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GE y EADS imprimirán piezas para aviones
DAR está iniciando un nuevo laboratorio en su sede de investigación global en Niskayuna, Nueva York, que se dedica a convertir la tecnología de impresión tridimensional en un medio viable de fabricación de piezas funcionales para una variedad de sus negocios, incluidos los relacionados con el cuidado de la salud y el aeroespacial. La empresa tiene como objetivo aprovechar el potencial de la tecnología para fabricar piezas que sean más ligeras, funcionen mejor y cuesten menos que las piezas fabricadas con técnicas de fabricación convencionales.
Carga más ligera: Una bisagra convencional para la tapa de un motor a reacción (arriba) podría ser reemplazada por una más intrincada en la parte inferior, que es igual de fuerte pero pesa la mitad. El nuevo diseño, creado por EADS, se vuelve práctico gracias a la tecnología de impresión tridimensional.
La tecnología para imprimir objetos tridimensionales existe desde hace décadas, pero sus aplicaciones se han limitado en gran medida a artículos novedosos y fabricación personalizada especializada, como la fabricación de prótesis personalizadas. Pero la tecnología ahora ha mejorado hasta el punto de que estas impresoras pueden fabricar objetos intrincados con materiales duraderos, incluida la cerámica y metales como el titanio y el aluminio, con una resolución en la escala de decenas de micrómetros.
Como resultado, empresas como GE y el gigante aeroespacial y de defensa europeo EADS están trabajando para aplicarlo en situaciones más parecidas a la fabricación convencional, donde se necesitan grandes cantidades de la misma pieza.
La primera aplicación de GE de la tecnología podría ser máquinas de ultrasonido que sean más baratas y funcionen mejor que las versiones actuales. Una de las partes más caras de una máquina de ultrasonido es el dispositivo que transforma las señales electrónicas en sonido y viceversa: la parte que se presiona contra la piel de una persona durante una ecografía. Estos transductores están formados por miles de pequeñas columnas espaciadas entre 30 y 40 micrómetros, y cada columna es extremadamente delgada, alrededor de ocho a 10 veces más alta que ancha. Es extremadamente difícil fabricar piezas de este tipo mediante fundición, ya que es difícil liberar la pieza del molde. Entonces, GE los fabrica utilizando una herramienta de corte precisa que corta muy lentamente un trozo de cerámica. El proceso es lento y costoso y solo se puede utilizar para hacer una gama limitada de formas.
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Proceso de impresión láser de GE y EADS
Ahora, GE ha desarrollado una nueva tecnología de impresión que extiende una capa delgada de una suspensión compuesta de cerámica incrustada en un precursor de polímero. Cuando se proyecta un patrón de luz ultravioleta en esta capa, el material se solidifica solo donde ha sido expuesto a la luz. Otra capa de lechada se extiende encima de esta y se ilumina con luz, y la estructura se construye de esta manera, capa por capa.
El proceso aún no está listo para la producción en masa, dice Prabhjot Singh, ingeniero mecánico y gerente de proyectos de GE Research. Pero debido a que el proceso es más rápido y ahorra material, podría lograr una reducción de costos de órdenes de magnitud, dice. Los diseñadores de GE que utilizan el nuevo proceso podrían mejorar el rendimiento del transductor porque no estarán tan limitados en los tipos de formas que pueden hacer. Esto podría dar lugar a ultrasonidos de mayor resolución.
GE también está investigando la posibilidad de imprimir algunas piezas de aviones, una estrategia que EADS también ha seguido recientemente. En los laboratorios de EADS en Filton, Reino Unido, los investigadores demostraron que pueden imprimir varias piezas metálicas diferentes para aviones con una tecnología que utiliza un láser para calentar polvos metálicos hasta que formen formas metálicas sólidas. Utilizando esta técnica, EADS ha impreso bisagras metálicas para cubiertas de motor: las bisagras permiten que las cubiertas se abran para realizar el mantenimiento del motor. Las piezas tienen formas intrincadas que mantienen la resistencia al tiempo que reducen el peso de la pieza a la mitad. La nueva bisagra ha sido sometida a las pruebas utilizadas para piezas convencionales y ha demostrado que cumple con los requisitos de rendimiento. El ahorro de peso es fundamental en la industria aeroespacial. Según EADS, reducir el peso de un avión en solo un kilogramo puede generar un ahorro de combustible de $ 3,000 por año, o $ 100,000 en 30 años, la vida útil típica de un avión.
Sin duda, la tecnología aún es limitada. Aunque se pueden imprimir muchas aleaciones metálicas funcionales, las de alto rendimiento que se usan dentro de un motor aún no se pueden producir de esta manera (tales piezas requieren un nivel de control preciso sobre las temperaturas de los materiales durante el procesamiento que no se puede lograr aún en impresión). GE utilizará la nueva tecnología para imprimir piezas de motor, como álabes de turbina, pero solo para probar ciertas propiedades de un diseño, como su aerodinámica, y no su capacidad para sobrevivir a altas temperaturas y presiones. Singh dice que esto podría ayudar a acelerar el proceso de diseño al hacer posible tener una pieza de alta precisión construida en semanas en lugar de meses.
La otra limitación principal de la tecnología es el tamaño de los objetos que puede imprimir. Dependiendo del material y de la impresora, es posible imprimir cosas que tengan unos pocos centímetros de ancho hasta como mucho algo cercano a un metro. Todavía no es posible imprimir alas o piezas para algunas de las grandes turbinas de centrales eléctricas de GE. Y hay algunas cosas que probablemente nunca se harán mediante la impresión tridimensional. Nunca se usará para hacer algo como clavos. Pero eventualmente podría usarse para hacer las herramientas que hacen clavos, dice Jonathan Meyer, líder del equipo de investigación de EADS Innovation Works.