¿Cómo pueden combinarse la fabricación aditiva y el moldeo por inyección?

02 de enero de 2023 | Tiempo de lectura: 5 min

Es posible dominar todo el ciclo de vida de sus piezas combinando la fabricación aditiva y el moldeo por inyección. Eche un vistazo a nuestro proceso de 3 pasos y descargue el libro blanco para obtener más información.

Seleccione lo mejor de ambos mundos

La fabricación aditiva (AM) y el moldeo por inyección (IM) se presentan a menudo como dos tecnologías de procesamiento de plásticos que compiten entre sí. A veces, la AM se presenta como una tecnología de producción disruptiva que arrebata cuota de mercado a las ofertas convencionales. Sin embargo, el moldeo por inyección es una tecnología madura y consolidada, desarrollada a lo largo de casi un siglo, que ofrece alta calidad y repetibilidad en la producción en masa para diversas aplicaciones: lotes de hasta 10 millones de piezas con una amplia gama de materiales son expectativas realistas.

Por el contrario, la fabricación aditiva permite hoy a los usuarios fabricar piezas personalizadas en masa, geometrías complejas y lotes pequeños de hasta 200.000 piezas de forma económica con una cadena de valor totalmente digital.

Según la Comisión Europea, la fabricación avanzada se ha definido inicialmente del siguiente modo:

"La fabricación avanzada utiliza nuevas tecnologías y tecnologías innovadoras y de vanguardia como la robótica, la impresión en 3D, la inteligencia artificial, la informática de alto rendimiento y la modelización, para fabricar productos complejos [...]" La mayoría de las fuentes destacan "el enfoque en la innovación" como elemento central de su definición. Los autores de este documento amplían la definición existente añadiendo lo siguiente: "La fabricación avanzada de polímeros se refiere a la capacidad de cambiar sin problemas entre la tecnología de procesamiento de plásticos tradicional y la moderna para innovar a lo largo del ciclo de vida del producto."

La realidad para lograr una fabricación verdaderamente avanzada requiere la combinación de ambas tecnologías de forma flexible a lo largo del ciclo de vida de la fabricación. La forma de conseguirlo depende en parte de los requisitos técnicos y económicos de cada aplicación. También es importante recordar que la fabricación avanzada no debe considerarse un cajón de sastre, y que diferentes combinaciones de tecnologías de producción serán pertinentes en diferentes etapas del ciclo de vida de la producción.

Este enfoque, que es un argumento contrario a la "lucha" que se retrata entre AM e IM, es algo en lo que en la división de consultoría de EOS, Additive Minds, hemos trabajado estrechamente para conceptualizar con KraussMaffei, un fabricante líder de máquinas de moldeo por inyección. Juntos, hemos creado un marco para ayudar a las empresas a evaluar los retos actuales y futuros a los que pueden enfrentarse en los distintos aspectos de la fabricación de plásticos, y determinar la mejor forma de aplicar e integrar las dos tecnologías de proceso.

El marco ayudará a los responsables de la toma de decisiones a elegir una tecnología de transformación de plásticos adecuada en función de criterios de tres categorías: técnicos, económicos y de preparación de su organización para la fabricación avanzada. El resultado del marco es una serie de gráficos que muestran cuál de los siguientes escenarios de fabricación sería el adecuado:

• Aplicación de AM para la creación de prototipos y cambio a IM cuando comience la fase de aceleración
• Tanto la AM como la MI son técnicamente adecuadas para las fases de aceleración y declive. Los criterios económicos determinan a partir de qué tamaño de lote se debe pasar de AM a IM
• Recomendación de una solución AM completa basada en los criterios tecnológicos y económicos aportados.
• Recomendación de una solución de MI completa basada en los criterios tecnológicos y económicos aportados.

Utilización del marco de toma de decisiones

Encontrar la tecnología de fabricación más adecuada para una aplicación puede ser todo un reto, sobre todo cuando se trata de decidir si centrarse en la fabricación convencional, como el moldeo por inyección, o, por ejemplo, en la fabricación aditiva industrial.

El marco de toma de decisiones que se ha desarrollado es un sencillo proceso de tres pasos que le ayudará a seleccionar la tecnología de fabricación más adecuada para cada aplicación. Al completar la tabla de evaluación para una aplicación y una fase del ciclo de vida determinadas, se genera un conjunto de gráficos que sugieren qué escenario de fabricación se debe considerar

Etapa 1 - Evaluación de los criterios económicos y técnicos

El primer paso consiste en evaluar una aplicación desde una perspectiva económica y técnica, completando la tabla de evaluación ilustrada. Cada característica económica y técnica tiene una puntuación, que influye en las recomendaciones del marco, en función de su importancia.

Los factores económicos incluyen el tamaño de la serie, el tiempo de fabricación, si el producto es altamente personalizable y la fase del ciclo de vida del producto. Las propiedades técnicas incluyen el tamaño de la pieza, la calidad de la superficie y las tolerancias requeridas, así como los requisitos normativos y la disponibilidad de materiales.

Cuatro de las características del cuadro están resaltadas en azul/naranja. Se definen como "características estrella". Cuando se aplican estas características, el escenario se convierte en una solución AM o IM completa.

Un ejemplo de este tipo de escenario es una aplicación con un tamaño de serie superior a 500k/año. En ese caso, los costes de utillaje y productividad en IM superarán cualquier solución AM del mercado. Por otro lado, si la aplicación requiere una personalización masiva, entonces un escenario de AM superará los costes de producción de múltiples herramientas para aplicaciones personalizadas; por lo tanto, la aplicación cambiará a un escenario de producción sólo AM.

Paso 2 - Calificación de la preparación organizativa de una empresa

La última sección del cuadro es el área que analiza la preparación organizativa. En última instancia, se trata del aspecto más importante del marco, ya que define la capacidad de una empresa para evaluar y cambiar de tecnología.

Esto es importante porque no tendría mucho sentido proponer una combinación de tecnologías que una organización no pueda aplicar de forma realista a una aplicación determinada. Para ello, características como el nivel de conocimientos de MI (internos), los riesgos de pasar de una tecnología a otra y la apertura a nuevas tecnologías influirán en el escenario propuesto por el marco para los mismos criterios económicos y técnicos. Los resultados de esta sección de la evaluación situarán a una organización en uno de los siguientes niveles:

• Bajo - La organización está especializada en MI o AM. Cuenta con capacidades de fabricación establecidas y experiencia en el funcionamiento de la línea de producción.
• Media - La organización está especializada en MI o AM. Además, posee los conocimientos necesarios para aplicar la otra tecnología a un nivel de principiante a moderado. Se pueden tomar decisiones a favor de una de las dos tecnologías sobre la base de un simple análisis del umbral de rentabilidad.
• Alta - La organización está especializada en ambas tecnologías y puede alternar sin problemas entre la tecnología de transformación de plásticos convencional y la moderna. Posee los conocimientos necesarios sobre todos los materiales, una profunda experiencia en los procesos de ambas tecnologías de fabricación y una comprensión de la producción de fabricación disponible.

Paso 3 - Análisis de los resultados

Una vez completado, el marco proporciona tres gráficos basados en el nivel de preparación de la organización, tal como se indica en el Libro Blanco. Al revisar los diferentes gráficos, se puede ver el impacto de la preparación organizativa y se destaca lo importante que es ser honesto sobre la etapa en la que se encuentra un fabricante en su viaje hacia la fabricación avanzada. Las recomendaciones finales ofrecen un punto de debate con todas las partes interesadas en el proceso de fabricación. 

Tecnologías de fabricación complementarias

Hoy en día, las tecnologías de producción AM e IM son una parte clave de la visión de la fabricación avanzada. Un cambio fluido entre las tecnologías de fabricación convencional y digital depende de las propiedades de las piezas, los aspectos económicos, la fase del ciclo de vida y la preparación organizativa general.

Utilizando el enfoque paso a paso que se describe en este artículo, los fabricantes pueden facilitar el camino de la transición a técnicas de fabricación avanzadas que combinan procesos de fabricación. El marco le proporciona una herramienta para plantearse las preguntas adecuadas y decidir si utilizar el moldeo por inyección o la fabricación aditiva.