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La vanguardia de la fabricación aditiva ofrece un mundo de posibilidades para las empresas que buscan transformar sus procesos de fabricación y crear nuevos productos. Pero las empresas que quieren acceder a este mundo tradicionalmente han tenido que invertir grandes sumas de dinero en las últimas máquinas de impresión 3D y luego descubrir cómo integrarlas en sus operaciones.
Esta es una venta difícil considerando que las impresoras 3D pueden tener problemas con el rendimiento y la consistencia para muchas aplicaciones industriales.
Ahora VulcanForms, fundada por Martin C. Feldmann MEng ’14 y el profesor del MIT John Hart, ofrece fabricación digital como un servicio para que las empresas creen productos industriales a gran escala. La empresa ayuda a los clientes con la selección de materiales y el diseño de productos, luego desarrolla un flujo de producción escalable en su fundición de producción.
En el corazón de cada uno de estos flujos de trabajo se encuentra una impresora 3D de metal patentada Laser Powder Bed Fusion (LPBF) que utiliza una matriz de rayos láser finamente coreografiados para producir piezas metálicas de alto rendimiento con diseños intrincados. Las impresoras están integradas con el equipo de mecanizado, robótica y posprocesamiento de VulcanForms a través de un cable digital que también supervisa las piezas a medida que se producen.
“Aunque la tecnología LPBF está bien establecida para varias aplicaciones, incluidas las boquillas de combustible de los motores a reacción y los implantes ortopédicos, solo rasca la superficie de la oportunidad”, dice Hart. “VulcanForms ve una gran oportunidad de mercado para realizar la fabricación aditiva a escala industrial e integrarla en un sistema de producción digital.
VulcanForms actualmente produce piezas para empresas en las industrias médica, de defensa, de semiconductores y aeroespacial, convirtiendo los diseños en piezas terminadas en días. Los fundadores afirman que la calidad de VulcanForms supera los estándares de la industria con materiales como titanio y aleaciones de acero avanzadas y a base de níquel.
VulcanForms actualmente está completando sus dos primeras instalaciones de fabricación digital en Devens y Newburyport, Massachusetts. Cuando esto esté hecho, la instalación de Devens albergará varias docenas de sistemas de fabricación aditiva de la empresa, además de contar con capacidades de posprocesamiento. Los fundadores afirman que estos sistemas convertirán a Devens en la instalación de fabricación de aditivos metálicos más exitosa del mundo. La planta de Newburyport se centra en el mecanizado de precisión, la automatización industrial y las operaciones de montaje. Al fusionar estas tecnologías con un hilo digital, VulcanForms está construyendo una infraestructura de fabricación digital con sede en los EE. UU. que los fundadores creen que definirá cómo se diseñan, construyen y entregan los productos.
Hacer que la industria de la impresión 3D sea relevante
Hart describe su entrada en la fabricación aditiva como fortuita. En 2013, un colega le pidió que impartiera un curso para el programa de Maestría en Ingeniería en Fabricación y Diseño Avanzado del MIT.
«No recuerdo qué me llevó a sugerir que la clase se centrara en la fabricación aditiva, porque todavía no estaba investigando en el campo», dice Hart. «El curso fue una experiencia que usé para explorar un nuevo interés y aprovechar la pasión y la curiosidad de los estudiantes».
Uno de los estudiantes de esa clase era Feldmann, entonces en su primer semestre en el MIT. La clase basada en proyectos pidió a los estudiantes que midieran la precisión de las piezas impresas en 3D, mejoraran sus propiedades y contribuyeran a las conferencias que conectaban la impresión 3D con los fundamentos de la fabricación.
“El MIT te ofrece muchas cosas: cosas muy técnicas pero muy aplicables”, dice Feldmann. “En el MIT, aprender sobre fabricación aditiva no se trataba solo de calcular cosas. Fue aquí [fused deposition modeling] impresoras, dígame cuáles son sus capacidades. Y los usas y haces cosas. Realmente disfruté eso. Lo prepara para liderar los esfuerzos de investigación en la industria y las nuevas empresas, porque necesita abordar las cosas como si supiera lo que está haciendo y confíe en que lo entenderá.
Después de graduarse, Feldmann se convirtió en especialista en investigación en el laboratorio de Hart, donde estudió nanomateriales y electrodos de batería. Pero Feldmann y Hart continuaron buscando formas de hacer que la fabricación aditiva fuera más relevante industrialmente.
Eventualmente, decidieron construir un nuevo tipo de impresora de metal LPBF que permitiría operar una gran cantidad de láseres al mismo tiempo, mejorando el rendimiento y manteniendo la calidad de la pieza terminada. La pareja recibió asesoramiento temprano a través del Venture Mentoring Service del MIT.
“Nuestro objetivo era renovar el proceso LPBF y hacerlo de una manera que permitiera una calidad mucho más alta y consistente, lo que vimos como la mayor barrera para industrializar la fabricación aditiva”. dijo Hart.
Con esta misión en mente, Feldmann y Hart decidieron dar el paso y lanzar VulcanForms, con Feldmann esencialmente apoyándose a sí mismo durante casi dos años mientras trabajaba en el primer prototipo de impresora. Hoy en día, las impresoras de la compañía usan cientos de pistas de soldadura en cada capa a través de las cuales los láseres se mueven en una danza sincronizada. Los láseres entregan colectivamente hasta 100 kilovatios de potencia para hacer piezas a una resolución y escala más altas de lo que los fundadores dicen que otras impresoras pueden lograr.
La fundición de producción de VulcanForms también incluye equipos de posprocesamiento y mecanizado CNC, y los fundadores dicen que la pila de software de la empresa es un diferenciador clave.
“Desde el principio, vimos la impresión 3D como la piedra angular de la fabricación digital, donde el software y el hardware trabajan de la mano para codificar y ejecutar las instrucciones de producción”, dice Hart. “Construimos el software que permite que cada parte reciba localmente la misma temperatura en cada vóxel de cada capa. También nos permite pasar rápidamente al producto final manteniendo esa consistencia en la producción. »
En última instancia, los fundadores se enfocan en lo que estas capacidades desbloquean para los clientes.
“Lo que realmente me emociona es cómo podemos tomar una pieza del cliente y convertirla en realidad en un entorno de producción, no en una percha o un adorno de escritorio”, dice Feldmann. «Todos en aditivos están muy entusiasmados con lo que puede hacer una impresora 3D y no con cómo funciona en un flujo de valor de producción. Por eso tenemos un flujo de valor de producción completo. Por eso nuestro lema no es «VulcanForms: 100 kilovatios de potencia láser». en una impresora.” Se trata de “VulcanForms: Aceleración de la innovación”.
Ayudando a que la impresión 3D alcance su potencial
El año pasado, un fabricante de supercomputadoras envió diseños a VulcanForms para un componente de enfriamiento en sus procesadores. La pieza de titanio, que contenía docenas de túneles microscópicos, era tan compleja que solo podía fabricarse mediante fabricación aditiva. Como Los New York Times informó, VulcanForms regresó con una parte dos días después.
VulcanForms también produjo implantes médicos, herramientas industriales y moldes para neumáticos, así como componentes para contratistas de aviación y defensa.
Feldmann considera que las innovaciones que la fabricación aditiva hace posible impulsan el progreso tecnológico en varias industrias.
«No creo que haya implantes ortopédicos que no estén impresos con LPBF en el futuro», dice Feldmann.
Este avance tecnológico, a su vez, generará aún más casos de uso.
«Lo único de lo que estoy 100 % seguro es que aún no se han encontrado las aplicaciones más emocionantes para la fabricación aditiva», dice Feldmann.
La empresa también ve la transformación de la fabricación posibilitada por las tecnologías de producción digital como una oportunidad para que Estados Unidos mejore tanto la prosperidad económica como su ecosistema de innovación.
«VulcanForms cree que una de las mayores oportunidades en los Estados Unidos es reconstruir su ecosistema industrial en torno a los sistemas de producción digital», dijo Hart. “Las tecnologías de producción centradas en lo digital, incluida la fabricación aditiva y el mecanizado de precisión automatizado, permiten cadenas de suministro más innovadoras, eficientes en recursos y resistentes. La innovación en la fabricación es la columna vertebral de la economía estadounidense.
