El desafío de mejorar la impresión 3D

La integración de sensores en las máquinas dedicadas a la fabricación aditiva, coloquialmente conocida como impresión 3D, fue el eje sobre el que pivotó ayer la primera cita en este 2025 del ciclo de Desayunos Tecnológicos organizados conjuntamente por Gijón Impulsa y el Instituto Universitario de Tecnología Industrial de Asturias (IUTA). Una iniciativa para tejer conexiones entre el mundo empresarial y el universitario y a la que aún le quedan otras cuatro jornadas en junio, septiembre, octubre y noviembre –una en cada mes– para abordar distintas temáticas. "Hay que poner en valor el conocimiento del ecosistema empresarial y estas investigaciones porque la política de transferencia es una de las herramientas fundamentales de la Milla del Conocimiento para crecer", reivindicó Luis Díaz, director gerente de Gijón Impulsa.

Pablo Zapico García, profesor del Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación de la Universidad de Oviedo, ofreció la primera ponencia, titulada "Análisis de la calidad en fabricación aditiva mediante sensórica integrada en máquina" y que tuvo lugar en la sala de juntas del Edificio Impulsa del Parque Científico Tecnológico. Señaló el investigador que la fabricación aditiva comenzó hace unos cuarenta años, pero que experimentó un "impulso" hace un par de décadas. No obstante, lamentó Zapico que la aplicación de esta tecnología a nivel industrial "no es la que cabría esperar". El ponente justificó este hecho al asegurar que "las piezas que se obtienen con ella muestran defectos que hay que tratar de solventar de alguna manera", en especial para aplicaciones "más críticas, como la seguridad". De cara a paliar esta problemática, Pablo Zapico abogó por conocer de forma más profunda los propios procesos de fabricación, de ahí la proposición de implementar sensores en las máquinas "que permitan obtener información durante la misma fabricación de las piezas", afirmó el investigador, que remarcó que esta decisión supone mayores nociones sobre la calidad de las piezas para mejorarla en el futuro. No es oro todo lo que reluce, pues Zapico también comentó que esta operación conlleva desventajas, como un mayor tiempo en el proceso de fabricación, más coste y un aumento de "la complejidad de los sistemas". En cuanto a las bondades, el ponente destacó la aplicación de piezas a diferentes ámbitos, como la salud.

Unos componentes "de alto valor añadido"

La fabricación aditiva, expuso Pablo Zapico, se utiliza en variados campos. En el terreno industrial, aseveró el docente que dicha tecnología tiene uso en ámbitos en los que "se fabrican componentes de alto valor añadido", como en el aeroespacial, el aeronáutico o el médico. ¿Y por qué no se está aplicando este método en otros campos? Porque, recalcó Pablo Zapico, "asegurar la calidad de las piezas para aplicaciones en las que estén sometidas a esfuerzos requiere una complejidad de control del proceso muy exhaustiva".

La presentación de Pablo Zapico arrancó con una sucinta explicación de los distintos procesos de fabricación aditiva. Recordó asimismo los orígenes de la tecnología, con la patente de estereolitografía, y cuando empezó a comercializarse la primera máquina de fabricación aditiva. "Estas técnicas estaban restringidas y la calidad de las piezas era mejorable", apuntó Zapico, que indicó que se usaban para crear prototipos. En la actualidad, ponderó el investigador la variedad de procesos y materiales, como metales, plásticos o cerámicas. "El equipamiento es eficiente, más rápido y preciso", sostuvo el profesor de la Universidad de Oviedo, que declaró, eso sí, que el laminado de hojas está hoy en día "más en desuso". La impresión 3D, detalló Pablo Zapico, ofrece ventajas como una elevada complejidad de producto, una alta personalización y un bajo desperdicio de material, la simplificación de la cadena de suministro o la reducción en el tiempo de desarrollo del producto. Ahora bien, surgen dificultades durante el proceso, como defectos internos en piezas metálicas al ser elementos con fatiga o problemas superficiales, geométricos y a nivel dimensional.

Pablo Zapico manifestó que, al integrar un sensor en la máquina, esto permitirá ver información de la pieza antes de que esté terminada, incluso su estructura interna. También "podemos ver transformaciones que el material sufre durante el proceso", aseveró el docente, además de "cómo se van cohesionando las capas, que es clave para las propiedades mecánicas". En ese sentido, Zapico tildó la estrategia como "muy interesante", si bien admitió que el término "calidad", en función del contexto, puede ser "difuso". En el mercado de consumo este pasa por "cumplir expectativas", mientras que en el sector industrial muta en "cumplir especificaciones". Resaltó Pablo Zapico que para concretar especificaciones se está desarrollando normativa a nivel internacional. Al respecto, reivindicó la Organización Internacional de Normalización (ISO) como "la punta de lanza" y que, en una de sus normas, hace referencia a distintos niveles de restricción dependiendo de la aplicación de la pieza.

Sensores de contacto o sin él

Para perfeccionar el proceso de fabricación aditiva, Pablo Zapico recalcó que lo primordial es centrarse en aspectos geométricos y superficiales. En una primera clasificación, los sensores de digitalizado se pueden dividir en de contacto o sin contacto. Los primeros precisan de tocar la pieza para caracterizarla, a diferencia de los segundos, como el patrón de luz estructurada o la técnica de variación de foco, que permite determinar la textura de la superficie. Zapico optó por los sensores sin contacto como la mejor alternativa. "El material, en muchos casos, no es accesible y, en otros, aún no tiene las propiedades adecuadas porque está caliente y si lo tocamos con el sensor lo más normal es que se deforme", especificó el docente, alabado por su exposición por Luis Díaz. "Estos avances permiten que una tecnología tan interesante y de futuro mejore sus resultados y tenga aplicaciones en muchos más sectores", aplaudió el director gerente de Gijón Impulsa.

Los sensores sin contacto, prosiguió Pablo Zapico, se clasifican en función de la cantidad de dimensiones que puedan medir. Los hay unidimensionales, que permiten calibrar una distancia; bidimensionales, que favorecen la obtención de coordenadas en dos direcciones; o tridimensionales, que ya permiten contar con un modelo digital del objeto que se desea caracterizar. El investigador también mencionó algunos tipos de tecnologías de sensores sin contacto, como la triangulación láser, la espectroscopía de luz blanca o la interferometría de frecuencia modulada. "Cada una tiene sus fortalezas y sus debilidades", matizó Pablo Zapico, que a su vez mostró ejemplos comerciales de sensórica integrada en máquinas de fabricación aditiva. El ponente resaltó, sin embargo, que los existentes en el mercado "están muy orientados a controlar que el proceso funciona correctamente", más que a mejorar la calidad a obtener en las piezas.

En esa línea, el profesor de la Universidad de Oviedo declaró que estos sistemas son "cajas negras". "No se permite al usuario acceder a la información o, en todo caso, no se facilita", lamentó. La integración de sensores en la fabricación aditiva requiere, definió Pablo Zapico, la instalación de los mismos. "Hay que conectar las interfaces para coordinar los sistemas", subrayó el docente. Los siguientes pasos serían la calibración y la automatización.

El tramo final de la disertación de Pablo Zapico estuvo destinado a un caso de estudio, a un proyecto del Plan Nacional ejecutado por el grupo de investigación "EPMan" y basado en la integración de un sensor de digitalizado en la máquina de fabricación aditiva. La fórmula elegida fue la extrusión de material termoplástico y el sensor implementado era de triangulación láser de cortina, de dos dimensiones. "Desarrollamos nuestra propia máquina controlada por una placa y con una interfaz cómoda", especificó Pablo Zapico. Esa placa podía controlar hasta seis ejes de movimiento. Mientras, el sensor, de casi un kilogramo, contaba con un cable de alimentación y comunicación y otro para señales de sincronización. Para la calibración se optó por un modelo cinemático y, para la validación, se realizó un contraste entre la información captada por el sensor integrado respecto a un sistema externo de holografía conoscópica. Entre las conclusiones, el equipo comprobó que el sensor permitía detectar variaciones en la configuración del proceso o transformaciones del material durante el mismo.

"Ramificaciones enormes"

"Es un tema muy importante, con unas aplicaciones y ramificaciones enormes desde el punto de vista industrial", ensalzó Eduardo Cuesta, director del IUTA, sobre la cuestión abordada por Pablo Zapico, que alabó la celebración de este ciclo de Desayunos Tecnológicos. "Nos da la posibilidad de llegar a un público más general y a empresas y es muy gratificante poder difundir lo que estamos haciendo", dijo Zapico. El calendario del proyecto contempla en junio una jornada sobre aplicaciones matemáticas para la salud. Tras el receso veraniego, en septiembre habrá un desayuno sobre sostenibilidad y economía circular y urbanismo sostenible. Para octubre quedará la eficiencia energética y medioambiental. El último desayuno versará sobre las aplicaciones de la Inteligencia Artificial al sector sanitario.