MTU - La tecnología de impresión 3D de EOS permite la rentabilidad

Desafío

Uso optimizado de las máquinas EOS existentes para la construcción de componentes en serie seguros y rentables

El sector aeroespacial es uno de los más innovadores del mundo. Sólo para el diseño del A380, Airbus solicitó más de 380 patentes. Los nuevos materiales y tecnologías aptos para la producción en serie tienen un papel importante que desempeñar en esta industria por razones que incluyen el coste, el peso y la función. Por ello, tanto fabricantes como proveedores están probando las capacidades de rendimiento de los procesos de fabricación aditiva, mediante los cuales se producen componentes al endurecer un polvo, capa por capa, utilizando un láser. 

Este método se utilizó originalmente en la fabricación de prototipos, ya que permite la producción rápida de piezas individuales. Sin embargo, debido a sus numerosas ventajas, la tecnología se ha establecido desde entonces como un elemento básico en la producción en serie.

Las ventajas asociadas a este proceso incluyen una mayor libertad de diseño, así como una amplia gama de materias primas utilizables, desde plásticos extremadamente ligeros, resistentes al fuego o ignífugos, hasta una gran variedad de metales. En general, en el momento en que una aeronave surca los cielos, tanto el coste como la seguridad se convierten en importantes fuerzas motrices. Por eso es importante elegir el término medio adecuado a la hora de introducir nuevas tecnologías. MTU Aero Engines, el principal fabricante de motores de Alemania, adoptó un enfoque estratégico paso a paso hacia el uso de la fabricación aditiva.

La empresa utiliza actualmente siete máquinas EOS. "Hace unos diez años, empezamos con la fabricación de herramientas y componentes de desarrollo", afirma el Dr. Karl-Heinz Dusel, Director de Tecnologías Rápidas de MTU. "Con el fin de optimizar la utilización de la capacidad y aplicar nuestro plan por fases, fuimos en busca de otras áreas en las que pudiéramos aplicar la tecnología". El principal reto consistía en consideraciones de coste y seguridad, por un lado, y la búsqueda de innovación estratégica, por otro.

Solución

Fabricación aditiva de salientes de boroscopio para el turboventilador de engranajes de la nueva generación de motores PurePower® PW1100G-JM para el Airbus A320neo.

Los salientes boroscópicos se utilizarán en la última generación de motores -el Geared Turbo Fan (GTF)- y se fabricarán con máquinas EOS. "Al principio de la segunda fase empezamos a fabricar componentes en bruto, que sustituyeron a piezas existentes. En esta categoría se incluyen los manguitos para las turbinas de baja presión de los A320neo-GTF", explica Karl-Heinz Dusel. Estos pequeños componentes adicionales permiten a los técnicos comprobar el estado de los álabes de la turbina en el interior del motor mediante endoscopios. Las piezas se remachan a la carcasa de la turbina para crear una abertura para el endoscopio, que en el sector aeroespacial se denomina boroscopio. La resistencia al calor y la durabilidad son las características clave de la aleación a base de níquel que se utilizó. Este material de alta calidad consigue los mejores resultados que exige el componente, pero es difícil de mecanizar. Afortunadamente, un problema como éste se supera fácilmente con la fabricación aditiva. Como MTU es también productor de materias primas, la empresa pudo desarrollar una nueva cadena de procesos, que ha sido aprobada e integrada en el sistema de fabricación. Todo el proceso de fabricación se apoya en un sistema de control desarrollado específicamente por MTU. La supervisión en línea capta cada uno de los pasos y capas de producción. Además, se han introducido nuevos procedimientos de aseguramiento de la calidad, como la tomografía óptica. La Autoridad Federal Alemana de Aviación incluso certificó las máquinas EOS. En el pasado, los vástagos del boroscopio se fundían o fresaban a partir de un sólido, pero las turbinas de baja presión para el turboventilador de engranajes del A320neo son las primeras turbinas equipadas en serie con vástagos de boroscopio producidos mediante fabricación aditiva. Por encima de todo, fueron las ventajas de coste de la tecnología EOS el factor decisivo, tanto en la propia producción como en las fases de desarrollo.

Resultado

El planteamiento estratégico dio sus frutos para MTU, al igual que la estrecha y positiva colaboración con EOS. Ya han comenzado los preparativos para la producción en serie de los manguitos de boroscopio. Se prevén 16 piezas por trabajo, con un total de hasta 2.000 piezas al año. Se espera que el ahorro en términos porcentuales, en comparación con los procesos establecidos anteriormente, sea de dos cifras y la calidad ya se encuentra a un alto nivel. MTU y EOS están colaborando para optimizar aún más el acabado del componente, especialmente las superficies lisas, con el objetivo de alcanzar la perfección en la mecánica estructural.

MTU ve un gran potencial para la fabricación de otros componentes en serie para la construcción de motores aeronáuticos, como los alojamientos de los cojinetes o las palas de las turbinas, que deben cumplir los requisitos más exigentes en términos de seguridad y fiabilidad. El objetivo de MTU es que, en un plazo de 15 años, una parte significativa de los componentes se fabrique mediante impresión 3D industrial. La tecnología EOS contribuye así a la competitividad de la empresa, que opera en uno de los sectores más exigentes del mundo.