Tecnología FDM para entrenamiento técnico militar

 

 

Formar a quienes han de trabajar en el mantenimiento de tecnología militar avanzada se convierte a menudo en todo un reto a múltiples niveles, ya que dada la naturaleza de su aplicación, los usuarios deben adquirir conocimiento preciso acerca de todos los componentes a reparar: Localización, aspecto, impresión tactil, montaje, desmontaje, etc.

 

 

El asunto podría parecer pueril, mas cuando pensamos que se trata de sistemas y componentes ubicados normalmente dentro de grandes sistemas como por ejemplo un cazabombardero, el reto se ve más claro: No se puede experimentar con un equipo que puede necesitarse en el momento menos pensado. 

 

Para solucionar esa dificultad, el Departamento de Formación Técnica de la Sheppard Air Force Base (Wichita Falls, Texas) concibió hace tiempo un plan alternativo: Replicar en plástico ciertos componentes mediante ingeniería inversa, evitando así el tener que recurrir al uso de componentes reales.

 

 

 

En función de cada necesidad y circunstancia, los dispositivos empleados para el entrenamiento serán productos originales en unos casos, y en otros casos réplicas de los mismos creadas mediante fabricación digital directa en cualquiera de las cuatro máquinas FDM con que cuenta el departamento de formación.

 

 

Entre esas réplicas puede encontrarse de todo: Piezas de armamento y munición, módulos de aviónica, bombas de fuel, dispositivos médicos, sistemas de climatización o de telecomunicaciones, y un largo etcétera.

 

 

 

 

El hecho de que las piezas reproducidas estén fabricadas en  materiales tan ligeros como el ABS o el PC no constituye en modo alguno un problema, pues en el caso de que la pieza deba simular el peso de la pieza original,  se recurre a la inserción de una pieza metálica en su interior, a fin de que el técnico de mantenimiento experimente la misma sensación que experimentará en un caso real.

 

El Problema

Antes de incorporar la fabricación digital directa a sus procesos, el Departamento de Formación usaba métodos de fabricación convencional para realizar réplicas de algunos productos. El problema residía en el tiempo y coste de fabricación, pues en función de cada pieza se hacía necesario recurrir a un proceso concreto (corte, doblado, mecanizado, soldadura, etc.) lo cual, considerando el reducido numero de unidades a fabricar, encarecía y ralentizaba los proyectos hasta agotar y sobrepasar en muchos casos el tiempo y presupuesto disponible.

 

La Solución

Ante ese panorama, el Departamento de Formación Técnica estuvo considerando las ventajas e inconvenientes de todas las tecnologías de fabricación directa disponibles en el mercado, y decidió que su solución estaba en la tecnología FDM: En palabras de Mitchell Weatherly, Director del Departamento, “Con la tecnología FDM las piezas obtenidas ofrecen altos niveles de resistencia y funcionalidad, y su producción apenas requiere intervención manual”.

 

Reducción de tiempos y costes

Dada la creciente tendencia del Pentágono hacia la utilización cada vez más frecuente de sistemas no tripulados, uno de los encargos principales que el Departamento recibió fue el de replicar numerosas piezas y componentes de un conocido avión no tripulado, con el fin de ser utilizadas por los técnicos en las clases prácticas de mantenimiento. A tal efecto, se construyeron mediante FDM una gran variedad de componentes internos y externos, tales como la mayoría de los componentes del fuselaje así como varios carenados, hélices y antenas. En suma, se trataba de reproducir en plástico ciertos componentes clave de un UAV armado, al menor coste posible y en un tiempo record. Y aquí es donde la tecnología FDM demostró su rentabilidad: Fabricarlos mediante FDM requirió tan sólo una décima parte del tiempo que habría requerido en caso de optar por los métodos de fabricación tradicional. Este impresionante ahorro de tiempo supuso para el Departamento un ahorro de costes más que sustancioso pues, en palabras de Weatherly, “Para la adquisición de nuestra primera máquina FDM nosotros contemplábamos un ROI  de 4 años, pero lo cierto es que fuimos capaces de retornar la inversión en tan solo 18 meses. En cuanto a nuestra segunda máquina, conseguimos retornar la inversión en tan sólo 9 meses. En definitiva: Desde que en 2004 compramos la primera de nuestras cuatro máquinas FDM, hemos conseguido ahorrar mediante el uso de esta tecnología más de 3,8 millones de dólares hasta la fecha, y estimamos que podremos conseguir unos ahorros en torno a 15 millones en un plazo de 10 a 15 años.”
 

 

 

 

 

FABRICACION DE MASCARAS PARA "CONFORMAL COATING"

Digi International Inc. produce dispositivos de enlace para sistemas de comunicación inalámbrica basados en los estándares Wi-Fi, ZigBee y 3G.

 

 

 

Como tantas otras empresas, Digi International  se había planteado inicialmente la adquisición de un sistema de manufactura digital aditiva pensando en utilizarlo para la obtención rápida de prototipos de carcasas, a fin de poder testear los equipos durante días, e incluso meses, bajo condiciones ambiéntales extremas.

 

 

A la hora de buscar la máquina, Digi tenía claro que debería ser una máquina versátil, capaz de fabricar objetos plenamente funcionales para ser testeados en condiciones reales de humedad, temperatura y resistencia mecánica a los impactos. Aunque la oferta existente de máquinas y tecnologías ofrecía un desconcertante abanico de posibilidades, Digi vio claro que las máquinas Fortus de Stratasys constituían la mejor alternativa a sus requerimientos ya que ofrecían el equilibrio óptimo entre calidad, precio, prestaciones y versatilidad.

 

Según Matthew Larsen, responsable de ingeniería mecánica, el departamento de compras dio su visto bueno a la adquisición de la Fortus cuando Matthew les presentó un plan de amortización basado únicamente en los ahorros derivados de un uso para I+D+i, con énfasis en los costes de prototipado. “Nosotros no pensábamos en usar la máquina para fabricación directa cuando redactamos el plan de justificación de compra de la Fortus”, afirma Larsen. Ahora bien, durante el primer año de uso fueron poco a poco encontrando otras interesantes aplicaciones más allá del mero prototipado rápido, entre las cuales destacaría la fabricación de fijaciones con máscaras integradas, listas para su uso en los procesos de “conformal coating” o barnizado protector selectivo.

 

Esta aplicación fue un verdadero descubrimiento para él, pues la mayoría de los dispositivos fabricados por Digi requerían el barnizado selectivo a fin de proteger ciertos componentes clave. Para llevar a cabo la mencionada tarea, se encargaba a un taller mecánico la fabricación de unas plantillas de aluminio a medida, sobre las que los operarios de Digi aplicaban cinta adhesiva sobre ciertas zonas, al objeto de proteger los componentes que no requerían ser barnizados. Esa tarea resultaba cuando menos un hándicap, ya que aparte de ser tediosa, encarecía considerablemente el coste de mano de obra restando competitividad al producto final.

 

Frente a ese problema, decidieron emplear a fondo la Fortus y a tal efecto diseñaron unas plantillas a medida, provistas de máscaras y ventanas “ad-hoc”. Tras unas primeras pruebas e iteraciones comprobaron que habían dado con la solución ideal, y tras el primer año de producción y uso de las nuevas fijaciones hicieron cuentas y sacaron dos interesantes conclusiones:

1. Habían conseguido reducir extraordinariamente los costes de mano de obra, en un total de 123.750 dólares.
2. Esa sola aplicacion les había reportado un ahorro superior al ahorro obtenido en tareas de prototipado rápido.

En palabras de Matthew, “Estuvimos analizando nuestros procesos de enmascarado y concluimos que podríamos intentarlo con la manufactura aditiva. El riesgo era admisible ya que el coste era ridículo, el proceso era sencillo, y diseñar la pieza requería muy poco tiempo. En suma, no teníamos nada que perder, y sí mucho que ganar: Cuando nuestro departamento de costes echó cuentas, quedó admirado ante el ahorro obtenido con la máquina.”

TECNOLOGIA FDM: TESTIMONIOS DE LOS USUARIOS

TECNOLOGIA FDM

BENEFICIOS DIRECTOS

TESTIMONIOS DE LOS USUARIOS

ACIST Medical Systems (Medicina): "Implementar la tecnología FDM nos ha reportado tantos beneficios, que para nosotros ha constituído un verdadero cambio de mentalidad." Dave Scott, Acist Medical Systems.

ACS (Aeroespacial): “Migrar desde métodos tradicionales basados en CNC a métodos basados en FDM nos ha ayudado sustancialmente a mejorar nuestra posición frente a la competencia” (Bruce Anning, Owner, ACS)

Akaishi (Calzado ortopédico): "Podemos testear anticipadamente la geometría de producto junto con sus materiales." Makoto Muraoka, Akaishi

Altimate Medical (Medicina): "Un modelo que fabricado fuera nos costaba 1.000 dólares y nos tardaba 3 semanas, lo fabricamos ahora internamente por tan sólo 100 dolares y en menos de 1 día." Gabe Routh, Product Development Manager, Altimate Medical Inc.

Arctic Spas (Bañeras de hidromasaje): "La tecnología FDM ha revolucionado extraordinariamente nuestros procesos de diseño.” Pete Van't Hoff, CAD Manager, Arctic Spas

Aviradyne (Productos industriales): "Podemos producir un primer artículo listo para probar, en la tercera parte del tiempo y a la mitad del coste que mediante otras tecnologías basadas en métodos tradicionales." Ronald Jones, CTO, Aviradyne Technologies

Baldor (Productos industriales): "Los modelos 3D que nos costaban 500 dólares encargándolos a un proveedor de servicios, los podemos fabricar ahora por menos de 15 dólares dentro de casa. Estos impresionantes ahorros de tiempo y dinero obtenidos nos han permitido mayor flexibilidad para realizar ajustes rápidos durante el ciclo de diseño."  Dewayne May, CAD Engineer, Baldor Electric Company

Bell Helicopter (Aeroespacial): “La eficiencia del proceso FDM nos permite realizar más iteraciones que las que podríamos realizar mediante otros procesos. Eso se traduce en componentes mejor diseñados.” (Mike Storp, Bell Helicopter)

Bell & Howell (Productos industriales y de consumo): "Si cambiamos en poco tiempo el diseño de un componente, nos resulta más rentable fabricar nuestras propias piezas en casa que pagar a un taller para que nos las fabrique." Michael Jones, Bell & Howell, Electro-Mechanical Technician

Black & Decker (Productos de consumo): "Antes de tener la impresora 3D tardábamos de 3 a 5 semanas en recibir un prototipo fabricado fuera. Con la máquina en casa, tardamos tan sólo unas horas." Steve Swaddle, Manager of Technology, Black and Decker

BMW (Automoción): "La tecnología FDM incrementa su importancia como método alternativo de fabricación, cuanto menores son las series a producir." Günter Schmidt, BMW AG.

Connecticut Corsair (Aeroespacial): “Tratamos de combinar lo viejo y lo nuevo, aplicando la tecnología FDM a la restauración de aeronaves míticas.” Craig McBurney, Founder and Project Manager.

Cool Gear (Productos de consumo): “Nosotros no podríamos sobrevivir sin el prototipado rápido.” John Mason, Senior Product Developer, Cool Gear Inc.

 Culligan (Purificadores de agua): "Por nada del mundo me desharía de mi impresora 3D. Es una herramienta que usamos para mostrar nuestras capacidades cuando los clientes vienen a vernos, y siempre quedan impresionados." Steve Reif, Director of Research & Development, Culligan.

Dana Corp. (Automoción): "Gastar unos cuantos miles de dólares en una máquina de prototipos nos ha supuesto un ahorro de meses en tiempo de ingeniería." Bruce Vanisacker, Dana Corporation.

Dial (Productos de consumo): "El sistema se amortizó por sí solo en unos dos meses, y el numero de modelos que producimos ahora se ha multiplicado por diez desde que compramos la impresora 3D." Rick Althouse, Senior Package Engineer, Dial Home Care

Diebold (Cajeros automáticos): “Dado que las piezas funcionan bien bajo esas condiciones, podemos fabricar ciertas piezas de los cajeros mediante FDM.” Rich Lute, Diebold.

Digital Mechanics: "La fabricación digital directa mediante FDM se ha convertido en una fuente de ingresos y en un factor diferenciador de nuestro negocio." Fredrik Finnberg, Digital Mechanics AB.

DST Control (Aeroespacial): "La fabricación digital directa acelera el proceso de desarrollo más de lo que habíamos supuesto." (Jan-Erik Strömberg, DST Control)

Ducati (Automoción): "Para mantener a Ducati en la vanguardia del diseño de motores, buscábamos una tecnología que nos permitiese obtener prototipos funcionales, tan precisos como resistentes." Piero Giusti, Ducati

East Tennessee State University (Centro tecnológico): "La durabilidad del ABS y la agilidad de la tecnología FDM a la hora de iterar, hacen que nuestra impresora 3D sea la herramienta clave para resolver nuestros problemas de diseño." Bill Hemphill, Associate Professor, ETSU

EOIR (Defensa): "La máquina FDM se pagó por si misma en tan solo dos meses creando piezas." John Moulton, EOIR

 Evektor (Aeroespacial): “Con Fortus, nosotros podemos ahora desarrollar y testear diseños innovadores y si es necesario cambiarlos rapidamente sin detener el proceso de producción.” (Igor Mega, Evektor)

 GROHE (Grifería): "Las muestras pueden ser producidas rapidamente, incrementando además la fiabilidad del diseño puede ser incrementada." Friedrich Imhoff, Grohe Product Development Manager

GTRE (Aeroespacial): "Gracias a la tecnología FDM pudimos obtener un prototipo de motor que reflejaba exactamente nuestra idea y nos facilitó enormemente el desarrollo final." (Dr. U. Chandrasekhar, GTRE)

 Hanil E-Hwa (Automoción): "La tecnología FDM ofrece importantes ventajas para nosotros, entre las que yo destacaría la resistencia de las piezas obtenidas y la facilidad para realizar iteraciones." Choi Hae Seok, Hanil E-Hwa

Harman Becker (Automoción): "Tener la máquina en el taller fabricando piezas de manera constante forma parte de nuestro día a día." Robert Emmanuel, Project Engineer, Harman Becker

Hyundai Mobis (Automoción): "La precisión y estabilidad dimensional de los prototipos resulta imprescindible a la hora de poder validar un diseño, y la tecnología FDM nos lo ofrece sobradamente." Tae Sun Byun, Hyundai Mobis

 Indian Springs: "Nosotros ahorramos en torno a un 70% en costes de producción, y, lo que es más importante, entregamos la pieza en menos de 72 horas. Fabricarlas en aluminio nos habría llevado entre dos y tres semanas como mínimo." Shawn Ferguson, president of Indian Springs

Industrial Scientific Corporation: “Nosotros confiamos en los prototipos funcionales para testear la usabilidad, y el sistema FDM nos permite obtener múltiples prototipos ahorrándonos el coste de fabricarlos fuera.” Mark Owens, Mechanical Engineering Manager, Industrial Scientific Corporation

Instrumentation Laboratory  (Medicina): "La tecnología FDM nos ayudó a conseguir una reducción de costes de fabricación en torno al 40%. Esto supone incluso un 10% más de lo que habíamos presupuestado."    Scott Notaro, Medical Engineering Manager, Instrumentation Laboratory

Ioxus Technologies: "Las piezas que antes me costaban entre 500 y 1.500 dólares encargándolas a un taller mecánico, las fabrico ahora por menos de 20 dólares. Además, antes debía encargarlas con tres semanas de anticipación, y ahora en cambio las fabrico en unas pocas horas. Yo estimo que desde que adquirimos la máquina hace tres años, hemos conseguido ahorrar más de 100.000 dólares en costes de prototipado y mecanizado." Chad Hall, Ioxus COO

Joe Gibbs Racing (Automoción): "Modelamos con los termoplásticos más fuertes disponibles para FDM: Policarbonato y Polifenilsulfona.” (Mark Bringle, Joe Gibbs Racing)

Klock Werks (Automoción): "Las piezas cumplen todos nuestros requisitos de precisión y resistencia." (Todd Snedeker, Klock Werks Kustom Cycles)

 Kelly (Aeroespacial): “Hemos conseguido producir 500 unidades en sólo 3 días. Para el sector aeroespacial, es todo un record cuando se trata de piezas certificadas para uso final.” (Justin Kelly, Kelly Manufacturing Company)

Kirby Morgan (Nautica): "En el pasado, nosotros éramos incapaces de modificar nuestros productos en poco tiempo. El regulador que hemos desarrollado para el ejército muestra a las claras las impresionantes ventajas en velocidad y eficiencia que nos ha reportado la introducción de un sistema FDM en el taller." Pete Ryan, Senior Engineer, Kirby Morgan

Kor Ecologic (Automoción): "La tecnología FDM facilita realizar iteraciones sobre la marcha." Jim Kor, President and Senior Designer, KOR Ecologic

 Lamborghini (Automoción): “Las múltiples iteraciones de los prototipos producidos durante el proceso de diseño, fueron decisivas para conseguir el mejor ajuste de ensamblaje.” Paolo Feraboli, Lamborghini.

 Leptron (UAVs): “Habría sido imposible para una empresa de nuestro tamaño diseñar y construir este producto usando métodos de fabricación tradicional.” John Oakley, Leptron.

Logitech (Informática): “Sin prototipos funcionales, jamás habríamos logrado un diseño optimo.” Dominic Amae, Logitech

Minimizer (Camiones): "A medida que los camiones van cambiando, nosotros necesitamos cambiar. La gente nos pide nuevos productos constantemente."

Craig Kruckeberg, Minimizer CEO

MSA (Seguridad laboral): “Nuestra capacidad de producir un cierto número de variantes, en un corto periodo de tiempo, incrementa la fiabilidad del diseño de nuestros productos. Además, ahorramos dinero en costes de I+D." Detlef Kielow, Senior Engineer, MSA.

NASA (Aeroespacial): “Siempre quieres que sea lo más ligero posible, pero al mismo tiempo que sea lo bastante resistente.” (Chris Chapman, NASA test engineer)

 New England Institute of Technology: "La tecnología FDM nos ayuda a crear productos innovadores proporcionándonos un mayor nivel de entusiasmo en el proceso de diseño." Bruce Feodoroff, Chairman, New England Institute of Technology

NorSAP (Asientos especiales): "¿Quien habría imaginado tras comprar la máquina que acabaríamos enganchados a la fabricación directa en tan poco tiempo?” Andy Smith, SAP

Parker Hannifin Racor (Automoción): "La vibración afecta a la eficiencia del filtro, por lo que era importante montar el prototipo directamente en la máquina para testear con fiabilidad." Russ Jensen, Parker Hannifin-Racor

Parvus (Defensa): “Las piezas en ABS encajan tan bien, que fuimos directamente a producción sin retocar el diseño." Troy Takach, CEO, Parvus Corporation

 Piper Aircraft (Aeroespacial): “Yo puedo programar una pieza FDM en tan sólo diez minutos, mientras que una programación CNC me lleva cuatro horas de media.” (Jacob Allenbaugh, Manufacturing Engineer, Piper Aircraft)

Polaris (Automoción): "Cada vez que evitamos mecanizar un utillaje, ahorramos tiempo." Randy Larson, Polaris

 RLM (Defensa): “En siete días produjimos modelos de engranajes perfectamente funcionales, que cumplían sobradamente los requisitos para fabricar con ellos los moldes de fundición.” Rick Meachum, Vice President of Sales, RLM Industries

Rocket Crafters (Aeroespacial): “La manufactura aditiva ha sido la clave para producir granos de combustible con una mayor consistencia, a un menor coste, y en menos tiempo que antes.” (Ron Jones, President and Chief Technology Officer, Rocket Crafters Inc.)

Script Pro (Medicina): “La máquina FDM se amortizó en pocos meses." Bill Thomas, ScriptPro

 Selectech Geospatial (Aeroespacial): “Es un modo rápido de testear nuevos productos hasta conseguir el mejor diseño final.” Frank Beafore, SelectTech Geospatial executive director

Sheppard Air Force Base (Defensa): “Gracias a la tecnología FDM hemos conseguido ahorrar más de 3,8 millones de dólares hasta la fecha, y estimamos que podremos conseguir un ahorro superior a 15 millones de dólares durante los próximos 10 a 15 años.“ Mitchell Weatherly, Sheppard AFB, Chief, Trainer Development Flight

Thermal Dynamics (Equipos de soldadura): “El sistema FDM se ha pagado por si mismo en tan sólo siete meses.” Matt Colpitts, Thermal Dynamics

Thogus Products (Moldeo por inyección): “Ahorramos como mínimo 150.000 dólares anuales gracias a la tecnología FDM. No puedo imaginar no disponer de esta tecnología en una planta de producción, pues para nosotros constituye algo tan necesario como el correo electrónico.” Matt Hlavin, President.

Tiberius (Defensa): "Gracias a la tecnología FDM somos capaces de acortar a la mitad los ciclos de desarrollo de los nuevos productos, duplicando al mismo tiempo su nivel de calidad." Dennis Tiberius, Tiberius Arms

University of Advanced Technology (Centro tecnológico): “El sistema FDM es perfecto para lo que hacemos Porque hace que nuestros proyectos sean más físicos y tangibles.” Mark Hartlieb, University of Advancing Technology (UAT)

University of Alabama in Huntsville (Centro tecnológico): “El sistema Fortus ofrece el equilibrio correcto entre funcionalidad de la pieza, gama de materiales disponibles, y coste operativo. Estamos muy satisfechos con esta decisión.” Stephen Collins, Prototype Development Specialist, University of Alabama in Huntsville

University of California San Francisco (Centro tecnológico): "El sistema FDM nos permite fabricar rotores a medida para nuestras centrigugadoras por tan sólo 80 dólares. Es muy difícil encontrar en nuestros laboratorios algo que no incluya piezas fabricadas en FDM.” Joe Derisi, UCSF engineer

University of Central Florida (Centro tecnológico): “El armazón del submarino no tripulado tenía que ser fuerte, y al mismo tiempo era tan complejo que nos habría costado una fortuna mecanizarlo. Gracias a la tecnología FDM pudimos fabricar tan solo una unidad, por un precio razonable.” Christopher Sprague, University of Central Florida (UCF)

University of Texas Dallas (Centro tecnológico): "El sistema FDM ha acelerado el proceso de investigación en un factor de cuatro o cinco, y me ha proporcionado la capacidad de diseñar con libertad: Puedo diseñar un dispositivo completamente nuevo y tenerlo impreso en un solo día." Dr. Robert Rennaker II, Associate Professor, University of Texas-Dallas

University of Virginia (Centro tecnológico): “Nunca podríamos haber conseguido tal nivel de realismo sin el sistema FDM.” Dwight Dart, design lab engineer, University of Virginia

Wincor-Nixdorf (Informática): "La capacidad de dar inmediatamente con la solución adecuada es de vital importancia, y la tecnología FDM nos ayuda a conseguir exactamente eso." Wolfgang Hamann, Product Manager, Transaction Terminals

WPI (Medicina): “El proceso FDM nos proporciona una flexibilidad de diseño prácticamente ilimitada.” Gregory Fischer, WPI Automation and Interventional Medicine Laboratory

Woods Hole Oceanographic Institution (Centro tecnológico): "El sistema Fortus produce piezas con la suficiente resistencia y precision como para sobrevivir y proporcionar datos mientras permanence sumergida a una milla de profundidad en medio del Atlántico." Bob McCabe, Woods Hole Oceanographic Institution

Xerox: “Adquirimos el sistema FDM porque significaba para nosotros la posibilidad de iterar más, en menos tiempo. No existe nada que no hayamos podido hacer utilizando la tecnología FDM: Si puedes imaginarlo y dibujarlo, puedes construirlo.” Duane Byerley y Peter Keilty, Xerox