Bosch Advanced Ceramics sobre los obstáculos de la industria, soluciones aditivas y el futuro de la fabricación aditiva de cerámica
A medida que el panorama de la fabricación aditiva (FA) continúa creciendo y evolucionando, una de las mayores revelaciones en los últimos años ha sido la fabricación aditiva de cerámica. Las cerámicas técnicas ofrecen propiedades incomparables, desde una resistencia extrema al calor hasta una protección excepcional contra la corrosión. Cuando se combinan con la flexibilidad de diseño y la precisión de las tecnologías aditivas, este material se está convirtiendo en un verdadero elemento de cambio para industrias que van desde la médica y la aeroespacial hasta los semiconductores y más allá.
Hablamos con Malte Hartmann, ingeniero de desarrollo de Bosch Advanced Ceramics (BAC), parte del Grupo Bosch. BAC es un fabricante por contrato especializado en la fabricación aditiva de cerámica industrial con una misión clara: convertir la tecnología en un punto de referencia para aplicaciones escalables, de producción en serie y de alto rendimiento. Pero, ¿en qué proyectos está trabajando BAC? ¿Qué desafíos enfrentan sus clientes y cómo puede la FA proporcionar la respuesta? ¡No te pierdas la entrevista completa!
3DN: ¿Podría presentarse y contarnos sobre su conexión con la impresión 3D?
Malte Hartmann
Mi nombre es Malte Hartmann. Llevo unos 10 años trabajando en el campo de la impresión 3D de cerámica. Mi formación es en química y tecnología de materiales. Me encontré por primera vez con la fabricación aditiva (AM) en el grupo de investigación del Prof. Jürgen Stampfl de la Universidad Tecnológica de Viena, quien más tarde se convirtió en mi supervisor de doctorado. Mi tesis se centró en la optimización química y tecnológica de la fabricación aditiva basada en litografía para cerámica dental. Después de un breve período postdoctoral en la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg, hice una transición deliberada a la industria para perseguir mi objetivo de llevar la fabricación aditiva de cerámica a la producción a gran escala.
3DN: ¿Cuál es la misión de Bosch Advanced Ceramics y su papel en la empresa?
Muchas personas consideran que la impresión 3D es una herramienta adecuada para crear prototipos, pero nuestra visión es llevar la fabricación aditiva de cerámica a series a gran escala. En este contexto, actuamos como fabricante por contrato, que se centra únicamente en la fabricación aditiva. Ubicados en una planta de producción de Bosch en el sur de Baviera con una larga historia de producción de cerámica por moldeo por inyección, nos basamos en ese profundo conocimiento para llevar la fabricación aditiva desde la investigación hasta la producción industrial.
Mi rol gira en torno a la escalabilidad de la fabricación aditiva. Todos los que han trabajado con esa tecnología saben que no se trata solo de «conectar y usar». Antes y después de la impresión en sí, hay varios pasos a considerar, por ejemplo, la preparación del trabajo de impresión, la limpieza del exceso de material y, por supuesto, el procesamiento térmico. Racionalizar la cadena de valor, automatizar el proceso y encontrar soluciones escalables son algunas de mis principales tareas.
3DN: ¿Qué tecnologías de fabricación aditiva y materiales cerámicos utilizan?
Desde el principio, hemos estado trabajando exclusivamente con procesos basados en la fotopolimerización en cuba (VPP). Estamos constantemente explorando el mercado en busca de próximas alternativas, pero hasta ahora VPP se adapta mejor a nuestros requisitos en términos de rugosidad superficial, densidad, resolución de características y resistencia mecánica.
Como la producción cerámica histórica en la planta de Bosch Blaichach se basaba en cerámicas de óxido denso, basándonos en esa experiencia nos permitió establecer rápidamente varios materiales de ese grupo, por ejemplo, alúmina, zirconia, alúmina reforzada con zirconia (ZTA) y zirconia reforzada con alúmina (ATZ). Dado el caso de negocio adecuado, estamos abiertos a expandir esa cartera.
3DN: ¿Los clientes buscan principalmente la producción en serie o la creación de prototipos? ¿Cómo está evolucionando la demanda?
La demanda de FA de cerámica está aumentando constantemente, impulsada por nuestro enfoque estratégico en la producción en serie para nuestros clientes. Si bien cada proyecto comienza naturalmente con una fase de creación de prototipos, nuestro objetivo siempre es hacer la transición de estos prototipos a una producción en serie calificada, que abarque tanto volúmenes más pequeños como más grandes. Hemos cambiado deliberadamente nuestro enfoque de usar FA como una herramienta interna de prototipado para el moldeo por inyección de cerámica a abordar directamente las necesidades de producción en serie de FA de nuestros clientes. Este enfoque aprovecha la flexibilidad inherente de la FA como un método de producción sin herramientas, lo que nos permite escalar y adaptar la producción sin problemas una vez que se establecen todos los parámetros para un componente específico.
3DN: ¿Cuáles son los principales retos a los que se enfrentan sus clientes cuando acuden a vosotros?
Los retos de nuestros clientes son muy diversos. La mayoría generalmente se acerca a nosotros con dos desafíos técnicos principales. En primer lugar, se enfrentan a limitaciones en el rendimiento del material para sus aplicaciones. Esto suele manifestarse en la necesidad de propiedades como una mayor resistencia a la temperatura, una mayor resistencia al desgaste o una inercia química superior. En segundo lugar, requieren geometrías complejas o funcionalidades integradas que son simplemente inalcanzables a través de la fabricación convencional. Esto podría implicar estructuras internas muy intrincadas, diseños ligeros o la consolidación de múltiples componentes en una sola pieza.
3DN: ¿Cómo ayudáis a resolver estos problemas?
Nuestro enfoque comienza con una consulta técnica en profundidad para comprender con precisión los puntos débiles y los requisitos del cliente. Cuanto antes se nos incluya en el proceso de diseño y concepción, más eficiente será la cooperación y mejor será el resultado.
Esta fase inicial es crucial, ya que nos permite perfeccionar de forma colaborativa los diseños para la fabricación aditiva, optimizando tanto el rendimiento como la capacidad de fabricación. Luego aprovechamos nuestra avanzada tecnología VPP (fotopolimerización en cuba), que sobresale en la producción de piezas con detalles, precisión y acabado superficial excepcionales a partir de una gama de materiales cerámicos de alto rendimiento.
BAC ayudó a un cliente a reemplazar ensamblajes complejos de múltiples componentes, como una placa portadora electrónica con canales intrincados, con una sola pieza de cerámica impresa en 3D, logrando un rendimiento mejorado y una simplificación de diseño significativa.
Para los clientes que carecen de familiaridad con todo el potencial de la FA cerámica, nos involucramos en un proceso de colaboración para identificar y evaluar posibles aplicaciones, a menudo ayudándoles a descubrir caminos completamente nuevos.
Los apoyamos con respecto a las capacidades de la FA de cerámica a través de proyectos colaborativos de prueba de concepto, demostrando el rendimiento y la confiabilidad de la tecnología de primera mano. Si tienen inquietudes sobre los costos, los guiamos para que consideren el costo total de propiedad (TCO). Si bien el costo inicial de la pieza puede parecer más alto, los beneficios a largo plazo, como una vida útil prolongada, un peso reducido o un montaje simplificado, a menudo conducen a ahorros generales significativos y un rendimiento superior que las piezas convencionales simplemente no pueden ofrecer. Nuestro compromiso es proporcionar una solución integral que no solo satisfaga sus necesidades técnicas inmediatas, sino que también ofrezca un camino sostenible y orientado al valor.
3DN: ¿Puede compartir un caso de uso desafiante en el que la FA de cerámica permitió una solución innovadora?
La industria textil utiliza tradicionalmente muchas piezas hechas de cerámica técnica. Un caso de uso que muestra el potencial transformador de la FA cerámica es la producción de agujas cerámicas de precisión para la fabricación textil avanzada.
El desafío implicaba la necesidad de componentes altamente resistentes al desgaste, precisos y geométricamente complejos para los procesos de colocación de fibras a medida (TFP), que implican el manejo preciso de fibras abrasivas como el vidrio o el carbono. Los métodos de fabricación convencionales tuvieron dificultades para lograr la precisión dimensional requerida, la calidad de la superficie y las propiedades del material simultáneamente, especialmente a grandes volúmenes.
Nuestra solución utilizó la FA de cerámica para producir agujas cerámicas complejas hechas de alúmina (99.8% de pureza). Uno de los avances más significativos aquí es la capacidad de producir eficientemente estas piezas intrincadas en serie. Una sola plataforma de construcción permite la fabricación simultánea de 444 agujas idénticas y complejas. Cada aguja tiene aproximadamente 22,3 mm de largo, con un ojo preciso que se ensancha de 1 mm a 1,5 mm y requiere una tolerancia de ±0,025 mm.
La aplicación de alúmina proporcionó ventajas materiales cruciales. Su resistencia al desgaste excepcionalmente alta garantiza una vida útil de la herramienta significativamente prolongada al procesar fibras abrasivas, reduciendo el tiempo de inactividad y el mantenimiento. Además, la baja densidad de la cerámica contribuye a reducir el peso de los componentes, lo que permite movimientos más rápidos y dinámicos dentro de la maquinaria textil sin comprometer la estabilidad. Junto con su alta rigidez, las agujas cerámicas evitan la desviación durante la operación, garantizando una precisión inigualable en la colocación de fibras.
Este ejemplo destaca no solo nuestra capacidad en la producción en serie de componentes cerámicos altamente complejos, sino también cómo la FA de cerámica aborda directamente los cuellos de botella críticos de rendimiento en aplicaciones industriales exigentes.
3DN: Según su experiencia, ¿qué industrias se benefician más de la FA cerámica? ¿Qué aplicaciones y materiales destacan?
Durante mi tiempo en Bosch Advanced Ceramics, he tenido cientos de conversaciones técnicas con clientes de diversos tipos de industrias. Desde mi punto de vista, cualquier industria que necesite cerámica técnica puede beneficiarse potencialmente de la FA cerámica. Esto puede deberse a varias razones. La fabricación aditiva puede permitir diseños complejos como ningún otro método de producción y, por lo tanto, aumentar la eficiencia de un determinado producto. En cuanto a los ensamblajes, la fabricación aditiva puede producir piezas individuales, que tradicionalmente tenían que producirse individualmente. Esto reduce los costos de montaje. Especialmente las industrias con una cartera de productos de «alta diversidad y baja propagación», como el sector médico, pueden beneficiarse en gran medida, ya que los costos de herramientas no se aplican a la fabricación aditiva.
Las industrias clave que más se benefician de la FA cerámica incluyen semiconductores, dispositivos médicos, aeroespacial, procesamiento químico, energía renovable y maquinaria industrial de alto rendimiento. En semiconductores, la FA cerámica permite componentes con alta pureza, resistencia química y resistencia eléctrica para componentes como mandriles de obleas, cabezales de ducha de gas o complejos colectores fluídicos.
En dispositivos médicos, la fabricación aditiva admite piezas biocompatibles, esterilizables y ergonómicamente optimizadas. La FA cerámica también se destaca en la fabricación de piezas miniaturizadas para equipos de diagnóstico o herramientas especializadas.
Si nos fijamos en las aplicaciones aeroespaciales, se benefician de componentes ligeros y resistentes al calor, mientras que sectores como el procesamiento químico y la energía aprovechan la FA para piezas resistentes a la corrosión y al desgaste en entornos extremos. Finalmente, la maquinaria industrial y la metrología obtienen acceso a componentes personalizados, de alta precisión y duraderos.
En todos estos sectores, los principales beneficios de la fa cerámica incluyen una mayor libertad de diseño, un mejor rendimiento en condiciones exigentes y una mayor rentabilidad a través de la consolidación de piezas y una mayor vida útil.
3DN: ¿Cómo ve el futuro de la fabricación aditiva cerámica?
Muchos expertos creen que la fabricación aditiva encontrará su nicho entre las tecnologías de producción establecidas, pero creemos que la conexión inherente de la fabricación aditiva a un flujo de trabajo digital y la necesidad de la industria de ciclos de desarrollo más rápidos, conducirá a una posición mucho más significativa de la fabricación aditiva. La combinación de propiedades de materiales excepcionales con una libertad de diseño y una agilidad digital inigualables la convierten en una tecnología fundamental para futuras aplicaciones de alto rendimiento, y estamos encantados de explorar estas posibilidades.
3DN: ¿Unas últimas palabras para nuestros lectores?
Me alegra que haya personas que compartan su entusiasmo por esta emocionante tecnología y las posibilidades que abre. La escena maker siempre ha sido una fuerte influencia en el desarrollo de la tecnología FA debido a su gran creatividad. Gracias por su esfuerzo y atención. Puedes saber más acerca de Bosch Advanced Ceramics aquí.
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