Proyectos
Desarrollo de un sistema de manufactura híbrida para fabricación de componentes metálicos de mediana escala. Fase I: Prototipado del proceso de manufactura aditiva por soldadura de arco (WAAM).
Resumen
De acuerdo con la ASTM, la manufactura aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, es el proceso de fabricar componentes capa por capa usando el diseño asistido por computador [1]. Desde hace 30 años, esta tecnología ha revolucionado la industria y se ha convertido en un componente fundamental de la industria 4.0, con un mercado mundial proyectado de 21 billones de dólares para 2020 [2]. Si bien la AM inició como una tecnología para prototipado rápido, la fabricación de componentes de uso final se está convirtiendo en su principal uso industrial [2], generando que los materiales disponibles incluyan polímeros, cerámicos, metales, compuestos y orgánicos [3]. Al compararla con los procesos de manufactura convencionales, la AM tiene la capacidad de fabricar componentes de alta complejidad sin incrementar los costos de producción (complexity for free [4]). Actualmente el costo por componente fabricado por AM es inferior al que se obtiene para bajos volúmenes de producción empleando manufactura convencional, y en el futuro será menor al costo por componente para volúmenes medios de producción [4]; sin embargo, la AM no es un reemplazo de la manufactura convencional, sino un complemento que permite la personalización masiva, el empoderamiento del cliente, la democratización del diseño y la manufactura, y la producción en el lugar de uso [5]. La industria metalmecánica ha adoptado el mecanizado CNC como una de sus tecnologías principales para la fabricación de componentes metálicos de mediana y larga escala; sin embargo, al ser un proceso de manufactura sustractiva, fabricar una pieza de gran tamaño con alta complejidad puede generar una gran cantidad de material de desperdicio (viruta), haciendo que el uso de materiales no sea ecoeficiente. Adicionalmente, la complejidad de la pieza puede requerir la realización de diferentes montajes, herramientas y accesorios, o inclusive superar la capacidad de manufactura. Por lo anterior, actualmente se propone el desarrollo de procesos de manufactura híbrida [6] en los cuales se emplee la AM para fabricar una pieza con geometría cercana a la final y un mecanizado posterior para obtener las tolerancias y acabados superficiales requeridos. Entre los procesos para realizar la AM de metales se encuentran la extrusión de filamento de polímero (FDM) cargado con polvo metálico, la fotopolimerización de resinas fotocurables (SLA) cargada con polvo metálico, la Fusión Selectiva por Láser (SLM) de polvo metálico, la inyección de aglutinante sobre polvo metálico, la inyección de material cargada con polvo metálico, la Deposición por Energía Dirigida (DED) empleando polvo o alambre metálico, y la laminación de chapa metálica (LOM). De los anteriores, solo SLM, DED y LOM producen directamente piezas metálicas (los demás producen piezas en verde de polímero y metal, donde es necesario un proceso de sinterización), y de estos tres el más eficiente para fabricar componentes de mediana o gran escala es DED. Entre las tecnologías DED existentes se encuentran la Fabricación de formas libres con Cañón de Electrones (EBF), la AM de Alambre por Láser (WLAM) y la AM por Soldadura de Arco (WAAM) [7]. Este proyecto pretende desarrollar el prototipo de un equipo adaptable a una máquina de mecanizado CNC para fabricar componentes metálicos empleando WAAM, como primera fase para el desarrollo de un sistema de manufactura híbrida que le permita a la Universidad Nacional de Colombia estar a la vanguardia de las tecnologías de AM de metal, generar conocimiento y transferirlo a los sectores automotriz y metalmecánico.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:"UN INNOVA": CONVOCATORIA DE PROYECTOS PARA EL FORTALECIMIENTO DE LA INNOVACIÓN EN LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA A PARTIR DEL DESARROLLO DE PROTOTIPOS Y EXPERIENCIAS PILOTO 2019-2021 (PRIMERA COHORTE)
Modalidad:Modalidad 2: Propuestas de prototipos o escalamientos, presentadas por grupos de investigación, hasta por veinte millones de pesos ($ 20 000 000).
Responsable