Cada máquina despliega 150 rayos láser, proyectados desde un pórtico y moviéndose rápidamente de un lado a otro, creando piezas de alta tecnología para clientes corporativos en áreas que incluyen la industria aeroespacial, los semiconductores, la defensa y los implantes médicos.

Las piezas de titanio y otros materiales se crean capa por capa, cada una tan fina como un cabello humano, hasta 20.000 capas, según el diseño de la pieza. Las máquinas están selladas. En el interior, la atmósfera se compone principalmente de argón, que es el menos reactivo de los gases, lo que reduce la posibilidad de que las impurezas causen defectos en parte.

La fundición de impresión 3D en Devins, Massachusetts, a unas 40 millas al noroeste de Boston, es propiedad de Vulcan Forms, una empresa nueva que surgió del MIT. Ha recaudado $ 355 millones en financiamiento de proyectos. Su fuerza laboral se multiplicó por seis en el último año a 360, con reclutas de los principales fabricantes como General Electric, Pratt & Whitney y compañías de tecnología como Google y Autodesk.

«Hemos demostrado nuestro éxito en tecnología. Lo que tenemos que demostrar ahora es que tenemos finanzas sólidas como empresa y que podemos gestionar el crecimiento», dijo John Hart, cofundador de VulcanForms y profesor de ingeniería mecánica en el MIT.

Para la impresión 3D, que tiene sus orígenes en la década de 1980, las tendencias tecnológicas, económicas y de inversión finalmente pueden estar en su lugar para la penetración comercial de la industria, según expertos en fabricación, ejecutivos de negocios e inversores.

Dicen que la impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, ya no es una tecnología nueva para algunos productos industriales y de consumo, o para crear conceptos de diseño de prototipos.

“Ahora es una tecnología que está comenzando a ofrecer calidad de producto de grado industrial e impresión de volumen”, dijo Jörg Bromberger, experto en fabricación de McKinsey & Company. Es el autor principal de un informe reciente de la consultora titulado, «Masificación de la Fabricación Aditiva».

La impresión 3D se refiere a hacer algo desde cero, una capa a la vez. Los láseres guiados por computadora derriten polvos de metal, plástico o materiales compuestos para crear las capas. En la fabricación «sustractiva» tradicional, se funde un bloque de metal, por ejemplo, y luego parte de él se talla en una forma usando máquinas herramienta.

En los últimos años, algunas empresas han utilizado tecnología aditiva para fabricar piezas especializadas. General Electric confía en la impresión 3D para fabricar boquillas de combustible para sus motores a reacción, Stryker fabrica implantes de columna y Adidas imprime una suela de malla para sus zapatillas deportivas de gama alta. Los implantes dentales y los aparatos de ortodoncia se imprimen en 3D. Durante la pandemia de Covid-19, las impresoras 3D produjeron suministros de emergencia de protectores faciales y piezas de ventiladores.

Los expertos dicen que el potencial actual es mucho más amplio que una gama relativa de productos de nicho. Se espera que el mercado de impresión 3D se triplique a casi $ 45 mil millones en todo el mundo para 2026, según Informe por concentradoresMercado de Servicios de Manufactura.

La administración Biden está considerando la impresión 3D para ayudar a resurgir la fabricación estadounidense. Elizabeth Reynolds, asistente especial del presidente para industrialización y desarrollo económico, dijo que la tecnología aditiva será uno de los «cimientos de la fabricación moderna en el siglo XXI», junto con la robótica y la inteligencia artificial.

En mayo, el presidente Biden viajó a Cincinnati para anunciar fabricación de aditivos adelante, Una iniciativa coordinada por la Casa Blanca en colaboración con los principales fabricantes. Los cinco miembros iniciales de la empresa (GE Aviation, Honeywell, Siemens Energy, Raytheon y Lockheed Martin) están aumentando el uso de la fabricación aditiva y se han comprometido a ayudar a sus pequeños y medianos proveedores estadounidenses a adoptar la tecnología.

Los compromisos voluntarios tienen como objetivo acelerar la inversión y construir una base nacional más amplia para las habilidades de fabricación aditiva. Debido a que la impresión 3D es un proceso de fabricación digital de alta tecnología, dicen los funcionarios de la administración, juega un papel en la fortaleza de Estados Unidos en software. Agregan que la fabricación adicional hará que la fabricación estadounidense sea menos dependiente de la fundición y la metalurgia realizadas en el extranjero, especialmente en China.

La fabricación aditiva también promete una bonificación ambiental. Es mucho menos derrochador que la fundición, la forja y el corte tradicionales. Para algunas piezas de metal, la impresión 3D puede reducir los costos de materiales en un 90 por ciento y reducir el uso de energía en un 50 por ciento.

Los expertos dicen que la impresión 3D industrial tiene el potencial de reducir drásticamente el costo total de fabricar piezas especializadas, si la tecnología se puede hacer lo suficientemente rápida y eficiente para producir en masa.

Formas de Vulcano En 2015 por doctor hart y uno de sus estudiantes de posgrado, Martin Feldman. Han adoptado un nuevo enfoque para la impresión 3D que utiliza más láseres que los sistemas actuales. Se necesitarán innovaciones en óptica láser, sensores y software para diseñar la compleja coreografía de los láseres.

Para 2017, habían progresado lo suficiente como para creer que podían construir una máquina, pero necesitarían el dinero para hacerlo. A la pareja se une Anupam Gildial de Silicon Valley, un veterano en serie que se convirtió en parte del equipo de VulcanForms. Obtuvieron una ronda inicial de $ 2 millones de empresas de eclipse.

La tecnología VulcanForms, mencionó Greg Reichow, socio de Eclipse, estaba tratando de abordar los tres inconvenientes de la impresión 3D: demasiado lento, demasiado costoso y demasiado defectuoso.

La startup luchó por construir la primera máquina que demostró que su concepto era viable. Pero ella lo logró al final. Las versiones posteriores se hicieron más grandes, más fuertes y más refinadas.

Vulcan Forms dijo que sus impresoras ahora generan 100 veces la potencia láser de la mayoría de las impresoras 3D y pueden producir piezas muchas veces más rápido. Esta tecnología de impresión es el principal activo intelectual de la empresa, protegido por docenas de patentes.

Pero VulcanForms decidió no vender sus dispositivos. Su estrategia es ser un proveedor de clientes que necesitan piezas personalizadas.

Este enfoque permite a VulcanForms controlar todo el proceso de fabricación. Pero también compromete el hecho de que el ecosistema de fabricación aditiva no existe. La empresa construye cada etapa del proceso de fabricación, fabrica sus propias impresoras, diseña piezas y realiza el mecanizado y las pruebas finales.

“Definitivamente tenemos que hacerlo nosotros mismos, construyendo una gama completa de fabricación digital, si queremos tener éxito”, dijo el Sr. Feldman, CEO. La fábrica es el producto.

Las instalaciones de Deven incluyen seis impresoras gigantes. La compañía dijo que para el próximo año debería haber 20. VulcanForms ha explorado cuatro sitios para una segunda planta. Dentro de cinco años, la empresa espera establecer y operar varias fábricas de impresión 3D.

La estrategia de ‘hágalo usted mismo’ también magnifica el riesgo y el costo de una puesta en marcha. Pero la compañía convenció a una lista de reclutas de alto perfil de que el riesgo valía la pena.

Brent Brunell se incorporó a VulcanForms el año pasado procedente de General Electric, donde era experto en fabricación aditiva. El Sr. Brunel dijo que el concepto de usar grandes conjuntos de láseres en la impresión 3D no es nuevo, pero nadie lo ha hecho antes. Después de unirse a VulcanForms y examinar su tecnología, dijo: «Estaba claro que estos muchachos estaban en la próxima arquitectura y tuvieron una operación exitosa».

Junto a cada máquina en las instalaciones de VulcanForms, un operador supervisa su rendimiento a través de un flujo de datos de sensores y una imagen de cámara de los láseres en acción, que se canalizan a un monitor de computadora. El sonido de fábrica es un zumbido electrónico bajo, muy parecido a un centro de datos.

La planta en sí puede ser una herramienta de reclutamiento eficaz. “Los traigo aquí y les muestro las máquinas”, dijo Kip Wyman, exgerente senior de fabricación en Pratt & Whitney y director de operaciones de VulcanForms. La reacción habitual es: «Diablos, quiero ser parte de eso».

Para algunas piezas industriales, la impresión 3D por sí sola no es suficiente. Es necesario para el tratamiento térmico final y la fabricación de metales. Al darse cuenta de esto, VulcanForms adquirió alrededor de la máquina este año.

Arwood es un taller de maquinaria moderno que trabaja principalmente para el Pentágono, fabricando piezas para aviones de combate, drones y misiles. Bajo VulcanForms, el plan para los próximos años es que Arwood triplique su inversión y fuerza laboral, que actualmente incluye a 90 personas.

VulcanForms, una empresa privada, no revela sus ingresos. Pero dijo que las ventas aumentaron rápidamente, mientras que los pedidos se multiplicaron por diez trimestre a trimestre.

El crecimiento sostenible de VulcanForms dependerá del aumento de las ventas a clientes como cerebrosque fabrica sistemas de semiconductores especializados para aplicaciones de inteligencia artificial. Cerebras buscó a VulcanForms el año pasado para ayudar a fabricar una pieza compleja para enfriar potentes procesadores de computadora con agua para enfriarlos.

La compañía de semiconductores envió a VulcanForms un dibujo de diseño por computadora del concepto, una intrincada red de diminutos tubos de titanio. En 48 horas, VulcanForms regresó con una porción, recuerda Andrew Feldman, director ejecutivo de Cerebras. Los ingenieros de ambas empresas trabajaron en mejoras adicionales y el sistema de refrigeración ya está en uso.

Acelerar el ritmo de la experimentación y la innovación es una de las promesas de la fabricación aditiva. El Sr. Feldman dijo que la impresión 3D moderna también permite a los ingenieros crear diseños nuevos y complejos que mejoran el rendimiento. «No podríamos haber hecho esta pieza de refrigeración por agua de otra manera», dijo Feldman.

«La fabricación adicional nos permite repensar cómo construimos las cosas», dijo. «Ahí es donde estamos ahora, y eso es un gran cambio».