"¿Hay aún más?"

Impresión 3D en la fabricación de ascensores

Su autora, Undine Stricker-Berghoff (USB), habló recientemente con Oliver Simmonds (OS), ingeniero graduado (Universidad de Ciencias Aplicadas) en ingeniería mecánica e ingeniero principal en Schindler en Ebikon, Suiza. En la entrevista, el tema principal fue la impresión 3D como potencial tecnología de producción futura en la fabricación de ascensores. Obtendrá una idea de las primeras aplicaciones en Schindler, incluido su automóvil impreso en 3D, pruebas, resultados y un pronóstico aproximado para el uso futuro de esta tecnología.

USB: Sr. Simmonds, ¿podría contarnos sobre su experiencia personal y profesional?

OS: Soy ingeniero mecánico, educado en la Universidad de Ciencias Aplicadas del Noroeste de Suiza. Comencé mi carrera como delineante de maquinaria. Esta es la tercera vez que trabajo con Schindler, en total más de 15 años. Inmediatamente después de graduarme, trabajé aquí en el desarrollo de paracaídas para ascensores de alta velocidad. Después de eso, trabajé afuera en nuevas empresas en movilidad eléctrica y arquitectura de yates. Trabajé de forma independiente en un momento para avanzar en la tecnología de la electromovilidad; en ese momento también tenía órdenes de Schindler.

Ahora, en mi tercera etapa en el área de desarrollo, me involucro más en la investigación de nuevas tecnologías. Hago un seguimiento de las tecnologías y las estudio detenidamente, considerando cómo incorporarlas a nuevos productos. Por supuesto, sigo las tendencias, pero profundizo más en la tecnología en sí. Mantengo conversaciones con fabricantes sobre el estado del arte para llegar al fondo del asunto.

USB: Nuestro tema general de hoy es la impresión 3D en la producción de ascensores, escaleras mecánicas y sus componentes. ¿Cuál es su implicación personal real en este tema técnico?

OSDesde hace mucho tiempo tengo un gran interés personal en la impresión 3D, que afortunadamente he podido trasladar a mi entorno profesional. Promoví el tema en Schindler y luego profundicé en la pregunta: "¿Qué podría surgir de ella?". Al hacerlo, me centré en piezas más complejas que pudieran fabricarse en lotes muy pequeños a un precio asequible.

USB¿Podría explicar qué significa el término "impresión 3D" como una forma de fabricación aditiva?

OSLa tecnología ha mejorado enormemente, por lo que puede utilizarse para muestras y lotes pequeños. Existen diversas variedades de plásticos y metales, como acero, cobre y aluminio, que deben conocerse. La variedad de materiales y los procesos correspondientes no dan como resultado una única técnica de impresión 3D. Sin embargo, el factor común es que el material se construye capa a capa. Técnicamente, estos procesos se denominan «fabricación aditiva». No obstante, el término impresión 3D se ha popularizado.

En la década de 1990, el camino comenzó en los EE. UU. con el procesamiento de polvo en un tipo de impresora de inyección de tinta. Se aplicó resina a una superficie para unir el polvo al área seleccionada. De ahí viene el término impresión 3D.

Hoy en día, utilizamos principalmente el proceso de Modelado por Deposición Fundida (FDM), también llamado Fabricación de Filamentos Fundidos (FFM). En este proceso, el plástico se calienta y se presiona a través de una boquilla. El método es económico, ampliamente disponible y conduce a buenos resultados. También existe el llamado proceso de lecho de polvo, que trabaja tanto con metal como con plástico.

En nuestro proyecto, el coche se construyó utilizando el proceso de fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM). Un robot de soldadura funciona según el plano de diseño y aplica el material capa por capa.

USB: Detrás de estos diversos métodos de cálculo para la optimización, esbozo una historia más larga.

OSHemos ido desarrollando todo esto a lo largo de los años, especialmente la herramienta de diseño, siempre siguiendo el avance de la digitalización. Antes, dibujábamos los diseños con tinta. El enorme cambio ha dado lugar a una oficina prácticamente sin papel. Todo el proceso de trabajo se ha digitalizado, lo que significa que ya no hacemos dibujos a mano para impresiones 3D.

USB: En su empresa, comienza con impresiones 3D muy pronto en las carreras de su personal. Ya para los aprendices, ofrece impresoras 3D de metal y plástico como herramientas. ¿Qué está haciendo la próxima generación con estas impresoras?

OSCreemos que es hora de integrar este proceso en la vida cotidiana. La tecnología de impresión 3D está disponible para todos en el departamento de I+D de la empresa desde hace algún tiempo; hay pequeños dispositivos en casi todas las oficinas. Los aprendices también deben conocerla. Por eso ya estamos utilizando el proceso FDM en nuestro taller de aprendices. Puedes ver las impresoras y los procesos en Sitio web de Schindler.

USB: ¿Por qué involucras a la próxima generación en esta tecnología?

OS: Los jóvenes ya pueden integrar el 3D en su trabajo diario. Les resulta más fácil que algunas personas mayores. Si el 3D ya forma parte de la vida cotidiana en I+D hoy en día, acompañará a la próxima generación en producción durante toda su vida. Es importante prepararlos para esto.

USB: Volver a I+D. ¿En qué etapa de la producción o para qué productos ve oportunidades para la impresión 3D y por qué?

OS: Trabajamos de forma convencional en la producción de componentes para ascensores mediante fresado y torneado, también en plástico. Para nuestro robot de instalación Schindler RISE, por ejemplo, se considerarían piezas de cubierta de plástico. Estos cumplirían exactamente con el nicho objetivo: piezas personalizadas en series pequeñas. En grandes cantidades, la impresión 3D sigue siendo demasiado costosa y lenta.

USB: ¿Qué pasa con las piezas de repuesto?

OS: En general, sí, pero si todavía hay planos disponibles, también se pueden producir de forma rápida y económica, asistidos por computadora por medios convencionales. Anteriormente se ha fresado según planos, etc. ¿Por qué debo cambiar el proceso? La situación es diferente para las fundiciones antiguas, por ejemplo, donde ya no se dispone de moldes. Estos suelen tener formas más complejas que son difíciles de producir por medios convencionales.

USB: ¿Y por qué la impresión 3D no se usa ya con mucha más frecuencia entonces?

OS: La principal dificultad en las aplicaciones de metales es la disponibilidad de especificaciones de materiales fiables y reproducibles. Muchos factores durante el proceso de impresión deben controlarse dentro de límites estrechos para lograr la calidad deseada. A menudo, solo empresas muy especializadas tienen estos procesos bajo control. Por lo tanto, el obstáculo para una aplicación más amplia es la falta de garantías y medidas de aseguramiento de la calidad. También hay muchos enfoques en esta área. Los primeros fabricantes de sistemas de impresión ya están emitiendo garantías. Estos materiales ya se están utilizando en aviones y motores a reacción, por ejemplo, pero aún requieren mayores inversiones.

USB: Que yo sepa, ya ha probado la impresión de cabinas de ascensor. ¿Hay otros elementos en los que ya haya trabajado dentro de Schindler?

OS: Antes de crear el automóvil, habíamos realizado moldes de fundición impresos en 3D para una carcasa de motor. Buscábamos una pieza con una topología que pudiera optimizarse mediante métodos matemáticos. Esto se aplica al coche; su diseño tiene las fuerzas en el marco como una condición límite determinante. Con la ayuda del software, se puede optimizar la estructura del automóvil.

Todo comenzó con un estudio sobre las posibilidades de la impresión 3D en términos de optimización. Es como un árbol: donde no necesita refuerzos, no los hay; las ramas son más delgadas que el tronco. No diseñamos el sistema, sino que lo calculamos. El resultado fue óptimo en las primeras etapas, por ejemplo, en cuanto al uso de materiales, que es mucho más ligero, pero ya no se podía producir de forma convencional.

Todo el asunto solo se volvió factible con la impresión 3D. Entonces, nuestra principal preocupación con el automóvil era demostrar que era factible. ¿Puede la impresión 3D lograr la reducción de material calculada? ¡Sí, la impresión 3D puede! Considere este automóvil como un automóvil conceptual en la industria del automóvil.

USB: Vayamos entonces a este proyecto específico de automóvil. Al imprimir cabinas de ascensores, lo llamas arte. ¿Podría decirles a nuestros lectores qué hay detrás de esta etiqueta inesperada?

OSEn esto percibo claramente el «arte de la ingeniería», tal como siempre le dio a la tecnología un aspecto estético en sus inicios. En retrospectiva, los arquitectos también fueron artistas. Las máquinas de vapor se decoraban y pintaban. Este aspecto se ha perdido en la industria. Todo se ha vuelto recto. La apariencia tiene un precio, y nadie quiere pagarlo.

La impresión 3D une estos dos mundos. Permite optimizar y agilizar procesos, manteniendo altos los márgenes de beneficio y con un resultado visualmente atractivo. Antes existían hermosos suelos de mosaico; hoy, gracias a la impresión 3D, vuelven a ser posibles. Volveremos a ver muchas cosas así.

Lo que desarrolles como ingeniero también debe verse bien. Esto aumenta las cifras de aceptación y ventas en igual medida. Para obtener más información, echa un vistazo a Cuando la ingeniería se encuentra con el arte.

USB: ¿Quién estuvo a cargo de la ejecución real de la impresión en sí?

OS: El vagón tiene aproximadamente 2.1 m de profundidad X aproximadamente 1.2 m de ancho X aproximadamente 2.2 m de altura interior, con una superestructura de hasta 3 m de altura en total. Las piezas impresas se fabricaron en MX3D en los Países Bajos. Allí se desarrollan y prueban procesos de fabricación innovadores basados ​​en robots industriales y procesos de soldadura por hilo. La empresa también había impreso un puente de acero sobre un canal en Amsterdam antes de construir nuestro automóvil. El acero era más fácil de procesar que el aluminio de nuestro automóvil. La impresión de grandes estructuras de aluminio era un territorio nuevo para todos los involucrados, lo que requería mucho aporte de todos. Muchas pruebas fueron necesarias por adelantado para lograr un resultado aceptable.

USB: ¿Qué metal usaste en este proceso?

OS: Como se mencionó anteriormente, usamos aluminio para realizar una construcción liviana. La soldadura de aluminio requiere muchos conocimientos. El plástico es mucho más voluminoso para lograr una resistencia comparable. El acero también tiene espesores de pared mínimos, lo que lo hace mucho más pesado. Sin embargo, no queríamos agregar masa innecesaria al sistema de ascensores. Nuestro objetivo exacto era construir la estructura ligera optimizada. Esto no habría sido razonablemente factible en plástico o acero. Al usar aluminio, también queríamos inspirar a otros.

USB: ¿Qué partes del coche se imprimieron?

OS: Imprimimos los elementos estructurales del auto, es decir, el piso y los costados. Entonces, en total, se produjeron tres partes: el piso, el lado izquierdo y el lado derecho. El suelo, a su vez, consta de cuatro piezas espejadas que fueron soldadas entre sí posteriormente. Las dos partes laterales se dividieron horizontalmente y luego se soldaron juntas. También habría sido posible hacer una pieza grande cada una, pero el ensamblaje fue más fácil que dejar que un brazo robótico de 2 m manejara la impresión. Pero teníamos algo de respeto por la asamblea. Por ejemplo, el espacio de instalación para la estructura del piso era demasiado pequeño. El resto se colocó posteriormente, prefabricado convencionalmente. Consistía en una estructura de techo estándar, paredes y piso de vidrio, así como la puerta y su suspensión.

Este coche "impreso" no funcionó debido a la gran incertidumbre existente. En concreto, en lo que respecta a la seguridad de los materiales, no es posible realizar ninguna verificación. Se puede caminar sobre él, pero no conducirlo.

USB: ¿Cuál fue la motivación detrás de este proyecto?

OS: Nuestro objetivo era conocer los procesos y el estado del arte. En el lapso de tiempo de un año, completamos los cálculos y la fabricación. Una persona y media en nuestra casa participó activamente en el proyecto en ese momento, además de los colegas de los Países Bajos.

USB: ¿Cuál fue el resultado del proyecto?

OSHemos demostrado que "¡Es posible!". Hemos aprendido mucho, incluso sobre los límites y los puntos débiles. Y, por supuesto, ahora nos preguntamos: "¿Hay algo más que se pueda hacer?".

USB: ¿Cuáles son sus planes futuros con respecto a la impresión 3D en Schindler?

OS: Por el momento, todavía tenemos que establecer un proyecto de seguimiento debido a la falta de garantía de calidad del material. Hay mucho interés en el grupo por utilizar la impresión 3D y ejecutar los resultados en lugares muy visibles. Pero está en la naturaleza de nuestro trabajo en el Departamento de Nuevas Tecnologías que a veces el tiempo aún no está listo. Continuaremos monitoreando la tecnología y, quizás, en unos años, avanzaremos con ella en términos concretos.

USB: ¿Existe aún más potencial para la impresión 3D?

OS: Probablemente. En nuestra revista Schindler, dimos información sobre un edificio completo que ya estaba impreso en hormigón. Puedes encontrar el artículo con más detalles. Revista Schindler.

USB: ¿Le gustaría terminar nuestra sesión de preguntas y respuestas con una declaración personal?

OSMe encanta mi trabajo en Schindler, en el área de investigación. Es emocionante observar nuevos procesos de producción, pensar en qué podemos hacer con ellos, probarlos y, tal vez, cambiar sustancialmente el futuro de la industria como resultado.

Especificaciones técnicas del coche "impreso"

Anchura: 1,200 mm
Profundidad: 2,100 mm
Altura: 2,140 mm
Carga: 1125 kg
Peso del coche vacío: 850 kg