JENI de Photocentric: la impresión 3D planta cara al moldeo por inyección

JENI no parece una impresora 3D. Es una torre iluminada desde el interior por un intenso resplandor rojo, con secciones modulares apiladas en bastidores que recuerdan a la infraestructura de servidores. Al añadir un módulo, el sistema crece; al reconfigurar un nodo, adopta un nuevo proceso. Una sola instalación puede fabricar cientos de miles de piezas al día y, en algunos casos, más de un millón.

Photocentric ha lanzado JENI como una plataforma de producción autónoma que combina impresión 3D LCD de alta resolución y posprocesado robotizado para fabricar piezas de plástico en volúmenes y con unos costes que, según la empresa británica, compiten directamente con el moldeo por inyección.

Separadores fabricados con JENI mediante impresión 3D, en series de cientos de miles.

Es hora de utilizar la impresión 3D para la producción en masa

La fabricación aditiva destaca por su eficacia en la creación de prototipos y de componentes complejos o personalizados, pero no suele asociarse a las piezas que están detrás de todo lo que nos rodea: clips, tapones, conectores y pasacables fabricados por millones de unidades. Photocentric sostiene que esta idea ha quedado obsoleta y que, hasta ahora, la fabricación aditiva no podía competir en volumen con el moldeo por inyección debido no tanto a la impresión en sí, sino a la mano de obra, la manipulación de las piezas, las diferencias entre lotes y el coste de los materiales. Por eso, JENI se ha concebido para funcionar de forma continua y sin supervisión, con parámetros de proceso específicos para cada trabajo.

Gracias a este elevado grado de automatización, JENI elimina el coste de la mano de obra. En el caso de los separadores, por ejemplo, un solo módulo puede fabricar 238.000 unidades al día por menos de 0,02 $ cada una. De este modo, el material se convierte en el principal gasto, y los usuarios pueden imprimir tanto con las resinas formuladas por Photocentric como con cualquier material de 405 nm que prefieran.

Cómo funciona JENI

Photocentric define JENI de forma sencilla: «moldeo por inyección sin utillaje». La plataforma automatiza la producción mediante impresoras 3D LCD de alta resolución y nodos de posprocesado conectados por sistemas robóticos de alta velocidad. El cliente puede comenzar con un único control robotizado y un módulo de proceso, para después incorporar más módulos a medida que aumente la producción.

El archivo digital enviado a JENI incluye tanto las instrucciones de impresión como la secuencia completa de posprocesado, incluidos los tiempos de lavado y curado. JENI supervisa todos los nodos, asigna cada trabajo al siguiente nodo disponible que cumpla los requisitos, y un pórtico recoge la plataforma de impresión correspondiente para colocarla en posición. Como cada trabajo se gestiona de manera individual, el sistema puede procesar distintas geometrías y secuencias de posprocesado dentro del mismo lote, además de aplicar aprendizaje automático para optimizar el coste, la velocidad, la huella de carbono o la calidad.

Ideal para las «piezas aburridas»

Los clientes actuales de Photocentric ya trabajan con aplicaciones bien adaptadas a la impresión con resina, como modelos dentales, calzado, joyería y miniaturas. La aportación de JENI es hacer económicamente viable lo que sus ingenieros denominan «las piezas aburridas». El equipo de Photocentric ya fabrica internamente numerosas piezas pequeñas, entre ellas carcasas, soportes, escuadras, conectores, colectores, clips, asas y pomos, entre muchas otras. Producirlas en las propias instalaciones resulta práctico, rentable y rápido. Por ejemplo, la empresa puede fabricar pasacables convencionales por solo 0,07 $ la unidad, frente a los 0,34 $ por pieza que cuesta adquirirlos a un proveedor externo.

La empresa prevé que los primeros usuarios de JENI sean perfiles innovadores dentro de grandes compañías que hoy dependen del moldeo por inyección, además de su base actual de clientes de impresión 3D. Al tratarse de una plataforma de materiales abierta, una misma instalación puede utilizar una resina diferente en cada nodo. Así, un laboratorio dental podría producir simultáneamente modelos de ortodoncia en seis nodos, férulas en dos y coronas, puentes y dentaduras en los restantes.

Covid-19: el momento decisivo

El origen de JENI se remonta a un momento concreto de la pandemia de Covid-19, cuando la empresa tenía en funcionamiento una granja de 52 impresoras LC Magna que, en un momento dado, llegó a producir más de un millón de mascarillas faciales al mes. Aquella experiencia puso de manifiesto los problemas operativos que terminaron definiendo los requisitos de diseño de JENI.

«Durante los últimos seis años, la misión de Photocentric, y la mía en lo personal, ha sido hacer posible que la fabricación digital en masa se convierta en una alternativa generalizada al moldeo por inyección», explicó Paul Holt, director general de Photocentric. «Llamamos JENI a este proyecto por la primera máquina de la primera revolución industrial, la Spinning Jenny. JENI hace realidad el concepto de introducir un archivo digital y obtener una pieza fabricada digitalmente. Ya hemos demostrado su funcionamiento en aplicaciones reales, al imprimir decenas de millones de unidades de una de las piezas que menos cabría esperar que el sector de la impresión 3D intentara fabricar».

Especificaciones y calidad de las piezas

JENI presenta un tamaño de píxel de 24,8 µm × 16,8 µm. Según Photocentric, esta resolución ofrece un nivel de detalle, legibilidad del texto y acabado superficial que la mayoría de las tecnologías de fabricación aditiva para producción no pueden alcanzar sin operaciones secundarias de acabado, y que se sitúa a la altura del moldeo por inyección.

JENI es apta para la producción en masa de piezas como los pasacables de la imagen.

El grosor de capa se puede ajustar para cada trabajo, desde los valores habituales de 25, 50 o 100 µm hasta 250 µm, en función del equilibrio entre velocidad y calidad que requiera cada pieza. Como cada trabajo incorpora sus propios parámetros, dos piezas procesadas al mismo tiempo en un mismo sistema pueden imprimirse con grosores de capa distintos. El volumen de impresión viene determinado por ahora por la pantalla de 10 pulgadas de JENI y alcanza 224 × 127 × 57 mm. Photocentric ha apostado por este tamaño porque las piezas fabricadas en series de millones suelen ser pequeñas.

Por otra parte, la complejidad de las piezas prácticamente no tiene restricciones. No hay que diseñar pensando en ángulos de desmoldeo, líneas de partición o marcas de expulsores, y ni los contradesmoldeos ni las geometrías internas suponen un sobrecoste: fabricar una pieza compleja cuesta lo mismo que producir otra sencilla con el mismo volumen. Lo mismo ocurre con la textura superficial. JENI puede incorporar sin coste adicional texturas de grano fino, patrones y acabados decorativos, mientras que, en el moldeo por inyección, estos elementos deben mecanizarse en el molde con un gasto considerable y permanecen inalterables durante toda su vida útil.

¿Qué implica realmente prescindir de la intervención humana?

JENI se ha diseñado para la fabricación sin supervisión, con una intervención diaria mínima. La mayoría de los clientes conectan el sistema a contenedores intermedios para graneles (IBC) con 1 tonelada de resina, que sustituyen cada pocos días, y solo tienen que realizar tareas ocasionales de mantenimiento en los nodos. Como JENI entrega piezas terminadas, la mayoría de los usuarios añaden una breve etapa posterior (clasificación, embalaje o montaje adicional) mediante equipos de automatización convencionales dimensionados según la producción de la plataforma. Como se completa una plataforma de piezas aproximadamente cada 20 segundos, un turno nocturno sin supervisión puede generar piezas suficientes para llenar un pequeño almacén si las etapas posteriores no pueden seguirle el ritmo.

El argumento de la sostenibilidad: un 85 % menos de emisiones de carbono

Las afirmaciones de Photocentric sobre la sostenibilidad de JENI se apoyan en tres factores: la composición del material, la eficiencia del proceso y el destino de la pieza al final de su vida útil.

Materiales: síntesis a partir de residuos biológicos

Photocentric formula sus propios fotopolímeros, y una proporción cada vez mayor de los monómeros y oligómeros que utiliza puede sintetizarse a partir de residuos biológicos de bajo valor, residuos alimentarios y subproductos agrícolas, en lugar de materias primas petroquímicas. El ejemplo actual es Durable DL902 Plant-Based, una resina de ingeniería similar al ABS formulada con un 52 % de materia prima de origen biológico. Tras el curado, alcanza una resistencia máxima a la tracción de 46 MPa y un alargamiento a rotura del 37 %. La empresa contrapone estas propiedades mecánicas a la fragilidad que todavía suele asociarse a los fotopolímeros, heredada de las primeras resinas para la creación de prototipos mediante SLA.

Piezas fabricadas con DL902.

Eficiencia del proceso: evaluación del MTC

El Manufacturing Technology Centre (MTC) del Reino Unido elaboró modelos de emisiones de carbono y energía incorporada por pieza para comparar el moldeo por inyección con el proceso aditivo LCD de Photocentric, de la cuna a la puerta. El estudio tomó como referencia un separador para PCB producido en masa y suministrado por Essentra, y se publicó como Kirkwood et al., «Integrating models for calculating component sustainability metrics». El separador fabricado por moldeo por inyección generó 8,809 gCO₂e por pieza, frente a 1,322 gCO₂e con JENI, lo que supone una reducción del 85 %, atribuida principalmente al desperdicio de material en bebederos y canales, descartes del arranque y purgas. Photocentric considera que esta cifra es conservadora, ya que no incluye el mecanizado de los moldes ni las piezas fabricadas de forma especulativa que terminan desechándose. También señala que sus propios datos se miden por trabajo, en vez de estimarse.

Fin de vida útil

Un fotopolímero curado es un termoestable reticulado químicamente, por lo que no puede fundirse y volver a moldearse como un termoplástico ni admite el reciclaje mecánico convencional. Para abordar esta cuestión, Photocentric trabaja en tres vías: reducir los residuos desde el origen mediante plataformas con alta densidad de piezas y devolver a la cuba la resina sin curar; recuperar energía, ya que los fotopolímeros tienen un alto poder calorífico y se queman de forma limpia en plantas de valorización energética de residuos; y diseñar los materiales desde el inicio pensando en su reciclaje, mediante el desarrollo de formulaciones con enlaces escindibles capaces de descomponer una red ya curada para recuperar oligómeros reutilizables.

El modelo de negocio

Cuando un cliente evalúa JENI según el coste total de producción (materiales, mano de obra, energía, utillaje, residuos, almacenamiento, obsolescencia y coste de las roturas de stock), los cálculos han dado repetidamente ventaja a la impresión 3D, y por un margen mayor del que esperaba la empresa. Según Photocentric, la prueba más clara está en el tipo de piezas que ya se producen con JENI: componentes situados en la parte más baja de la escala de valor, donde fracciones de un céntimo determinan si un método de fabricación es viable.

Con varios módulos de JENI, se pueden imprimir millones de piezas al día.

Disponibilidad de JENI

JENI ya está disponible para pedidos. Photocentric estima un plazo de entrega de aproximadamente tres meses hasta la prueba de aceptación en fábrica (Factory Acceptance Test, FAT), aunque el calendario completo depende de la rapidez con la que cada cliente pueda probar las piezas, seleccionar los materiales y completar las tareas de validación previas al pedido. Después se realiza una prueba de aceptación en las instalaciones del cliente (Site Acceptance Test, SAT), donde el sistema funciona con las piezas del cliente, se forma al equipo y la instalación pasa a contar con un acuerdo de servicio continuo.

«La siguiente etapa consiste en incorporar más nodos de proceso para ampliar su aplicación a distintas geometrías y, después, demostrar cómo este producto radicalmente diferente transforma las decisiones de fabricación: se pasa del proceso convencional de crear un prototipo y después el utillaje a incluir la fabricación digital en volúmenes de cientos de millones de unidades, o la replicación rápida», añadió Holt.

Durante treinta años, se ha repetido que la fabricación aditiva nunca produciría las piezas que realmente hacen funcionar el mundo. Con JENI, Photocentric apuesta por que esas piezas ya pueden fabricarse digitalmente, sin utillaje, en grandes volúmenes, a un precio competitivo y con apenas una fracción de la huella de carbono. Si quieres saber más sobre JENI, visita la web de Photocentric AQUÍ.

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