Impresión 3D en su cadena de suministro: ingenio, elasticidad y resiliencia

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Las cadenas de suministro del ejército son las más largas del mundo, más extensas y más complejas que incluso las cadenas de suministro de gas y petróleo o de la minería en lugares remotos. No hay duda de que las cadenas de suministro del ejército son fundamentales; de hecho, son de vida o muerte. Durante décadas, las organizaciones militares de todo el mundo han estado investigando, probando y utilizando la impresión en 3D en sus cadenas de suministro.

La impresión 3D por parte de los militares durante la pandemia de COVID-19 ilustra cómo la tecnología asciende a una situación de vida o muerte muy diferente: la escasez de equipo de protección personal (EPP) que necesitaban las fuerzas estadounidenses estacionadas en Corea del Sur, un lugar candente al comienzo de la pandemia. Al principio se utilizaron las impresoras 3D «Maker», que tan solo podían producir siete mascarillas al día.

Para superar esa limitación, el Ejército y la Marina de los EE. UU. desarrollaron una cadena de suministro que utilizaba impresoras 3D de calidad industrial para fabricar cientos de máscaras al día. El resultado fue «una buena prueba de cómo podemos responder a las necesidades de la flota en una emergencia», según Ross Wilhelm, tecnólogo principal en Naval Undersea Warfare Centre. «Esperamos que esto sirva como modelo para los mandos del Departamento de Defensa en todo el mundo». 1

El modelo al que Wilhelm se refería, el ingenio de los miembros del servicio técnico, incluye el diseño de técnicas de fabricación aditiva (DfAM), el desarrollo de múltiples diseños, pruebas de múltiples impresoras 3D y diferentes materiales y, en última instancia, la producción de gran volumen de EPP. Ahí encontramos ejemplos de los posibles usos de la impresión 3D en su cadena de suministro: empleados innovadores, desarrollo de nuevos productos, herramientas, utillaje y accesorios, así como producción de productos acabados.

Definición de impresión 3D

La publicidad que se dio a la impresión 3D hace unos diez años ha derivado en muchas ideas equivocadas sobre tecnología y en unos precios desorbitados. No es de extrañar que los precios descendieran y que la gente sin conocimientos especializados en el tema se desilusionara al saber que la impresión 3D no podía hacer lo que decían los medios de comunicación. Entonces, ¿qué es exactamente la impresión 3D?

La impresión 3D es un proceso aditivo de unión de materiales para crear objetos basados en modelos digitales. La unión se produce capa a capa, añadiéndose una capa de material sobre otra en un proceso continuo. Dicho proceso diferencia a la impresión 3D de tecnologías de fabricación sustractivas y formativas como la mecanización, la fundición y el moldeado. Los objetos físicos se crean con impresoras 3D gracias a modelos digitales, generalmente archivos de diseño asistido por ordenador (CAD) y datos de escaneado.

Muchos ingenieros y otros expertos coinciden en que «fabricación aditiva» es un término más preciso y así es cuando nos referimos a aplicaciones industriales, pero la mayoría de los empresarios conocen este proceso como «impresión 3D». Esta distinción es fundamental cuando se busca el apoyo para gestión de la impresión 3D en su proceso operativo. Por ejemplo, a un director financiero que se centra en ingresos y costes no le interesan en absoluto estas sutilezas terminológicas, mientras que a un director de fabricación responsable de producir artículos de calidad sí que le interesan.

Del mismo modo, el público no sabe que la organización de normalización ISO/ASTM reconoce siete tecnologías básicas de impresión 3D. Las distinciones son importantes cuando se trata de impresión 3D de metal, plástico, compuestos u otros materiales. A diferencia de una máquina CNC que puede trabajar con plásticos y metales, la mayoría de las impresoras 3D tienen una gama de materiales imprimibles limitada y exclusiva.

Es más, los proveedores han desarrollado versiones propias basadas en las normas ISO/ASTM. Tan solo en el caso de los metales, hay 50 versiones, la última de las cuales es la tecnología de impresión 3D con metal líquido de Xerox. Dada la amplia gama de prestaciones y materiales, el camino de la impresión 3D debería comenzar teniendo presente el fin: aquello que se quiere hacer determina la tecnología que puede producir la pieza.

Oportunidades de impresión 3D

La pandemia mundial puso de manifiesto las vulnerabilidades de la cadena de suministro de todas las organizaciones, algunas con resultados devastadores. De hecho, en una encuesta realizada por Gartner a profesionales en gestión de la continuidad de empresas concluyó que 3 de cada 4 han declarado una emergencia y que, al hacerlo, un tercio había sufrido importantes problemas de recuperación con uno o más procesos empresariales importantes y cruciales para la actividad. ¿Cómo le ha ido a su organización durante la pandemia?

La impresión 3D también contribuye a reducir la cantidad de su capital inmovilizado en los inventarios de trabajos en curso y de productos terminados al favorecer la agilidad de la fabricación. Aunque sus ingenieros deben tener la seguridad de que se puede confiar en que un producto producido por una impresora 3D funcionará tan bien como las piezas fabricadas con tecnologías convencionales. Ningún ingeniero pondría su nombre en una pieza si tuviera la más mínima duda sobre esta pieza impresa en 3D. Este conservadurismo se aplica no solo a las piezas sometidas a una gran regulación, como es el caso de los implantes médicos y los componentes de las aeronaves, sino también a cualquier pieza que, si fallara, tendría resultados catastróficos (o de fin de una trayectoria profesional).

Los avances en hardware, materiales imprimibles y software de diseño, junto con la continua innovación tecnológica, hacen viable la impresión 3D en la cadena de suministro. Por ejemplo, la tecnología de impresión con metal líquido de Xerox puede reducir el tiempo de producción de días a horas. Este ciclo es más corto porque requiere un proceso de procesamiento posterior más breve. La impresora 3D para metales líquidos de Xerox también reduce el coste de las piezas al utilizar aleaciones estándares, las mismas que sus ingenieros conocen y usan en la fabricación convencional.

Una ventaja significativa de todas las tecnologías de impresión 3D es la libertad de diseño que no se puede lograr con la fabricación tradicional. Se puede reducir el consumo de materiales y el peso de las piezas, sin que las propiedades mecánicas se vean afectadas. Para lograrlo, podemos usar herramientas de software que soportan DfAM. El software de diseño asistido por ordenador respalda el diseño generativo, también conocido como optimización de la topología, de nuevas piezas y el rediseño de las existentes. Al permitir que el software ejecute miles de iteraciones de diseño basadas en unos parámetros de rendimiento establecidos por su ingeniero, se obtienen unos diseños ideales casi orgánicos. El resultado aprovecha al máximo la capacidad inherente de la impresión 3D para fabricar artículos que no se pueden hacer con ninguna otra tecnología de fabricación.

Cuando se combinan, el hardware, los materiales y el software más recientes permiten a los ingenieros diseñar piezas impresas en 3D con características de rendimiento que ya comprenden y que pueden utilizar con confianza. Como resultado, puede cambiar el enfoque de su cadena de suministro desde el coste unitario más bajo (UMC) hasta el coste optimizado basado en el rendimiento y la fabricación del diseño ideal de su cliente.

Riesgos de impresión 3D

En muchos aspectos, los riesgos asociados a la impresión en 3D de su cadena de suministro no difieren de los riesgos que plantean los proveedores que utilizan procesos de fabricación convencionales. Los proveedores tradicionales, y sus operaciones internas, inevitablemente tienen problemas de calidad, retrasos en las materias primas, problemas de entrega y dificultades financieras.

La impresión 3D de los productos acabados conlleva otro nivel de riesgo gestionable, siempre que se comprenda la tecnología y se evalúe adecuadamente a los proveedores. Por ejemplo, dos obstáculos que impiden el uso de la impresión en 3D en la fabricación son el coste del capital y del material, así como la escasez de operarios cualificados. Estos costes son un motivo importante por el que el número de oficinas de servicios de impresión 3D, que podrían ser sus socios en la cadena de suministro, es minúsculo en comparación con el número de empresas de servicios de fabricación y talleres de trabajo tradicionales. El hecho de que no haya proveedores cualificados para imprimir sus artículos en 3D es un riesgo, especialmente cuando las piezas DfAM no se pueden producir con tecnologías convencionales.

Otro riesgo depende de la forma en que piense utilizar la tecnología de impresión 3D. Puede que ya se haya utilizado una impresora 3D barata que extrude plásticos para la creación rápida e iterativa de prototipos y, de hecho, debería haberlo hecho. Pero, a medida que se avanza hacia tecnologías de impresión en 3D más avanzadas para fabricar productos acabados, es posible que se tengan que abordar nuevas cuestiones como la certificación de los productos acabados.

Afortunadamente, las oficinas de servicios de impresión 3D mitigan el riesgo de su cadena de suministro. Además, la plantilla proporcionará a sus ingenieros una valiosa información sobre el diseño de las piezas relativa a los materiales necesarios, el rendimiento deseado y la calidad del acabado. Operarios expertos y experimentados producirán sus piezas. Una oficina de servicios, aunque se utilice durante un breve período de tiempo, anula la necesidad de una inversión de capital en tecnología avanzada de impresión en 3D hasta que se compruebe el caso comercial.

Recomendaciones

Treinta años después de la invención de las primeras impresoras 3D, y diez años después de que estallase todo el revuelo, fabricantes y oficinas de servicios de todo el mundo han implementado la impresión 3D. Las piezas de hoy en día van desde lo más mundano (útiles de montaje) hasta dispositivos que salvan vidas (implantes médicos). Los profesionales de la cadena de suministro se benefician de décadas de investigación y de procesos de ensayo y error al:

• Utilizar impresoras 3D de precio económico para iterar rápidamente nuevos productos y emplear impresoras de calidad industrial para crear piezas plásticas y compuestas utilizadas en fábrica antes de pasar a la impresión 3D de los productos acabados en metal.

• Empezar teniendo presente el fin, es decir, determinar la tecnología que puede producir sus piezas y qué proveedor o socio de la cadena de suministro tiene la impresora 3D que construirá piezas de calidad y rentables.

• Determinar dónde encaja mejor la impresión 3D y es más valiosa en su cadena de suministro, incluso si no se trata de la producción de bienes acabados.

• Justificar económicamente la impresión 3D con dispositivos internos cuando esté justificado o socios de la cadena de suministro hasta que conozca los costes reales de capital, ingeniería y fabricación.

1. Defensa frente al coronavirus: La Armada desarrolla máscaras tácticas impresas en 3D para las fuerzas de EE. UU. en Corea: https://americanmilitarynews.com/2020/08/coronavirus-defense-navy-develops-3d-printed-tactical-masks-for-us-forces-korea/.