20 de mayo de 2017

LA REVOLUCIÓN DE LA IMPRESIÓN 3D

La manufactura aditiva (impresión 3D) está revolucionando las bases del sistema productivo global. Hace pocos días tuvimos en Vic a Ramon Pastor, Director General de la planta de Hewlett Packard en Sant Cugat, y Director de la División 3D Printing de la compañía, que nos ofreció una impactante conferencia sobre esta tecnología. Los fundamentos de la fabricación aditiva se sustentan en la superposición progresiva de capas de material, unas sobre las otras, como microestratos de materia que van dando forma a la pieza final según un plano digitalizado. Este proceso se contrapone a los procesos tradicionales de manufactura substractiva, en la cual el objeto final se genera a partir de la eliminación de material excedente en un bloque sólido (con la lógica de un escultor, por ejemplo mediante máquina de control numérico -CNC-), o de inyección (donde se precisa un molde previo). Es como si, para crear una estatua como la del David de Miguel Ángel, en lugar de un bloque de mármol, un cincel y un martillo, sólo necesitáramos mármol pulverizado y la obra de arte emergiera de la nada mediante deposición y solidificación controlada de ese polvo de mármol.

La impresión 3D significa la entrada en juego de las leyes de la economía digital en el corazón de la industria manufacturera clásica, cambiando de modo radical su lógica económica. La manufactura industrial se guiaba por la necesidad de buscar economías de escala: producir una unidad más era más barato que la media de las unidades producidas anteriormente. Básicamente, por la dilución de los costes fijos que ello significaba. Fabricar una pieza sencilla de plástico, por ejemplo, suponía la fabricación previa de un molde comparativamente muy caro en relación al coste de una pieza. Por ello, era preciso fabricar series grandes para amortizar el coste total de la serie entre un número suficiente de unidades. En el caso de la fabricación aditiva, no es así: el coste marginal de fabricar una unidad más tiende a cero (sólo es el coste de la materia prima). Todas las unidades tienen exactamente el mismo coste. Las economías de escala dejan de operar, y son sustituidas por dos nuevas y poderosas leyes: la de coste marginal cero, y la famosa ley de Moore que impulsa el desarrollo de la tecnología digital desde hace cinco décadas. No sólo se independiza la fabricación de las economías de escala, sino que Moore predice que la potencia y prestaciones de esta nueva forma de producción tendrá una expansión exponencial en los próximos años.

La entrada en juego de estas dos leyes tiene efectos críticos en la estructura y estrategia de las operaciones manufactureras globales: en primer lugar, desaparece la necesidad de fabricar a escala. Se pueden fabricar pequeñas series, o productos personalizados, de forma económicamente eficiente. El coste unitario de la pieza es el mismo si fabricamos una o si fabricamos cien millones. Y es el mismo si la fabricamos en Europa que en China: se acabó la dependencia de las estructuras de coste de los países emergentes. El impacto que ambos fenómenos puede tener es incalculable: si anteriormente las decisiones de localización de activos industriales se basaban en la búsqueda de economías de escala (fabricación en gran serie en lugares baratos), ahora la aglomeración será guiada por la proximidad a las fuentes de conocimiento (los clústeres de innovación pasan a jugar un papel fundamental en las operaciones industriales), y por la proximidad al mercado (se podrá fabricar cerca de la última milla).

La impresión 3D, pues, tiene una serie de ventajas fundamentales para la manufactura avanzada del siglo XXI:

Motor de avión de GE con piezas de acero y titanio 3D
  • Posibilidad de fabricación de series personalizadas, cortas o únicas, económicamente ineficientes hasta el momento.
  • Posibilidad de fabricación rápida de prototipos, acelerando los ciclos de innovación.
  • Permite fabricar sin stocks, con las implicaciones financieras que ello supone. Las piezas necesarias se imprimen en el momento y lugar preciso, sin necesidad de disponer de ellas físicamente.
  • Permite rediseñar las cadenas de valor, que de forma creciente se convierten en redes de información digital, en lugar de redes logísticas físicas. Se transmiten bits en lugar de átomos. Las industrias se reconcentran en economías avanzadas, cerca de los centros de I+D, para hacer más eficiente el proceso innovador; y se fabrica (imprime) físicamente cerca del consumidor final.
  • Respeto al medio ambiente: no se genera residuo industrial (como sí se genera con la manufactura substractiva). La progresiva disolución de las cadenas de valor físicas elimina costes logísticos de transporte, una de las principales fuentes contaminantes del momento.
  • Posibilidad de fabricación de geometrías complejas, e incluso imposibles hasta el momento. Hasta ahora, los componentes de una pieza mecánica compleja se fabricaban por separado, y se integraban (encajaban) mecánicamente después. Con la impresión 3D, se pueden fabricar dispositivos complejos, en un solo proceso, con partes engranadas y superpuestas. E incluso, modulando el material voxel a voxel (el equivalente al píxel en 3D), se pueden incorporar, de forma precisa, zonas de material con diferentes densidades, colores, texturas, conductividades u otras propiedades diferenciales.
  • Simplificación de los diseños mecánicos: GE Aviation hizo público que está usando impresión 3D para desarrollar un nuevo modelo de motor de helicóptero que utiliza 16 piezas, en lugar de las 900 tradicionales; o motores de avión hipereficientes, con partes de acero y titanio manufacturadas aditivamente.
  • Posibilidad de optimización matemática de los diseños. Si no existen los límites físicos a la fabricación que imponían las tecnologías convencionales, el diseño se puede simular y optimizar matemáticamente, y fabricarse posteriormente, en lo que se denomina "diseño generativo". Sorprendentemente, las más sofisticadas técnicas de supercomputación llegan a la misma conclusión que millones de años de evolución biológica: los nuevos diseños que optimizan intercambios de calor, transpiraciones, resistencias mecánicas, etc, parecen inspirados en las geometrías de estructuras óseas o cardiovasculares.

Intercambiador de calor optimizado matemáticamente

La impresión 3D está todavía en un estadio incipiente. Todo parece indicar que su expansión será exponencial en los próximos años. Las economías avanzadas tienen una oportunidad única e inesperada de reconcentrar sus actividades industriales, en potentes conglomerados de I+D, diseño y manufactura. Empresas como Adidas ya han vuelto a fabricar en Alemania con técnicas 3D. Hace poco, una empresa constructora de maquinaria industrial me preguntaba cómo me imaginaba la fabricación del futuro. Mi respuesta: diseño avanzado e innovación abierta y rápida en un clúster tecnológico local, envío de planos digitales, e impresión 3D de las piezas y montaje de la máquina en destino. Las ventajas competitivas del manufacturing se sustentarán cada vez más en la tecnología, el diseño y la velocidad de innovación. Buenas noticias para Europa.

Y preparémonos: la próxima revolución está a la vuelta de la esquina. Ya se empieza a hablar de “impresión 4D” o materiales preprogramados. La ciencia y la tecnología nos deparan grandes sorpresas en los próximos años.




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