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Manufactura aditiva(AM) o 3D en válvulas de control – el camino a la estandarización

Manufactura aditiva es un término que se ha vuelto tendencia tanto en la industria manufacturera como también en sectores de consumo masivo. A continuación, le contaremos de qué se trata y cuáles son sus alcances.

La fusión de metales en polvo con láser o haces de electrones, utilizando métodos digitales o mecanizado análogo; hacen de la metalurgia aditiva (AM) un proceso innovador y disruptivo con muchas expectativas en el futuro de manufactura.

De acuerdo a Technavio, para el 2025 el mercado del AM se habrá cuadruplicado, lo cual supone un crecimiento vertiginoso desde su origen relativamente reciente. La manufactura aditiva se ha enfocado inicialmente a prototipos de la industria espacial, energía, y medicina. Sin embargo, está ganando espacio en la industria de producción de petróleo y gas, donde las válvulas de control son altamente utilizadas. La creación de piezas geométricas a partir de metal en polvo está generando cambios importantes en la manufactura de accesorios de válvulas de control, con el objetivo de llegar a producciones de gran escala.

En comparación con los métodos de manufactura tradicionales, la AM presenta múltiples ventajas, pues permite el desarrollo de diseños más complejos, de menor peso, reducción en consolidación de partes, reducción de desperdicio de material y reducción de las cadenas de suministro. Sin embargo, también existen desventajas asociadas a incremento en los costos de producción (adquisición de maquinaria especializada, limitación actual en proveedores de máquinas 3D a nivel mundial, personal altamente capacitado en las líneas de producción). Para los fabricantes de válvulas de control pioneros en la implementación de la manufactura aditiva, se encuentran ante el reto de la certificación de los nuevos procesos y productos a los clientes.

Hablemos de estándares

De acuerdo a las normas ISO/ASTM hay siete tipos diferentes de tecnologías de manufactura aditiva, de los cuales hay tres que aplican particularmente a la metalurgia en válvulas de control:

Fusión por lecho en polvo (PBF – Powder Bed Fusion):

Es uno de los métodos más antiguos, el cual consiste en fusión del metal en polvo utilizando una fuente de energía como un haz de electrones.

Inyección aglutinante (BJT -Binder Jetting):

Donde el agente aglutinante es depositado en el metal en polvo para crear la geometría deseada.

Deposición de energía dirigida (DED – Directed Energy Deposition):

El polvo de metal alimenta un láser para generar un efecto similar al de la soldadura.

Hablemos de estándares

De acuerdo a las normas ISO/ASTM hay siete tipos diferentes de tecnologías de manufactura aditiva, de los cuales hay tres que aplican particularmente a la metalurgia en válvulas de control:

Fusión por lecho en polvo (PBF – Powder Bed Fusion):

Es uno de los métodos más antiguos, el cual consiste en fusión del metal en polvo utilizando una fuente de energía como un haz de electrones.

Inyección aglutinante (BJT -Binder Jetting):

Donde el agente aglutinante es depositado en el metal en polvo para crear la geometría deseada.

Deposición de energía dirigida (DED – Directed Energy Deposition):

El polvo de metal alimenta un láser para generar un efecto similar al de la soldadura.

Emerson Fisher
Flow Controls

Es uno de los fabricantes que continúa avanzado considerablemente en las etapas de desarrollo e implementación de esta nueva tecnología de manufactura. En la medida de los avances que se van desarrollando, a la par los procesos regulatorios y de estandarización van en progreso.

Desde el departamento de materiales del fabricante se generan los documentos de referencia que eventualmente servirán de guía en los procesos de estandarización, una de las referencias actuales es el ASME PTB-13-2021, el cual corresponde a un reporte del estado del arte de la manufactura aditiva y se presentó en mayo/21, como la culminación de cuatro años de trabajo conjunto entre el departamento de especialistas de materiales de Emerson y ASME (ASME Board on Pressure Technology Codes and Standards (BPTCS)/Board on Nuclear Codes and Standards (BNCS) Special Committee).

Captura de Pantalla-min
Captura de Pantalla-min

Manufactura aditiva
en válvulas de control

En la industria de producción de petróleo y gas, el instituto americano del petróleo (API) publicó en Octubre/21 el nuevo estándar API 20S, manufactura aditiva para componentes metálicos para uso en la industria del petróleo y gas, con el objetivo de ayudar a la implementación de tecnologías 3D en los procesos de crecimiento de la demanda global de la producción de petróleo y gas.

Con una línea de tiempo indeterminada aún para los procesos de estandarización, no solamente ASME y API, otras organizaciones como ASTM, ISO, MSS y otras han emprendido también el camino tomando como referencia las ventajas de la AM en la rápida generación de prototipos, la innovación y la expectativa de los nuevos horizontes que tenían limitaciones bajo los métodos tradicionales de manufactura.

En el mundo real de la implementación, aún quedan también retos importantes como la reducción de los costos de la producción, sin embargo, en aplicaciones de servicio severo, la tecnología AM ha resultado en soluciones de alta competitividad al permitir el desarrollo de soluciones y diseños de alta complejidad geométrica que tendrían limitaciones bajo la manufactura tradicional.

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