Un grup d'estudiants del Màster en Disseny i Enginyeria per a la Fabricació Additiva (DEFAM) de la UPC School de Barcelona (A. Miró, A. Sanchis, J. Solans y T. S. Tello ) han desenvolupat com a projecte final de màster un cas real de desenvolupament d'un producte d'alt valor afegit per ser fabricat mitjançant impressió 3D en metall. La proposta dona resposta al repte plantejat per ADDA, una empresa de disseny digital de Barcelona dedicada proveir solucions innovadores en producte, interiors i arquitectura. La idea era treballar un projecte relacionat amb un producte d'escalada anomenat tascó actiu o friend que s'utilitza en l'escalada esportiva desequipada, en aquelles vies on es troba una fissura i no hi ha una altra opció que ancorar-se en cas de caiguda.

"La fabricació additiva és una tecnologia disruptiva per a la qual l'oferta formativa de qualitat des d'un punt de vista industrial és avui molt limitada"

Aquest artefacte es fabrica de molts models i marques, però es va centrar en un producte d'una marca en concret: la lleva TOTEM CAM 1.80 taronja. TOTEM és una prestigiosa empresa cooperativa del País Basc, que s'ha situat com un dels líders internacionals d'aquesta mena de productes d'ajuda a l'escalada gràcies als seus conceptes i tecnologia.

Quina problemàtica es va plantejar? Un escalador, per completar una vida d’ascens, pot arribar a portar més d'una vintena d'aquests elements penjant de l'arnès. Per tant, la reducció de pes en aquest producte és una proposta de valor important que redunda en un menor esforç d'escalada. Aquesta va ser la meta al llarg de tot el projecte: aprofitar la fabricació additiva per proposar un nou disseny en el qual s'obtingui una reducció significativa en el pes de l'element, millorant si era possible la seva funcionalitat.

La primera etapa del projecte es va centrar en entendre el producte, com funciona i quines són les parts més importants. De seguida el focus va estar en la lleva, la part encarregada d'ancorar-se a la paret i, per tant, la més vital i alhora pesada del producte. El següent pas va ser estudiar la seva geometria: és un element metàl·lic, produït actualment per mecanitzat, amb dues corbes exteriors que segueixen la forma d'una espiral logarítmica proporcionant una funcionalitat òptima per al seu ús.

Entès això, es va realitzar l'estudi de forces que actuen en la lleva, introduint aquestes dades en el programa d'assaig virtual per a elements finits (CAU) per portar a terme les simulacions necessàries. Es van usar programes de disseny i enginyeria orientats a la fabricació additiva d'últim nivell (Fusion360, Ntopology, Solidworks, Altair...) que són els mateixos aplicats al llarg del màster en el marc de diferents projectes. Després de diverses iteracions de disseny mitjançant optimització topològica, i validant els prototips, es va aconseguir un disseny final que millorava els valors actuals de resistència i rigidesa de les lleves.

Atès que l'objectiu final era poder obtenir aquest nou producte mitjançant fabricació additiva, es va elaborar una anàlisi dels possibles materials compatibles i tecnologia que pogués portar-lo a la realitat. Actualment TOTEM fabrica la lleva per mecanitzat en CNC a partir d'una barra d'alumini 6061 T6.

Primer es van analitzar els materials disponibles en el mercat que fossin més semblants en propietats mecàniques o fins i tot els superessin, prescrivint-se l'ús de AlSi10Mg, un aliatge d'alumini que dóna molt bons resultats en impressió 3D metàl·lica. Tancat el disseny i seleccionat el material, va ser el moment d'estudiar les diferents tecnologies que poguessin fer viable la impressió 3D.

Es va arribar a la conclusió d'utilitzar la impressió 3D basada en fusió en llit de pols metàl·lica (PBLF), també coneguda com Selective Laser Melting (SLM), concretament les màquines fabricades per RENISHAW, model Ren500M o Ren500Q. La fusió de pols de manera selectiva capa a capa mitjançant làser ofereix avui dia un nivell de producció i repetibilidad molt àmplia, la qual cosa deixa un preu/peça acceptable. A més, és la tecnologia més acceptada pel mercat en l'actualitat (indústria aeronàutica i mèdica), i està donant molt bons resultats amb una alta fiabilitat i resistència mecànica.

“Fins fa uns anys, l'ús de la tecnologia SLM només podia permetre's en sectors d'alt valor afegit com l'aeroespacial, però MADIT, ha permès introduir-la en la indústria metall-mecànica general”

Es va imprimir llavors un primer prototip gràcies a MADIT, empresa radicada a Biscaia que usa la tecnologia SLM per dur a terme projectes i produccions d'altres empreses que busquen incorporar la fabricació additiva metàl·lica en un entorn d'Indústria 4.0. Aquest prototip va permetre confirmar la viabilitat del procés productiu, i, en un futur, és la base per poder realitzar assajos funcionals comparatius amb models actuals.

Fins fa uns anys, l'ús de la tecnologia SLM només podia permetre's en sectors d'alt valor afegit com l'aeroespacial. No obstant això, l'estratègia empresarial de MADIT, amb un alt focus en la productivitat, ha permès introduir aquesta tecnologia en la indústria metall-mecànica general, podent donar servei a la producció de peces de la majoria de sectors (automoció, béns de consum, etc..). Aquesta tecnologia és encara desconeguda per la indústria, per la qual cosa MADIT ofereix el seu suport a aquelles iniciatives que mostren una certa disrupció en la fabricació additiva en la indústria actual: la indústria necessita veure per creure, per molt que els escaladors no necessitin veure el cim per començar a pujar.

El resultat final va ser una lleva amb un 38,5% menys de pes que el seu model original, aportant una reducció total en el producte de 20 grams, 2 grams menys pesat que el model més lleuger de la competència. En aquest cas, només s'ha optimitzat una de les parts del producte, però cal dir que es podria extrapolar a altres parts, posicionant la marca amb un nou model ultra light que difícilment podrà ser superat per la competència que encara no ha fet el salt a la impressió 3D.

A nivell de cost, i davant la gran competitivitat de la tecnologia digital basada en CNC, la tecnologia d'impressió 3D encara ha de baixar barreres sobre aquest tema perquè la relació valor/cost faciliti el salt a la impressió 3D.

Una altra conclusió és l'excel·lent exercici de preparació professional portat a terme pels alumnes, que encaren la seva incorporació a un mercat laboral necessitat de perfils tecnològics realment diferencials per a una indústria en creixement.

La fabricació additiva és una tecnologia disruptiva per a la qual l'oferta formativa de qualitat des d'un punt de vista industrial és avui molt limitada, quan ja està sent una urgència a fi d'obrir línies de negoci basades en la personalització o en la capacitat de materialitzar geometries ultraoptimizadas, com ha estat el present cas.