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Aplicación de la Fabricación
Aditiva Metálica en distintos
sectores industriales
Iñigo Bereterbide
Product Manager AMPD
Renishaw Ibérica, S.A.U.
Líder mundial en metrología Empresa listada en el índice bursátil FTSE 250 con la casa matriz en el
Reino Unido
Mejorando el rendimiento operativo Transformación de las eficiencias productivas y mejora de la calidad del
producto
Maximización de las capacidades de investigación
Mejora de los procedimientos médicos y los resultados para el paciente
Acerca de Renishaw
Proporcionar tecnología de vanguardia fomentando que la innovación
aborde las necesidades de nuestros clientes.
Diseñar, fabricar y suministrar sistemas de metrología de la más
elevada calidad y fiabilidad, permitiendo la medición dimensional según
normas trazables.
Buscar la satisfacción total del cliente a través de un servicio superior.
Nuestra misión
“Renishaw cree fundamentalmente
que el éxito llega de la mano de
productos y procesos patentados e
innovadores, una fabricación de muy
alta calidad y la capacidad de
ofrecer soporte local a los clientes
en todos los mercados alrededor del
mundo.”
Sir David McMurtry Chairman & Chief Executive
El carácter distintivo de Renishaw
Asegurando el crecimiento a largo plazo
Para asegurar el éxito,
asumimos el control de
todas las actividades
que consideramos
principales, incluyendo
diseño, fabricación,
ventas
y soporte.
Algunos datos relevantes
15% de la facturación reinvertido en
ingeniería, incluyendo I+D en 2013
32 países con filiales
locales
3300 empleados
£346 millones ventas en 2013
Nuestra estrategia
Investigación
continua y sólido
posicionamiento
con productos
innovadores
Fabricación
eficiente de gran
calidad
Fuerte presencia
en el mercado y
foco en mercados
emergentes
Construyendo el
negocio vía
adquisiciones
Soporte a los
clientes Crecimiento
orgánico
consistente
Personas Foco en
convertirnos en
proveedores de
soluciones
Nuestros clientes
Gran
consumo
Agricultura
Medicina Energía
Automoción Aeroespacial
Construcción Canteras y
minas
Conocimiento – Control de los procesos de fabricación
Preparación del proceso
Control en proceso
Control
post-
proceso
Base del proceso
Sondas para
Máquina-
Herramienta
Productos de
medición en
MMC
Calibres
Útiles fijación
Sistemas de
calibración y
verificación
Conocimiento – Metrología industrial
Topografía y
metrología de
gran alcance
Fabricación
aditiva
Palpadores para
sondas
Control del
desplazamiento
Conocimiento – Ciencias de la Salud
Escáneres
dentales,
software CAD,
fresadoras y
estructuras
Software de
planificación de
neurocirugía,
implantables y
robots
Microscopios
Raman y análisis
Sistema
diagnóstico para
investigación
clínica
Nuestro servicio, su solución
Hardware Retrofits en
cliente final
Formación a
clientes
Ingeniería de
aplicaciones
Productos
avanzados
Soluciones
llave en mano
Suministro de
consumibles Consultoría
Servicio y
soporte
mundial
Software
Instalación
OEM
Queremos proporcionar tecnología de vanguardia fomentando que la
innovación aborde las necesidades de nuestros clientes.
Con filiales en 70 localizaciones en 32 países, damos soporte local a
nuestros clientes antes, durante y después de la venta construyendo
relaciones con beneficios duraderos a largo plazo.
Ahora un proveedor global de soluciones
¿Por qué la Fabricación Aditiva (FA) para Renishaw?
P. ¿Por qué ha decidido Renishaw involucrarse en la industria de
la fabricación aditiva?
R. Porque es una tecnología de fabricación
emergente en sectores en los que Renishaw
es líder en su campo.
R. Los sistemas de FA se encuentran en su infancia , hablando
comparativamente , y requieren un paso adelante para ser
aceptados en la producción en masa.
P. ¿Por qué Aditiva Metálica?
P. ¿ Por qué ahora?
R. El alcance de las piezas complejas
metálicases enorme – Las ventas de
la industria de la Máquina-
Herramienta alcanzan los 68 Billones
de $ anuales.
¿ Qué es la FA?
La Fabricación Aditiva (FA) láser es un proceso de fabricación de
piezas metálicas que utiliza datos 3D CAD como fuente digital.
Produce piezas completamente densas directamente del CAD
utilizando archivos con formatos estándar.
Finas capas de polvo metálico atomizado se depositan y un láser de
fibra de alta potencia funde el polvo para formar la pieza.
Retractable
Platform Z
axis
Build
Metal
Powder
Build
Chamber
Laser
Window
Powder
distribution
System
Inert
Gas
Materiales F.A.
El proceso utiliza polvo metálico atomizado
Los materiales cualificados incluyen:
Acero Inoxidable 316L
Cromo-Cobalto
Titanio Al64 V Al6 Nb7 y comercialmente puro
Inconel 718 & 625
Aluminio AlSi12
Acero de herramientas (H13)
Materiales en proceso de cualificación:
Hastalloy X
Sistema abierto para desarrollo de materiales sin coste
Posibles aplicaciones
¿Dónde funciona mejor la FA?
•Componente unitario o serie pequeña – coronas y puentes dentales, implantes,
etc.
•Geometrías complejas y estructuras- Intercambiadores de calor, implantes
médicos, transiciones a estructuras compuestas.
•Materiales y compuestos nuevos – materiales difíciles de mecanizar y peligrosos
mediante otros métodos. Materiales de alto precio - minimización de desechos.
•Series o componente único para I+D.
•Características internas ocultas – refrigeraciones con forma, cuerpos de válvula
etc.
AM 250
AM250
Volumen máximo 245 x 245 x 300 (x,y,z)
(z extendable to 360mm)
Capacidad de
producción*
5cm³ a 20cm³ por hora
Espesor de capas 20 a 100µm
Diámetro haz láser 70µm en la superficie del
material
Opciones de láser 200W o 400W
Alimentación 230V 16A
•La capacidad de producción depende del material, densidad y
geometría,
•No todos los materiales pueden producirse a la capacidad máxima.
Consumo eléctrico 1.6KwH
Consumo de gas <30L/Hr
Ejemplos de sectores de aplicación de FA
Componente Unitario:
• Implantes personalizados
• Ortopedia estructuras porosas ( osteointegración )
• Material de competición
Geometrías Complejas:
• Intercambiadores de calor
Características ocultas:
• Insertos de molde con refrigeración optimizada
Materiales difíciles de trabajar y de alto coste – Eliminación
de desechos
• Implantes dentales de Titanio
Source: Royal Perth Hospital, Australia
• La tomografía 3D aporta los
datos para generar el modelo.
• El alojamiento es diseñado
para encajar en el hueso y
tener los atornillamientos
adecuados.
• Resultados: mínima extracción
de hueso sano del paciente y
reducción del tiempo de
operación.
Implantes personalizados - ortopedia
Source: Royal Perth Hospital, Australia • Análisis de los datos 3D, generación
automática de estructuras de soporte.
• Fabricación en FA del acetabular
personalizado en capas de 50µm en
(TiAl6Nb7 o CP Ti).
• Acabado del alojamiento.
• FA + acabado < 3 días.
• Transporte al hospital.
Custom Acetabular cup shown on SLS model – courtesy
Royal Perth Hospital – Australia.
Implantes personalizados - ortopedia
Desarrollo de estructuras
híbridas porosas para
implantes.
Ortopedia – Estructuras porosas
Material de competición
Proyecto Bloodhound Coche supersónico
En verano de 2015 intentará romper la
barrera de velocidad de 1690 Km/h.
El casco del vehículo está fabricado
de composite excepto la punta que ha
sido fabricada en Ti mediante FA .
Esta punta se verá sometida a fuerzas
de 12 Tm / m2.
Diseñado para el proceso
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Ahorro del 60% de masa
Diseño Original cuerpo de bomba Rediseño fabricado mediante FA
Cuando organizaciones como Rolls
Royce y The Welding Institute se
unen, aplicaciones como estos
complejos intercambiadores de calor
muestran el potencial beneficio de la
fabricación aditiva metálica.
Intercambiadores de calor
• Intercambiadores de
calor en aluminio de
FA con distintas
formas.
• Geometrías
convencionales y no
convencionales.
Intercambiadores de calor
Peso original = 618g
Peso de la placa con implantes = 240g (foto)
Peso total de los implantes = 42g
Peso de viruta = 378g = 62%
% Ti usado en implantes = 6.8%
Implantes Dentales Ti – Eliminación de desechos
Mecanizado
F.A. APROVECHAMIENTO DEL
MATERIAL DE MÁS DEL 90%
Ventajas de la refigeración conformal
• Mejora el proceso de inyección.
• Reducciones de hasta el 70% en el tiempo de refrigeración.
• Reducción de ratio de chatarra al mínimo.
• Las piezas de plástico son más homogéneas y con una calidad
significantemente mejor.
• Piezas de plástico sin rechupes.
• Menor número de iteraciones de muestras y ajustes hasta alcanzar
las dimensiones críticas.
• Eliminación de errores en molde más rápida y trabajando en
producción total antes.
Insertos de molde con refrigeración optimizada
Este ejemplo de refrigeración
conformal está trabajando a plena
producción desde hace más de 2
años.
Geometría:
Elipse vertical 1,3 mm x 1,8 mm
Equivale a Ø 1,53 mm.
2 circuitos cerrados:
1x 4- Veces paralelo
1x 5- Veces paralelo
Presión de agua 6 bars.
Longitud total de todos los
canales alrededor de 12.500 mm!
¡Reducción de ciclo de
enfriamiento a la mitad!
Información:
Diseño de canales de refrigeración
Information: Refrigeración conformal usando estructura de malla.
Ø no seguridad de extracción del 100% polvo.
Ø no definición de Flujo en la malla.
Ø no definición de la posible refrigeración.
Ø Peligro de bloqueo del sistema de refrigeración por
acumulación de partículas.
Solución optimizada para la misma aplicación.
Ø Eliminación segura de polvo
Ø Definición de orientación turbulencias del flujo
Ø Definición de refrigeración posible
Ø No bloqueo de canales por acumulación de partículas
Diseño de canales de refrigeración
Podemos simular el tiempo esperado de refrigeración con
refrigeración conformal.
Usamos el software de la empresa Alemana Simcon.
Somos capaces de importar directamente nuestro diseño de los
canales de refrigeración.
En caso de modificación de insertos existentes podemos comparar la
refrigeración convencional con la refrigeración optimizada.
Simulaión
Fundamentos para la simulación
La simulación de una refrigeración conformal se lleva a cabo
conjuntamente con un análisis de flujo.
Por lo tanto necesitamos:
Diseño de la pieza en CAD 3D.
Localización de boquilla.
Tipo de inyección (ej. colada caliente).
Datos técnicos del plástico.
Parámetros de proceso de inyección.
Datos CAD de canales de refrigeración
convencionales.
Temperatura de agua, caudal,
número de circuitos cerrados, etc.
Information:
Simulación
Inserto con
refrigeración
conformal con canales
de refrigeración
complejos
Información:
Insertos de molde fabricados
Termografía:
Insertos de molde fabricados
Inserto para molde de
2 cavidades de
inyección de raqueta
quita hielo. Tiempo de
ciclo reducido de 80 a
40 segundos.
Esto permite duplicar
la producción.
Información:
Insertos de molde fabricados
Molde de inyección de 4
cavidades con correderas
con refrigeración conformal.
Estas correderas aportan
dos ventajas: una enorme
reducción del tiempo de
ciclo y la optimización del
proceso de inyección.
Insertos de molde fabricados
Información:
Reducción del tiempo
de ciclo 30%.
Insertos de molde fabricados
Información:
Information:
Ejemplo de una solución muy
exitosa para solucionar un gran
problema de temperaturas en un
molde existente.
Características convencional conformal
Tiempo de ciclo 90 s 45 s
Controlabilidad de proceso ninguna Muy buena
Presión de agua 4 bar 4 bar
Temperatura de agua 25° C 25° C
Temperatura pared molde
parte superior 135° C 50° C
Temperatura pared molde
parte inferior 35° C 30° C
Canal de refrigeración en
parte superior ninguna
equivalente Ø1,8
mm
Canal de refrigeración en
parte inferior
Geometria espiral
Ø4 mm
soldadura en vacío
Geometria espiral
Ø4 mm generada
por láser
Rechupes Si No
Calidad de pieza Mala Excelente
Insertos de molde fabricados
Información:
Cálculo de la Tasa de Retorno
Piezas / año 40.000
Número de cavidades 1
Tiempo ciclo convencional 90 seg
Tiempo ciclo con refrigeración conformal 40 seg
Tasa horaria 35,00 €
Coste del inserto generado por FA incluyendo
diseño y tratamiento térmico 4.550,00 €
Horas máquina / año con sistema convencional 1.000 h
Horas máquina / año con sistema conformal 444,44 h
Horas ahorradas / año 555,56 h
Coste ahorrado / año 19.444,44 €
Periodo de amortización 2,81 meses
Insertos de molde fabricados
Slide 40 12/5/2013
Gracias
