Fabricación digital: revolucionando los procesos de manufactura

Milthon Lujan Monja

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En un mundo donde la tecnología avanza a un ritmo sin precedentes, el auge de la fabricación digital está revolucionando los procesos de fabricación. Atrás quedaron los días de los métodos de fabricación tradicionales que requerían mucho tiempo, eran costosos y, a menudo, tenían un alcance limitado.

Con la llegada de la fabricación digital, los fabricantes ahora tienen el poder de transformar sus ideas en realidad con una precisión y eficiencia incomparables; además, la fabricación digital permite una creatividad masiva en las comunidades de aficionados y el diseño de productos profesionales (Torres et al., 2015).

Desde la impresión 3D hasta el mecanizado de control numérico por computadora (CNC), estas tecnologías de vanguardia permiten la creación de diseños intrincados y estructuras complejas que alguna vez fueron inconcebibles.

Además, la fabricación digital permite la personalización a una escala sin precedentes, lo que permite a las empresas satisfacer las necesidades y preferencias individuales. Esto no solo mejora la satisfacción del cliente, sino que también abre nuevas posibilidades para la innovación de productos y la expansión del mercado.

A medida que el mundo adopta el potencial de la fabricación digital, los procesos de fabricación tradicionales se reinventan y se abre una nueva era de producción. Únase a nosotros mientras exploramos el emocionante viaje de la fabricación digital y su impacto transformador en la industria manufacturera.

Evolución de los procesos de fabricación

Los procesos de fabricación han recorrido un largo camino desde la revolución industrial. En los primeros días, la fabricación dependía en gran medida del trabajo manual y las herramientas básicas. Sin embargo, a medida que la tecnología avanzó, también lo hicieron los procesos de fabricación.

La introducción de maquinaria y automatización revolucionó la producción, aumentando la eficiencia y la producción. Esto marcó el comienzo de la producción en masa, donde los productos estandarizados podían fabricarse a un ritmo rápido.

Si bien este fue un importante paso adelante, también tuvo sus limitaciones. La producción en masa a menudo significaba sacrificar la personalización y la flexibilidad. Los fabricantes estaban limitados a producir una gama limitada de productos, y cualquier cambio o modificación requería mucho tiempo y recursos.

¿Qué es la fabricación digital?

La fabricación digital, o producción basada en datos, se refiere al uso de máquinas controladas por computadora y herramientas de diseño digital para crear objetos físicos.

Abarca una amplia gama de tecnologías, que incluyen impresión 3D, mecanizado CNC, corte por láser y más. Estas tecnologías permiten a los fabricantes transformar diseños digitales en productos tangibles con precisión y exactitud.

La fabricación digital implica el uso de programas de software para diseñar y modelar el objeto deseado, que luego se envía a la máquina para su producción. Esta conversión de digital a físico permite geometrías complejas y detalles intrincados que antes eran difíciles de lograr.

Además, la fabricación digital ofrece la flexibilidad de modificar diseños fácilmente, lo que la hace ideal para la creación de prototipos y el desarrollo iterativo.

Ventajas de la fabricación digital en la fabricación

La fabricación digital ofrece numerosas ventajas sobre los métodos de fabricación tradicionales.

  • Mayor libertad y complejidad de diseño: Los fabricantes pueden crear estructuras y geometrías complejas que antes eran imposibles o prohibitivamente caras. Esto abre nuevas oportunidades para la innovación y diferenciación de productos.
  • Permite la personalización a gran escala: Con la capacidad de modificar fácilmente los diseños, los fabricantes pueden satisfacer las necesidades y preferencias individuales de los clientes. Esto no solo mejora la satisfacción del cliente, sino que también crea una ventaja competitiva en el mercado. Minnoye et al., (2022) destaca que los diseños personalizados aportan valor añadido a los productos y a los usuarios.
  • Reducir el desperdicio y optimizar la utilización de recursos: La fabricación tradicional a menudo da como resultado el desperdicio de material debido a las limitaciones de los procesos de corte y conformación. Por el contrario, la fabricación digital permite un control preciso sobre el uso de materiales, minimizando el desperdicio y reduciendo los costos.
  • Tiempos de producción más rápidos y plazos de entrega más cortos: Con la automatización y la eficiencia de las máquinas controladas por computadora, los fabricantes pueden producir productos a un ritmo más rápido, satisfaciendo las demandas de los clientes con mayor rapidez. Esta agilidad es crucial en el mercado acelerado de hoy, donde la velocidad de comercialización puede hacer o deshacer un negocio.
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Tipos de fabricación digital

Hnin (2022) describe que la fabricación digital puede fácilmente ser categorizado en dos: Fabricación Aditiva y Fabricación Sustractiva.

Fabricación Aditiva

La fabricación aditiva es una tecnología de fabricación digital en la que la máquina “añade” capas sobre capas para crear un producto. Este tipo de fabricación digital también es conocido como impresión 3D.

En un proceso típico de impresión 3D, se utilizan láseres, haces de electrones o cabezales térmicos para fundir el material. Luego se deposita a través de una boquilla sobre la plataforma base en capas. El objeto está listo para ser sacado una vez que se haya dejado secar. Este método también se conoce como extrusión de material.

Impresora 3D para la fabricación digital presentada en el Chaos Communication Congress en Leipzig. Fuente: Leonhard Lenz
Impresora 3D para la fabricación digital presentada en el Chaos Communication Congress en Leipzig. Fuente: Leonhard Lenz

Fabricación Sustractiva

La fabricación sustractiva se basa en un proceso de escultura mediante un software de computadora y la máquina que hace el trabajo. Como su nombre indica, funciona eliminando el exceso de material para dar forma al objeto.

Generalmente considerado como un término general, abarca todos los procesos que cortan, graban, taladran y perforan para eliminar material. La mayoría de estos procesos de fabricación se realizan bajo tecnología CNC (Computer Numerical Control).

Aplicaciones de la fabricación digital en diversas industrias

La fabricación digital ha encontrado aplicaciones en una amplia gama de industrias, transformando la forma en que se fabrican y personalizan los productos. Corsini et al., (2019) reporta que las herramientas de fabricación digital se usan en suministros médicos, prótesis, arquitectura, agua y saneamiento, servicios públicos y respuestos.

A continuación te presentamos tres sectores en donde viene destacando la fabricación digital:

Arquitectura y construcción

En el sector de la arquitectura y la construcción, la fabricación digital permite la creación de estructuras y componentes de construcción complejos. La impresión 3D se utiliza para producir modelos arquitectónicos intrincados, mientras que el mecanizado CNC se emplea para cortar y dar forma con precisión a los materiales de construcción. Esto no solo reduce el tiempo de construcción, sino que también permite diseños únicos y visualmente impactantes.

Al respecto, Mechtcherine et al., (2021) la introducción de procesos de fabricación digital con hormigón en una instalación de prefabricación o directamente en el sitio de construcción es un paso decisivo hacia la digitalización de toda la cadena de creación de valor en la industria de la construcción.

En este sentido, la integración exitosa de los sistemas de refuerzo existentes, como barras de refuerzo de acero, varillas, alambres, fibras o filamentos, permitirá que las estructuras de hormigón impreso se diseñen utilizando códigos estructurales estándar (Asprone et al., 2018).

En este contexto, las plataformas de modelado de información de construcción (BIM) ahora se basan en prácticas estándar de la industria y actualmente se utilizan en diversos equipos de proyectos para la coordinación y el intercambio de información en el modelado de diseño, revisión de diseño y documentación de diseño para entregar tareas (Ng et al., 2022).

El innovador modelo de hábitat diseñado por WASP y diseñado por MC A - Mario Cucinella Architects tomó forma, un nuevo modelo circular de vivienda creado íntegramente con materiales reutilizables y reciclables, provenientes de suelo local, neutro en carbono y adaptable a cualquier clima y contexto. Fuente: Wikimedia
El innovador modelo de hábitat diseñado por WASP y diseñado por MC A – Mario Cucinella Architects tomó forma, un nuevo modelo circular de vivienda creado íntegramente con materiales reutilizables y reciclables, provenientes de suelo local, neutro en carbono y adaptable a cualquier clima y contexto. Fuente: Wikimedia

Industria automotriz

En la industria automotriz, la fabricación digital está revolucionando la creación de prototipos y la producción de piezas de automóviles. Con la capacidad de iterar y probar diseños rápidamente, los fabricantes pueden acelerar el desarrollo. Además, la fabricación digital permite la producción de componentes ligeros y complejos, lo que mejora la eficiencia del combustible y el rendimiento general.

La industria de la salud también ha adoptado la fabricación digital, particularmente en el campo de las prótesis y los dispositivos médicos. La impresión 3D permite la personalización y la producción rápida de prótesis, implantes ortopédicos y restauraciones dentales. Esto no solo reduce los costos, sino que también mejora los resultados de los pacientes al proporcionar soluciones personalizadas.

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Educación

La creación de prototipos también es esencial para la resolución de problemas centrada en el ser humano en la educación del diseño. La fabricación digital ayuda en el desarrollo rápido de prototipos a través de herramientas de diseño y fabricación asistidas por computadoras (Soomro et al., 2021).

Por su parte, Leinonen et al., (2020) reporta que la fabricación digital, y especialmente sus actividades asociadas de diseño e impresión 3D, se han arraigado en la educación escolar como actividades de aprendizaje basadas en el currículo y orientadas a los creadores.

Prótesis humanas

La fabricación digital también se viene usando para el desarrollo de prótesis. Al respecto, Jussila (2022) concluye que las técnicas de fabricación digital, como la impresión 3D y las herramientas de modelado paramétrico, pueden producir artefactos efectivos y menos laboriosos para la creación de prototipos de prótesis en comparación con los métodos tradicionales de producción de prótesis.

Un paso previo a la fabricación digital es la adquisición de datos. En este sentido, Suresh et al., (2022) describe que entre las diversas tecnologías de adquisición de datos digitales disponibles, los sistemas de escaneo óptico y LÁSER parecían ser un método superior de adquisición de datos en el caso de las prótesis nasales. Se considera que los escáneres LÁSER y una combinación de tomografía computarizada y fotografía digital son ventajosos sobre la tomografía computarizada sola en la fabricación de prótesis auriculares.

Estudios de casos que muestran el impacto de la fabricación digital

Para comprender verdaderamente el impacto transformador de la fabricación digital, exploremos algunos estudios de casos que resaltan su potencial en varias industrias.

En la industria aeroespacial, Airbus ha aprovechado la fabricación digital para producir componentes de aeronaves más livianos y eficientes en combustible. Al utilizar tecnología de impresión 3D, pudieron crear geometrías complejas y optimizar diseños para reducir el peso. Esto resultó en un ahorro significativo de costos y un mejor rendimiento.

Nike, la reconocida marca de ropa deportiva, también ha adoptado la fabricación digital en sus procesos de fabricación. Han utilizado la impresión 3D para producir zapatos personalizados adaptados a las formas de los pies y los requisitos de rendimiento de los atletas individuales. Este nivel de personalización no solo ha mejorado la satisfacción del cliente, sino que también ha abierto nuevas oportunidades para la innovación de productos.

Retos y limitaciones de la fabricación digital

Si bien la fabricación digital ofrece numerosos beneficios, también presenta una buena cantidad de desafíos y limitaciones:

  • Alta inversión inicial requerida: Las tecnologías de fabricación digital, como las impresoras 3D y las máquinas CNC, pueden ser costosas de adquirir y mantener. Las empresas más pequeñas con recursos limitados pueden tener dificultades para adoptar estas tecnologías.
  • Necesidad de operadores y diseñadores calificados. La fabricación digital requiere experiencia en software de diseño asistido por computadora (CAD) y operación de máquinas. Capacitar a los empleados o contratar profesionales calificados puede ser un proceso costoso y que requiere mucho tiempo.
  • Las tecnologías de fabricación digital tienen ciertas limitaciones en términos de selección de materiales y restricciones de tamaño. Si bien se están logrando avances en esta área, todavía existen limitaciones en los tipos de materiales que se pueden usar y el tamaño de los objetos que se pueden producir.
  • La fabricación digital aún no se entiende como un proceso estandarizado o un sistema digital integrado (Ng et al., 2022).

Tendencias futuras en la fabricación digital

A medida que la fabricación digital continúa evolucionando, varias tendencias interesantes están dando forma al futuro de la fabricación. Una de esas tendencias es la integración de la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático en los procesos de fabricación digital.

Los algoritmos de IA pueden optimizar los diseños para mejorar el rendimiento y la eficiencia, mientras que el aprendizaje automático puede permitir que las máquinas aprendan de experiencias pasadas y mejoren sus procesos de fabricación.

Otra tendencia emergente es el uso de la bioimpresión, que implica la fabricación de tejidos y órganos vivos mediante la tecnología de impresión 3D. Esto tiene el potencial de revolucionar la industria de la salud, permitiendo la producción de órganos y tejidos personalizados para trasplante.

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Implementando la fabricación digital en sus procesos de fabricación

Si está considerando implementar la fabricación digital en sus procesos de fabricación, debe seguir algunos pasos clave.

En primer lugar, evalúe sus necesidades y requisitos específicos. Determine qué tecnologías de fabricación digital se alinean con sus objetivos comerciales y ofertas de productos. Considere factores como la compatibilidad de materiales, la complejidad del diseño y las capacidades de personalización.

A continuación, invierta en el equipo y el software necesarios. Esto puede implicar la compra de impresoras 3D, máquinas CNC o cortadoras láser, así como software CAD y capacitación para sus empleados. Es esencial seleccionar proveedores confiables y de buena reputación que puedan brindar soporte y mantenimiento continuos.

Conclusión

El auge de la fabricación digital está revolucionando la industria manufacturera, ofreciendo precisión, eficiencia y personalización sin precedentes. Desde la impresión 3D hasta el mecanizado CNC, estas tecnologías de vanguardia están transformando la forma en que se diseñan, producen y personalizan los productos. Si bien existen desafíos y limitaciones que superar, el potencial para la innovación y la expansión del mercado es inmenso.

A medida que las empresas adoptan la fabricación digital, los procesos de fabricación tradicionales se reinventan y se abre una nueva era de producción. Al adoptar el futuro de la fabricación con la fabricación digital, las empresas pueden desbloquear nuevas posibilidades y mantenerse a la vanguardia en el mercado actual en constante evolución.

Referencias bibliográficas

Asprone, D., Menna, C., Bos, F. P., Salet, T. A., Mata-Falcón, J., & Kaufmann, W. (2018). Rethinking reinforcement for digital fabrication with concrete. Cement and Concrete Research, 112, 111-121.

Corsini, L., Aranda-Jan, C. B., & Moultrie, J. (2019). Using digital fabrication tools to provide humanitarian and development aid in low-resource settings. Technology in Society, 58, 101117.

Hnin Thet. 2022. 5 Popular Fabrication Technologies Dominating the Manufacturing Industry (2023). Novatr.

Jussila, T. (2022). Prosthetics Prototyping Platform–Digital Fabrication Techniques for Healthcare.

Leinonen, T., Virnes, M., Hietala, I. and Brinck, J. (2020), 3D Printing in the Wild: Adopting Digital Fabrication in Elementary School Education. Int J Art Des Educ, 39: 600-615. https://doi.org/10.1111/jade.12310

Mechtcherine, V., Buswell, R., Kloft, H., Bos, F. P., Hack, N., Wolfs, R., … & Neef, T. (2021). Integrating reinforcement in digital fabrication with concrete: a review and classification framework. Cement and Concrete Composites, 119, 103964.

Minnoye, A(LM, Tajdari, F, Doubrovski, E(L, Wu, J, Kwa, F, Elkhuizen, WS, Huysmans, T, & Song, Y(. “Personalized Product Design Through Digital Fabrication.” Proceedings of the ASME 2022 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference. Volume 2: 42nd Computers and Information in Engineering Conference (CIE). St. Louis, Missouri, USA. August 14–17, 2022. V002T02A054. ASME. https://doi.org/10.1115/DETC2022-91173

Ng, M. S., Chen, Q., Hall, D. M., Hackl, J., & Adey, B. T. (2022). Designing for digital fabrication: An empirical study of industry needs, perceived benefits, and strategies for adoption. Journal of Management in Engineering, 38(5), 04022052.

Soomro, Sohail Ahmed, Hernan Casakin, and Georgi V. Georgiev. 2021. “Sustainable Design and Prototyping Using Digital Fabrication Tools for Education” Sustainability 13, no. 3: 1196. https://doi.org/10.3390/su13031196

Suresh, N., Janakiram, C., Nayar, S., Krishnapriya, V. N., & Mathew, A. (2022). Effectiveness of digital data acquisition technologies in the fabrication of maxillofacial prostheses–A systematic review. Journal of Oral Biology and Craniofacial Research, 12(1), 208-215.

Torres, C., Campbell, T., Kumar, N., & Paulos, E. (2015, November). HapticPrint: Designing feel aesthetics for digital fabrication. In Proceedings of the 28th annual ACM symposium on user interface software & technology (pp. 583-591).

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