Manufactura aditiva vs. mecanizado CNC: prueba en pieza aeroespacial

Comparación entre el soporte diseñado por manufactura aditiva (izquierda) y la versión tradicional (derecha).
Crédito: Business Wire.

La Additive Manufacturer Green Trade Association (AMGTA) publicó su primer estudio independiente titulado “LCA comparativo de un soporte de turbina de baja presión (LPT) por dos métodos de fabricación”.

El informe, encargado por la AMGTA —un grupo internacional dedicado a desarrollar y promover prácticas sostenibles en el sector de la manufactura aditiva— y elaborado por el Instituto Golisano de Sostenibilidad del Instituto de Tecnología de Rochester, examina un soporte de turbina de baja presión aeroespacial comercial a través de una evaluación del ciclo de vida (ECV).

El estudio compara el impacto de la manufactura aditiva con fusión por lecho de polvo láser frente a los métodos tradicionales de fabricación del soporte, así como el efecto de una reducción de peso de más del 50 % en la vida útil de la aeronave.

Aunque no se determinó qué método de fabricación consume más energía, los resultados confirmaron el gran impacto de la reducción de peso en motores y fuselajes de aviones comerciales en las emisiones de carbono.

La evaluación del ciclo de vida empleó tres metodologías distintas para analizar la fabricación tradicional y aditiva, pero no llegó a una conclusión en cuanto a qué método consume más energía. Este resultado neutro, según la AMGTA, indica una mejora respecto a investigaciones anteriores que mostraban un mayor consumo energético en la manufactura aditiva frente a los métodos tradicionales.

El estudio también destacó la importancia de la combinación de energías en una planta para determinar la sostenibilidad de la producción, y si la red energética emplea medios sostenibles.

Además, se demuestra que la reducción del peso de los componentes aeronáuticos mediante diseño para manufactura aditiva disminuye drásticamente las emisiones de carbono a lo largo de la vida útil de la nave, con 13,376 kg menos de emisión por cada kg de reducción de peso.

“Por primera vez, podemos publicar resultados tangibles que demuestran la importancia del diseño en la fabricación aditiva en comparación con los métodos tradicionales. En este estudio se demuestra el impacto real que puede tener la manufactura aditiva en el diseño de aviones y motores del futuro, y es un buen augurio para el uso de estrategias similares en otras industrias y diferentes programas”, declaró Sherri Monroe, directora ejecutiva de la AMGTA.

El estudio de dos años analizó los soportes mediante tres metodologías de evaluación del ciclo de vida, incluyendo el método del punto medio de la versión 1.1 de ReCiPe 2016, el método de la demanda acumulada de energía v1.11 y los métodos del IPCC 2021 GWP100 del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre Cambio Climático.

El soporte en cuestión, uno de los 12 que hay en cada uno de los dos motores de turbina CF6-80C2B6F de GE Aviation que propulsan un Boeing 767, fija un colector de combustible a la carcasa externa del módulo de turbina de baja presión del motor. Fue seleccionado por la AMGTA por tratarse de una pieza relativamente sencilla, de fácil acceso y localización.

El diseño aditivo y la fabricación del soporte estuvieron a cargo de Sintavia, LLC en Hollywood (Florida), y se imprimió en una impresora EOS GmbH M290 utilizando polvo de Inconel 718 de Höganäs AB. La pieza tradicional se fabricó en un taller mecánico de Tennessee mediante un proceso CNC.

El soporte con manufactura aditiva optimizado era más de un 50 % más liviano (0,063 kg) que la versión original. Según Sintavia, el soporte optimizado superaba al tradicional en cuanto a propiedades mecánicas, con una mayor vida útil a la fatiga a pesar de ser más liviana.

Aunque la elección del soporte de turbina de baja presión ofreció una demostración sencilla de cómo podría funcionar la reducción del peso en un motor de avión, la AMGTA cree que las lecciones recogidas en la actual ECV podrían ser adoptadas ampliamente por los fabricantes de fuselajes y motores en múltiples sistemas mecánicos.

Además, los métodos de reducción de peso en el transporte mediante tecnología de diseño aditivo no se limitan a la manufactura aditiva con fusión por lecho de polvo láser, ya que otras tecnologías aditivas (como el chorro de aglutinante, el depósito con energía dirigida y la impresión de polímeros) pueden eliminar de forma similar el exceso de peso en vehículos, aeronaves y embarcaciones.