CDT Entre los distintos materiales de fabricación aditiva, la cerámica técnica es la que genera más curiosidad e interés. Prueba de ello es que el mercado de la impresión 3D cerámica crece año tras año a medida que encuentra su lugar en diferentes industrias.
Fuente: 3D Natives
Por ejemplo, según un informe reciente de Fundamental Business Insights, en 2023, el mercado mundial de la cerámica para impresión 3D estaba valorado en unos $45,12 millones y se espera que alcance los $519,72 millones en 2032, con una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 31,2% entre 2024 y 2032.
Este crecimiento se explica por el creciente interés en la cerámica técnica y sus avanzadas propiedades. Como por ejemplo, la resistencia química, el aislamiento eléctrico, la resistencia a altas temperaturas y la biocompatibilidad. Estas características las hacen ideales para industrias exigentes como la aeroespacial, la automotriz, la energética y la médica.
Aunque las cerámicas técnicas son ideales para aplicaciones de alto rendimiento, también es cierto que no siempre es fácil procesar estos materiales. El reto cuando se trabaja con materiales cerámicos en la producción de piezas es mantener las propiedades del material y la calidad de cada pieza. Cuando se aumenta la producción o se trabaja con geometrías complejas, pueden surgir problemas como la porosidad, la rugosidad superficial y la precisión dimensional.
Para hacer frente a este reto en la actualidad, varias empresas han decidido especializarse en la impresión 3D cerámica y demostrar la viabilidad de la tecnología para aplicaciones complejas en serie. Entre estas empresas se encuentra Bosch Advanced Ceramics, que se creó en 2014 como parte de la filial Bosch Business Innovations dentro del renombrado Grupo Bosch. Desde entonces, se ha especializado en la producción industrial con fabricación aditiva de cerámica. El objetivo de Bosch Advanced Ceramics es cerrar la brecha entre la creación de prototipos y la producción industrial de gran volumen de componentes cerámicos.
Ventajas de la fabricación aditiva cerámica en aplicaciones industriales
Las ventajas de la fabricación aditiva sobre los métodos de fabricación tradicionales son conocidas. Entre ellas se incluyen la capacidad de producir piezas muy detalladas y complejas, un proceso más flexible y optimizado, la posibilidad de integrar múltiples funcionalidades en un único componente para conseguir diseños de productos más innovadores, una comercialización más rápida y un ahorro en términos de dinero y tiempo. Pero eso no es todo.
Si profundizamos en la fabricación aditiva de cerámica, también es importante señalar que permite evitar el uso de costosos moldes, especialmente para piezas pequeñas y complejas. Esto contribuye además a eliminar los largos tiempos de espera y los elevados costes de su fabricación y entrega. Otro punto clave es que la impresión 3D cerámica permite acceder a una fabricación flexible, fácilmente adaptable a los cambiantes requisitos de diseño y producción.
Gracias a estas numerosas ventajas, cada vez son más las empresas que se benefician de la fabricación aditiva de componentes cerámicos a gran escala. Esto demuestra claramente que la tecnología ya no está limitada al mundo de la creación de prototipos.
Sobre esto, Ashu Sharma, CSO en Bosch Advanced Ceramics, cree que es importante comunicar estas ventajas, ya que todavía no todo el mundo las conoce. Añade: “Como la fabricación aditiva es una tecnología relativamente joven, muchos de nuestros clientes no conocen todas sus ventajas. Inspiramos a nuestros clientes en reuniones técnicas, mostrándoles cómo aprovechar estas ventajas y sacar el máximo partido de la tecnología”. El reto hasta la fecha es intentar que la mayoría de la gente conozca el potencial de la impresión 3D cerámica y sus posibles aplicaciones.
Casos de uso de la impresión 3D de cerámica
Pero, ¿cómo se traducen estas ventajas en piezas avanzadas? Hemos pedido a Bosch Advanced Ceramics que nos muestre ejemplos concretos de casos de uso implementados. Curiosamente, esta tecnología y materiales se adaptan realmente a una gran variedad de aplicaciones y a diferentes industrias.
Bosch Advanced Ceramics sirve a sectores que presentan retos únicos y requieren soluciones personalizadas. Entre ellos, cabe destacar la industria médica, de semiconductores, energética, automovilística y electrónica. Algunos de los proyectos más recientes de la empresa incluyen la producción de un manguito aislante muy pequeño e intrincado para una empresa de tecnología médica. El manguito se diseñó para aislar eléctricamente un cable de 0,5 mm en un instrumento laparoscópico. El reto consistía en fabricar un componente con un diámetro exterior máximo de 1,3 mm y un grosor de pared de sólo 90 µm. Estos son requisitos casi imposibles de conseguir con los métodos de fabricación tradicionales.
La impresión 3D permitió a Bosch superar el reto introduciendo cambios rápidos en los parámetros de diseño y proceso, perfeccionando su enfoque de fabricación. Gracias a la fabricación cerámica basada en litografía (LCM) de Lithoz, la empresa pudo producir hasta 1.400 piezas en un solo proceso de impresión y hasta 50.000 piezas en un año. El éxito del proyecto también permitió implantar un instrumental laparoscópico innovador y menos invasivo para los pacientes.
Otra aplicación interesante de la impresión 3D cerámica es la realizada para la empresa líder en maquinaria automatizada STIWA. En este caso, se necesitaba una aguja dispensadora innovadora.
Normalmente, las agujas dispensadoras metálicas se utilizan en procesos de adhesivado automatizados para dispensar con precisión adhesivos muy viscosos. Estos componentes deben ser especialmente robustos y resistentes al desgaste, ya que los tiempos de inactividad en la producción pueden suponer costes considerables. Bosch Advanced Ceramics ha impreso en 3D para STIWA una aguja dosificadora alternativa de cerámica técnica.
La aguja dosificadora se imprimió en una máquina de Lithoz con alúmina 99,8%. Lo especial de esta aguja dosificadora es su compleja geometría interna. Cuenta con un cono interno que se estrecha desde unos pocos milímetros hasta 0,8 mm, caracterizado por una sofisticada curvatura. Es una geometría imposible de conseguir con las técnicas de fabricación tradicionales. Además, la alta precisión del proceso de fabricación garantiza una rugosidad superficial extremadamente baja, lo que favorece un flujo suave del adhesivo a través del orificio.
Otro ámbito que puede beneficiarse de la impresión 3D cerámica gracias a las propiedades del material es, sin duda, el de los semiconductores. Un caso de uso exitoso, según cuenta Bosch Advanced Ceramics, fue la fabricación de una cuchilla anular de 200 mm de tamaño. La pieza sirve para la manipulación y el procesamiento de obleas procedentes de casetes o cámaras de proceso. Lo interesante es que fue fabricada con >99,8% de alúmina, mide unos 250 x 200 x 3,5 mm y pesa sólo 280 gramos. En el interior de la pieza se hizo un canal interior continuo de 120 mm para permitir el flujo de gas o líquido.
A diferencia de los metales, la alúmina no contamina las obleas ni compromete la pureza en la fabricación de semiconductores, reduciendo los riesgos de contaminación. Su naturaleza no reactiva, combinada con una excelente resistencia química y térmica, la hace ideal para el entorno de los semiconductores, garantizando un rendimiento constante y fiable. Para esta aplicación, Bosch Advanced Ceramics utilizó una impresora de 3D Ceram, que permitió la producción del anillo de tamaño considerable con excelente densidad y precisión en una sola pieza.
Estos casos de uso ponen de relieve el potencial transformador de la fabricación aditiva cerámica para una amplia gama de necesidades industriales. Al ofrecer soluciones fiables y de alta calidad incluso para las aplicaciones más exigentes, esta tecnología está demostrando ser revolucionaria. Asociarse con expertos para apoyar un proyecto desde el concepto hasta la producción a gran escala, como Bosch, proporciona una ventaja competitiva en la industria.
“Al dominar toda la cadena de procesos, desde el diseño hasta la pieza final, hemos hecho crecer la tecnología más allá de la fase de prototipo. Ahora estamos produciendo activamente componentes cerámicos en serie mediante impresión 3D, demostrando la viabilidad y fiabilidad de la fabricación aditiva para una serie de industrias. La capacidad de producir cerámica técnica de alta precisión con geometrías complejas ofrece ventajas reales, desde plazos de entrega reducidos hasta un uso más eficiente de los materiales. A medida que la tecnología continúa desarrollándose, está claro que la fabricación aditiva será un motor clave de la innovación, ayudando a las industrias a seguir siendo competitivas en un panorama que cambia rápidamente”, añadió Sophie Berninger, CEO de Bosch Advanced Ceramics.
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