¿Cómo aprovechar los beneficios de la fabricación aditiva cerámica?

El año pasado, la firma de investigación SmarTech Analysis publicó su informe sobre la fabricación aditiva cerámica, valorando la tecnología en 4.800 millones de dólares para 2030. Para la industria, la fabricación aditiva ofrece ventajas reales en términos de geometría de piezas y materiales disponibles , así como costes y tiempos de fabricación. Tradicionalmente conocida en el mundo del mecanizado, la cerámica tiene varias propiedades y características de interés para sectores como la aeronáutica o la médica. La posibilidad actual de imprimir en 3D piezas de óxido de circonio, alúmina o carburo, afecta los flujos de trabajo de los fabricantes y sus métodos de fabricación tradicionales. Pero, en última instancia, ¿por qué es interesante recurrir a la impresión 3D de cerámica? ¿Cuáles son sus beneficios? ¿Y las limitaciones existentes? Tres expertos de la industria dan sus consejos sobre cómo integrar la tecnología de forma eficaz.

Nuestro primer experto es Romain Faye, doctor en Ciencia y Materiales, y ahora director de proyectos de I+D para la parte de impresión 3D de Nanoe. La empresa francesa, experta en la producción de materias primas innovadoras, ha invertido en el desarrollo de materiales para fabricación aditiva cerámica y metálica. Nuestro segundo ponente es Vagelis Mavropoulis, director del departamento 3D de Lino3D. El grupo griego brinda apoyo a los fabricantes en su proceso de fabricación, ayudándoles a elegir el método correcto, los materiales adecuados y a adquirir las habilidades necesarias para comprender los desafíos y el funcionamiento de las tecnologías 3D. Finalmente, nuestro tercer experto es Martí Baltà, CEO de la marca Barcelona3Dcermics (B3DC). La empresa es especialista en la impresión 3D cerámica.

Tecnologías y materiales disponibles

En primer lugar, es importante recordar que existen muchos procesos de impresión 3D de cerámica y que en la actualidad se basan en diferentes formas de materiales (filamentos, polvo, resina, etc.). Sin entrar en los detalles de cada uno, cabe mencionar que existe muchas tecnologías para ellos, y así lo afirma Martí Baltà: “Nosotros contamos con tecnología LDM/Robocasting, máquinas de Binder Jetting, SLA y DLP para cerámica. A grandes rasgos son las tecnologías que existen hoy en el mercado, con variantes según cada familia y con unas y otras prestaciones según la máquina con la que se trabaja”. 

Algunos jugadores como Nanoe han invertido en la producción de filamentos cerámicos adecuados para muchas máquinas del mercado. Según Romain Faye, el elemento clave antes de emprender cualquier inversión es “comprender las ventajas y desventajas de cada tecnología. Se trata de poder anticiparnos a sus necesidades en cuanto a producción de piezas, precisión, velocidad, diseño, etc.” Una especificidad que no es propia de la fabricación aditiva cerámica, pero que es bueno aclarar.

El proceso dependerá de la elección del material. Actualmente existen en el mercado varios tipos de cerámicas, con tres familias principales mencionadas por Romain Faye: óxidos, carburos, nitruros. En la primera categoría, encontramos cerámicas técnicas como la zirconia y la alúmina, pero también los fosfatos, que tienen una alta biocompatibilidad y, por tanto, son más apreciadas por el sector médico. Los carburos y nitruros, por otro lado, cuentan con una excelente resistencia al choque térmico y alta dureza, que se utilizan más en aplicaciones de alta temperatura.

La fabricación aditiva cerámica se utiliza ampliamente en el sector médico | Créditos: Lino3D

Las ventajas de la fabricación aditiva cerámica

Uno de los beneficios de la impresión 3D en general es la capacidad para producir piezas complejas, con una geometría que no se podría obtener de otra manera. Esto es aún más notable con la fabricación aditiva cerámica porque los materiales técnicos que se utilizan actualmente son más difíciles de modelar debido a su dureza. Vagelis Mavropoulis explica: “Una de las ventajas más importantes de la impresión 3D para todo tipo de materiales es su capacidad única para fabricar geometrías arriesgadas que son imposibles de lograr con los métodos tradicionales. Esto es tanto más importante para las cerámicas, porque la fabricación aditiva también proporciona la excelente calidad necesaria para sus propiedades. Por tanto, la producción de pequeñas series de cerámicas será ciertamente más económica y eficiente”.

Más allá de esta complejidad geométrica, la tecnología aporta ganancias reales en términos de tiempos y costes de producción, pero también de las propiedades finales obtenidas. No es infrecuente que las piezas cerámicas impresas en 3D sustituyan a componentes metálicos o poliméricos que en sí mismos no se han elegido por sus propiedades, sino porque son más fáciles de moldear. Vagelis Mavropoulis continúa: “Como material isotrópico, muy denso y neutro, la cerámica está comenzando a encontrar un lugar en diferentes industrias para reemplazar las piezas de metal y plástico. Este es un desafío en sí mismo que requiere desarrollar habilidades específicas en impresión 3D”. Y aquí es donde se debe formar al usuario: la fabricación aditiva de cerámica requiere conocimientos sólidos, tanto en términos de impresión 3D como de material. Romain Faye explica: “Una empresa que haya dominado el diseño y la impresión 3D de piezas poliméricas deberá tener en cuenta las instalaciones necesarias para llevar a cabo los tratamientos térmicos. Para una empresa procedente del mundo de la cerámica, es el aspecto de la impresión 3D lo que tendrá que apropiarse”.

Créditos: Nanoe

Los retos a afrontar

Un punto también a tener en cuenta es los desafíos que se afrontan con la fabricación aditiva cerámica. Martí Baltà declara: “Cada tecnología tiene sus retos propios que harían de la misma una herramienta mejor. Unas necesitan abaratar precio, otras más fiabilidad, otras más volumen de construcción. Desde nuestra experiencia hemos ido analizando el mercado así como las distintas tecnologías que hemos usado y nos ha permitido observar que necesidades requiere cada una de ellas para funcionar en plena forma e implementar estas mejoras”. Por otro lado, el tratamiento térmico, y más concretamente la fase de sinterización, es otro paso clave en la fabricación aditiva cerámica, y que podría ser uno de los frenos a la hora de adoptar la tecnología. Esta contracción debe considerarse desde la fase de diseño de la pieza. Por lo tanto, el usuario debe tener en cuenta que el modelado 3D juega un papel vital. Un aspecto que subraya el experto de Lino3D: “Es fundamental comprender las capacidades de la tecnología y adaptarla a la aplicación adecuada mientras se abren nuevas posibilidades que eran imposibles con los métodos tradicionales. Por supuesto, conocer todos los materiales disponibles y sus propiedades también es un factor importante. Además, es muy importante comprender que se necesita un nuevo tipo de enfoque de diseño para aprovechar al máximo CAM. La integración de la tecnología en sí no es tan difícil”.

Créditos: Lino3D

Consejos sobre la integración de la fabricación aditiva cerámica

La fabricación aditiva cerámica tiene un futuro brillante por delante, especialmente cuando se trata de aplicaciones médicas. Como sabemos, la crisis sanitaria ha puesto de manifiesto varias debilidades en nuestros sistemas actuales, debilidades que podrían resolverse en parte gracias a las tecnologías 3D. 

Romain Faye añade: “Zetamix es una excelente solución de impresión 3D de cerámica porque es una inversión no muy alta (10.000 euros). Además, Zetamix se beneficia de un fácil manejo y una gran versatilidad porque la solución se puede utilizar para plástico y metal”.

Vagelis Mavropoulis comenta: “No dudes en comenzar a solicitar un servicio de impresión para verificar la compatibilidad de los resultados y poder comparar las diferentes soluciones. Una vez que la imagen es más clara, es mucho más fácil tomar medidas y comprar un sistema interno adecuado”.

Una pieza de cerámica impresa con filamento Zetamix | Créditos: Nanoe

Martí Baltà concluye: “Dependiendo de la tecnología, se necesitarán diferentes perfiles en el equipo. Se ha de separar la cerámica técnica o de altas prestaciones, donde se necesita un perfil más técnico, ingeniería y de laboratorio, del resto de técnicas donde se precisará un conocimiento de la cerámica tradicional así como de las nuevas tecnologías. Y quiero remarcar la necesidad de tener conocimientos de cerámica tradicional a la hora de resolver con éxito proyectos de artesanía, diseño, arquitectura, etc”.

* Créditos foto de portada: Nanoe

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