Aitiip combina la fabricación aditiva y la inyección de plástico para aumentar la sostenibilidad
Casos de éxito Aitiip 3D
Aitiip es un destacado centro de investigación y desarrollo en España, que presta servicios a empresas en los sectores aeronáutico, automatización, industrial y envases. El centro cuenta con plataformas sólidas para la caracterización de materiales y procesos, y es reconocido como un poderoso integrador de tecnologías que está constantemente en busca de la próxima tecnología transformadora. Hace un año, Aitiip implementó una plataforma de impresora NXE 400 de Nexa3D, con el objetivo de explorar integraciones de fabricación aditiva y moldeo por inyección.
Liebherr – un destacado fabricante alemán de equipos industriales, representado por su rama aeroespacial en Toulouse, ha colaborado con Aitiip para alcanzar el objetivo de reemplazar una rueda de brida metálica por una rueda de brida fabricada en polímero de alto rendimiento reciclado moldeado por inyección. La ambición: desarrollar una tecnología que permita la fabricación de ruedas de brida para los sistemas de refrigeración de la aeronáutica con materiales 100% reciclables. Reconociendo que el rendimiento de los polímeros elegidos sería fundamental para la calidad, y que algunas características de las piezas serían más rentables de realizar mediante fabricación aditiva, Aitiip recurrió a la NXE 400 y al moldeo por inyección de forma libre para satisfacer las expectativas del cliente.
El Desafío
Se necesitaba un rendimiento de material PEEK reciclado – alta complejidad de la pieza
La complejidad es un factor de costo en la mayoría de los procesos de fabricación, y los fabricantes han estado buscando la fabricación aditiva como una forma de simplificar la fabricación de objetos complejos. En el caso de la rueda de brida, los desafíos de complejidad de diseño se vieron agravados por la ambición de reemplazar el metal con PEEK lleno de carbono, un termoplástico de alto rendimiento conocido por ser difícil de prototipar.
En la fabricación de piezas de PEEK, es necesario controlar rigurosamente los parámetros del proceso para lograr un rendimiento objetivo, y Liebherr trabajó con Aitiip para desarrollar y verificar un proceso de fabricación que cumpliera con los siguientes requisitos:
- Proceso de fabricación de alta velocidad que resultará en una reducción de costos del 30%
- Materiales reciclables
- Aligeramiento de peso, con el objetivo de lograr una reducción de peso del 40%
- Fabricación de una sola vez
La colaboración se llevó a cabo en el marco del proyecto INN-PAEK, que fue financiado por la Clean Sky 2 Joint Undertaking en el marco del programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención Nº 101007865.
Apunte de Pablo Murillo
La calidad, repetibilidad y libertad ofrecida por las impresoras Nexa3D y la resina xMOLD nos ha permitido crear y validar un paradigma de fabricación totalmente nuevo bajo demanda.
Información del Caso
Cliente: Aitiip, Liebherr
Industria: Aeroespacial
Productos: Impresora NXE 400. Resina de herramientas impresas en 3D xMOLD.
Aplicación: Reemplazo de piezas de metal con piezas de PEEK reciclado lleno de carbono.
Ventajas:
- Possibilitó y verificó el reemplazo de metal
- Permitió piezas de repuesto bajo demanda mediante moldeo por inyección de bajo volumen
- No se requieren inversiones en herramientas de metal para la verificación temprana del rendimiento
La Solución
Integración de Fabricación Aditiva y Moldeo por Inyección
La pieza que se iba a fabricar era una rueda de brida compleja con un caso de carga desafiante. Para lograr el rendimiento y la velocidad de fabricación requeridos, se eligió el moldeo por inyección como el método de fabricación. Sin embargo, la complejidad de la rueda de brida sería imposible de lograr con herramientas de metal convencionales.
Para cumplir con los requisitos de Liebherr, Aitiip decidió aprovechar al máximo las capacidades del sistema NXE 400 en un enfoque altamente innovador:
- Utilizando el software NexaX Pro, Aitiip creó un perfil de impresora único para permitir la impresión de piezas con una calidad de superficie superior.
- La geometría interna del cuerpo del impulsor se realizó con un único inserto FIM soluble impreso en 3D en la resina de herramientas impresas en 3D Nexa3D xMOLD.
- Una característica particular de la pieza se realizó con un inserto impreso en 3D en el material Nexa3D xPEEK que se montó en el inserto soluble antes de la inyección para permitir su completa integración en la pieza del impulsor moldeada por inyección.
- El inserto FIM impreso en 3D, con la característica de xPEEK, se montó en una cavidad de molde. Posteriormente, se inyectó el material PEEK reforzado con carbono para llenar la cavidad, y el inserto FIM impreso en 3D se disolvió para liberar la pieza final de PEEK.
Beneficios
Moldeo por Inyección bajo Demanda de un Impulsor Complejo Habilitado y Verificado
La Fabricación de Moldes de Inyección Libre, combinada con insertos de alto rendimiento de xPEEK, permitió a Aitiip fabricar una pieza de reemplazo de metal reciclado de alto rendimiento moldeada por inyección. Además, Aitiip pudo verificar el rendimiento de la pieza antes de tener que realizar inversiones en herramientas.
Verificación Temprana
El uso de herramientas de resina xMOLD impresas en 3D permitió a Aitiip fabricar una serie de piezas de prueba y utilizar estas piezas para verificar aspectos clave de diseño y rendimiento.
Ahorro de Costos y Tiempo
El moldeo por inyección permitió a Aitiip realizar iteraciones semanales, reduciendo así el tiempo del proyecto y logrando mejores y más avanzados resultados en comparación con los procesos tradicionales de fabricación de moldes.
Además, el costo de investigación se redujo drásticamente, lo que hizo más eficiente el uso de recursos (tiempo, costos, materiales y, lo más importante, recursos humanos), al tiempo que aumentaba la libertad de diseño.
Escalabilidad sin Problemas
Las primeras iteraciones se llevaron a cabo en moldes impresos en 3D de menor tamaño para garantizar iteraciones lo más cortas y económicas posible. Una vez que el diseño de la pieza había sido validado y el rendimiento de la pieza había sido verificado, Aitiip procedió a implementar una cavidad de metal para reducir los costos unitarios, utilizando un núcleo xMOLD impreso en 3D y un inserto xPEEK para evitar costosas inversiones en funcionalidad deslizante compleja. El concepto de molde resultante cumple con los requisitos del cliente con los costos de propiedad más bajos posibles.
Iteraciones Rápidas
La capacidad de probar rápidamente y de manera rentable varios conceptos de herramientas fue un elemento clave en el éxito final del proyecto. El diseño complejo de la pieza, combinado con el procesamiento complejo del PEEK lleno de carbono y con el desafío adicional de integrar un inserto xPEEK impreso en 3D en una pieza moldeada por inyección, habría hecho que este proyecto fuera muy difícil y costoso de realizar con herramientas de metal convencionales debido a las considerables inversiones involucradas.
Impacto en el Cliente
Reemplazo de Metal, Aumento de la Reciclabilidad Habilitado
Los fabricantes de piezas aeroespaciales se enfrentan a rigurosos requisitos de calidad de las piezas, y la reducción de peso siempre es un objetivo. Además, los fabricantes buscan formas de aumentar la implementación de materiales reciclados.
Liebherr quería explorar una alternativa más ligera al metal que se utilizaba en la fabricación de una rueda de brida de alto rendimiento, y colaboró con Aitiip para desarrollar y verificar un diseño de pieza y un proceso de fabricación que permitiera a Liebherr migrar del metal a polímero reciclado.
Al completar con éxito este proyecto, Aitiip proporcionó a Liebherr los siguientes resultados clave:
- Un protocolo verificado para la fabricación de una pieza de repuesto específica que permite a Liebherr reducir costos, tiempos de entrega y vulnerabilidades en la cadena de suministro.
- Un estudio de referencia que demuestra el rendimiento alcanzable con novedosos conceptos de herramientas de moldeo por inyección impresas en 3D y resinas de impresoras 3D novedosas.
- Un modelo de referencia para el desarrollo de productos de alta mezcla/bajo volumen, ampliación y servicio postventa basado en una plataforma de fabricación bajo demanda, como alternativa a los paradigmas de suministro en stock.
Para obtener más información sobre el Moldeo por Inyección Libre y la experiencia de Aitiip, consulte el sitio web de INN-PAEK aquí: https://www.aitiip.com/innpaek.html. También puede descargar la Guía de Diseño de Herramientas Impresas en 3D o ponerse en contacto para obtener más información.