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Una nueva subsección del comité sobre fabricación aditiva de ASTM está reuniendo a las partes interesadas que redactarán las normas que guiarán el futuro de la industria.

La fabricación aditiva (AM)/impresión 3D ha existido durante décadas. Considerada principalmente como una herramienta de creación de prototipos en sus inicios, esta tecnología ha despegado en los últimos años. Impulsado por una revolución en la tecnología y los materiales de las impresoras, el campo de la AM ha avanzado a un ámbito que muchos hubieran considerado como ciencia ficción hace tan solo unos años. Desde la impresión de estructuras tan masivas y robustas como la Casa DFAB en los Países Bajos, hasta la creación de estructuras tan complejas y detalladas como la reciente réplica del David de Miguel Ángel de 17 pies (517 cm) de alto, impresa por un equipo de investigadores en Italia, esta tecnología ha recorrido un largo camino, por no decir más.

Ya ha comenzado la carrera para encontrar aplicaciones en tantos campos como sea posible para esta disruptiva tecnología, que ahorra en costo de materiales, haciendo objetos de manera más eficiente y sostenible, y quizás lo más importante, construyendo y creando cosas más rápidamente. En este sentido, la industria energética no es diferente de ninguna otra. Sin embargo, considerando la necesidad de mantener el alumbrado y el flujo de energía en todo el mundo, las necesidades de esta industria pueden ser incluso más urgentes que las de la mayoría.

El comité de Tecnologías de fabricación aditiva (F42) formó recientemente una nueva subsección del subcomité de Aplicaciones (F42.07) para abordar estas necesidades de normas de AM relacionadas con la energía. Lanzada oficialmente en abril, la misión de la subsección sobre Energía (F42.07.10) es sentar en la mesa a todas las partes interesadas de la industria, para comenzar a crear un marco de normas que ayude a las tecnologías de AM a convertirse en una parte importante de la industria energética.

Energía nuclear

El campo de la energía nuclear presenta una oportunidad única para utilizar la AM. El Dr. Ole Geisen, copresidente de la nueva subsección de Energía y jefe de los servicios de ingeniería para fabricación aditiva de Siemens PG, cree que la energía nuclear puede ser lo más cercano para hacer que la AM forme parte de su cadena de suministro. "La industria nuclear tiene la oportunidad [de adoptar la AM], sobre todo para los repuestos y los productos de reemplazo", afirma. "Existen una necesidad y una tendencia claras para obtener la normalización correcta, porque dependen de esto".

Una de las razones por las que encajan naturalmente la AM y la energía nuclear puede resultar una sorpresa para muchos: con una instalación nuclear promedio que lleva 40 años o más en operación, muchas de las piezas necesarias para el mantenimiento de las instalaciones nucleares simplemente ya no existen. "Reconociendo que cuando las plantas se diseñaron y construyeron a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, y se pusieron en funcionamiento en algún momento entre mediados de la década de 1970 y mediados de la de 1980, existen problemas potenciales de obsolescencia", dice el Dr. Robert Tregoning, asesor técnico principal para ingeniería de materiales de la Oficina de Investigación de Regulación Nuclear de la Comisión de Regulación Nuclear de Estados Unidos. También es miembro del comité de ASTM sobre fatiga y fracturas (E08). "Lo que la industria nuclear hizo en el pasado es intentar canibalizar esos componentes o guardar algunos de ellos en su inventario. Pero con la fabricación aditiva y la impresión 3D, potencialmente puede crearlos mediante ingeniería inversa. Es posible que ni siquiera necesite los planos de diseño originales".

La otra razón por la que la AM encaja de forma tan natural en la industria nuclear son los costos. La industria nuclear comparte este razonamiento con muchas otras industrias, pero el grado de urgencia puede ser mayor con la energía nuclear, ya que una regla general de la industria indica que por cada día que una instalación nuclear no funciona y no produce energía, su propietario pierde cerca de 1 millón de dólares. En una industria donde el mecanizado de piezas de repuesto puede llevar meses en algunos casos, la posibilidad de fabricarlas de forma aditiva e instalarlas rápidamente, es una gran ventaja.

Como dice Tregoning, "si el OEM [fabricante de equipo original] no está disponible, o si usted no tiene nada en su cadena de suministro, el concepto de poder hacer algo relativamente rápido mediante el proceso 3D es un salvavidas".

Las normas que podría desarrollar o revisar la subsección de Energía serán fundamentales para convertir el sueño de esas piezas impresas en 3D en una realidad. Además de simplificar y facilitar el proceso de aprobación reglamentaria en el campo nuclear, que puede ser largo, los estándares también garantizarán la calidad.

"Un componente clave de la industria nuclear siempre ha sido la capacidad de decir: 'OK, si tengo este nivel de calidad, obtendré un rendimiento de nivel aceptable'", dice Tregoning. “Y la única forma de garantizar niveles aceptables de calidad es mediante la normalización. Me parece que lo que estamos viendo ahora en la comunidad nuclear en lo que respecta a la impresión 3D, es que hay una escasez de normas a las que se pueda recurrir".

El doctor Frank Schoofs es jefe de la sección de innovación energética de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido y, junto con Geisen, copreside la subsección de Energía. Schoofs agrega que las extremas condiciones presentes en los reactores de fusión nuclear (su área de interés) significa que las piezas de repuesto son complejas y se tarda en fabricarlas. La impresión 3D en el lugar podría cambiar esta situación. "Creo que, específicamente para la fusión nuclear o la energía de fusión, la clave es que necesitamos condiciones extremas. Debido a que las condiciones en el reactor son tan extremas en términos de la cantidad de calor generado, se necesitan estructuras avanzadas y aleaciones exóticas".

Schoofs también menciona un factor adicional bien conocido en la industria nuclear: la aceptación regulatoria. El trabajo normativo que se realizará en la subsección F42.07.10 junto con las partes interesadas específicas que serán reunidas por la subsección, ayudará a facilitar el proceso. "Pero creo que es la aceptación reglamentaria [que será un desafío], la que es difícil en todo el mundo en términos de seguridad y otros aspectos. Por eso debemos asegurarnos de que ellos [los organismos reguladores] participen desde el principio".

Energías renovables

La energía renovable, como la eólica y la solar, es similar en muchos aspectos a la nuclear en lo que respecta a la incorporación de AM en la cadena de suministro. Al igual que en la industria nuclear, una espera prolongada para obtener una pieza de repuesto, o tener las turbinas eólicas o los paneles solares completamente fuera de servicio, le hace perder sus ingresos a la industria de energía renovable. Por lo tanto, tener la capacidad de imprimir piezas en el lugar y mantener las operaciones funcionando es igualmente fundamental.

Sin embargo, en una industria que experimenta una rápida innovación y donde los avances tecnológicos se producen casi a diario, la AM puede ser una herramienta que ayude a la industria de las energías renovables a optimizar y mejorar continuamente su rendimiento.

Geisen dice que aquí es donde ve el mayor potencial para la AM en el campo de las energías renovables. "En el caso de la energía eólica, por ejemplo, puede agregar algo [impreso en 3D] a las aspas que tenga una gran complejidad; polímeros que ayuden a aumentar la eficiencia, a reducir el ruido, ese tipo de cosas".

Combustibles fósiles

La energía tradicional basada en combustibles fósiles proporcionó recientemente un gran éxito en el mundo real con respecto al empleo de la AM en la cadena de suministro de energía. Geisen cuenta que en 2015, los investigadores de Siemens trabajaron con una planta de gas natural y pudieron fabricar un cabezal de quemador para uso en una turbina a gas y lo llevaron a la práctica industrial real. Como dice un documento interno: "El cabezal del quemador SGT-1000F de Inconel 625 es el primer componente en serie totalmente calificado en la cartera de Siemens, fabricado con SLM [fusión selectiva por láser, una técnica de AM]. Se instalarán dos juegos en los motores de los clientes en Europa y América Central en 2016. La tecnología SLM ahora se utiliza para proporcionar repuestos de cabezales de quemador bajo pedido para toda la flota SGT-1000F".

Las consecuencias de este éxito fueron claras. Se logró un ahorro de costos y se creó confianza en la tecnología AM. Además, la tecnología ha tenido una mayor aceptación en los años siguientes. Geisen dice: "Esto fue hace cinco o seis años, y estas fueron las primeras piezas que calificamos en Siemens Energy, pero en ese momento todas las demás empresas de energía que usaban combustibles fósiles se lanzaron a la fabricación aditiva y comenzaron a calificar sus primeras piezas".

Hoy en día, se considera que el campo de los combustibles fósiles tiene un gran potencial para el uso continuo de la AM y para una mayor incorporación en la cadena de suministro, ya que la calificación de piezas, como este cabezal de quemador, es un proceso algo más sencillo en comparación con una industria más reglamentada como la de la energía nuclear.

La función de las normas

Todos estos expertos coinciden en que la normalización es la clave para el crecimiento y una mayor adopción de la AM y la impresión 3D en la industria energética. Sin las normas que desarrollará la subsección de Energía del comité F42, la industria simplemente no podrá avanzar.

"Ahí es donde el poder de contar con una organización neutral y sin fines de lucro como ASTM puede jugar un papel importante", dice Schoofs. "Todos estos diferentes participantes dentro de un campo específico de la energía pueden decir: 'Todos tenemos la necesidad de que nuestros productos sean aprobados para el mercado'. Y luego se reúnen y definen cuál es esa necesidad y definen una norma en torno a ella. Creo que sería un extraordinario beneficio el que saldría de esta subsección".

Geisen lo expresa de forma más clara. "Si intenta hacerlo [mejorar el mercado] sin normas para una nueva tecnología, tendrá dificultades". Está claro que el papel de la subsección sobre Energía será fundamental para el futuro de la AM en este campo, y la convocatoria de las principales partes interesadas de la industria, el sector académico, la reglamentación y otros sectores, proporcionará un foro único para la creación de las normas que ayudarán a guiar el campo hacia el futuro.

La fabricación aditiva en la industria energética será un tema importante de interés en la Conferencia Internacional de Fabricación Aditiva de este año (ICAM 2021), organizada por el Centro de Excelencia en Fabricación Aditiva (AM CoE, por sus siglas en inglés) de ASTM. Para registrarse, visite haga clic aquí.