Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

El grupo de investigación de Fabricación Integrada y Avanzada, perteneciente a la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, desarrolla su investigación en el ámbito de los procesos de fabricación y dispone de múltiples líneas de investigación consolidadas como el procesado de polímeros, fabricación aditiva, fibras naturales o bio-fabricación.

Al tratarse de un grupo de investigación universitario, su actividad está enfocada a la docencia universitaria y a la investigación tanto pública como privada. La mayor parte de los proyectos de investigación se encuentran financiados por organismos públicos con el fin de generar conocimiento, así como realizar desarrollo e innovación para la sociedad, aunque también se realizan proyectos para entidades privadas de todo tipo (aeronáutico, metalúrgico, agrario, etc.)

Desarrollo de electrodos de cobre para EDM mediante tecnología Metal FFF Markforged.

Como primer objetivo se encuentra el disponer de tecnología de vanguardia para el desarrollo de nuevos retos y la búsqueda de soluciones innovadoras de fabricación. La adquisición de equipos como la Metal X se orienta al desarrollo e investigación de componentes metálicos mediante fabricación aditiva, permitiendo complementar los diferentes procesos convencionales disponibles en el grupo de investigación (fabricación sustractiva, conformación por moldeo y deformación).

Pensamos en el desarrollo de electrodos para EDM.

La electroerosión es principalmente un método para fabricar formas complejas con metales duros o que, de otro modo, serían difíciles de mecanizar mediante técnicas tradicionales. En general, funciona con materiales conductores de la electricidad, pero es posible mecanizar cerámica aislante en determinadas condiciones..

En junio de 2021, concretamente se decantaron por las impresoras 3D Metal X y MarkTwo de Markforged por ser las únicas que permiten el desarrollo e investigación de materiales compuestos de altas capacidades mecánicas tanto metálicas como termoplásticas.

La incorporación de la tecnología de Markforged les ha permitido estar a la vanguardia del equipamiento en fabricación aditiva, sirviendo de referencia no sólo para el grupo de Fabricación Integrada y Avanzada sino para otros grupos en ámbitos de la biomecánica, prótesis y similares. El disponer de tecnología innovadora permite abordar problemas dificultosos, dar mayor visibilidad al grupo de investigación, así como afrontar retos más complejos.

Markforged dispone de tecnologías competitivas económicamente pero también aporta una experiencia y conocimiento en el desarrollo del equipamiento que facilita en gran medida la obtención de piezas desde el comienzo del uso del equipamiento, minimizando las posibilidades de error.

“Como alternativa a la fabricación aditiva de materiales se valoraron tecnologías de sinterizado láser de metal, las cuales tienen un coste muy superior y no siempre mejor calidad superficial” comenta Pablo Rubén Bordón Pérez Dr. Ingeniero Industrial Profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica.

El impacto general de los desafíos a los que se enfrentaban era el coste de inversión, así como la imposibilidad de obtener piezas metálicas con geometrías complejas a coste razonable, con equipamiento propio.

“Salvo la infraestructura de gases para la tecnología Markforged Metal X, la incorporación apenas supuso un esfuerzo dado el tamaño compacto y los bajos requerimientos técnicos necesarios” continua Pablo Rubén Bordón Pérez.

El tipo de piezas que se seleccionaron para imprimir con las 2 impresoras de Markforged fue: pequeños demostrados dimensionales, aunque los primeros desarrollos se enfocan en encontrar una solución en la obtención de electrodos de cobre para mecanizado mediante electroerosión.

El cobre, uno de los materiales disponibles con la tecnología Metal X, resulta ser el material más adecuado para electrodos de electroerosión, por lo que se ha abierto una ventana de posibilidades en la fabricación de electrodos de cobre con la tecnología Metal X.

Las aplicaciones en función de los materiales son variadas y, en el ámbito de la investigación, la mayoría de los materiales disponibles abren muchos campos de aplicación de interés por lo que su selección va dependiendo del proyecto de investigación en el que se trabaje en cada momento.

“Para el personal involucrado en el uso del equipamiento ha supuesto un avance en sus capacidades técnicas, así como en el fomento de la autoestima personal por las implicaciones de desarrollar nuevos componentes o abordar problemas antes no posibles” dice Pablo Rubén Bordón Pérez.

Test de la tecnología

La Fabricación Aditiva por Metal FFF es un innovador proceso de Fabricación Aditiva que permite la fabricación de piezas complejas en material metálico, como el cobre entre otros, lo que brinda nuevas oportunidades en Rapid Tooling. Este trabajo presenta el desarrollo de un electrodo de cobre fabricado con tecnología Metal FFF para Mecanizado por Descarga Eléctrica (EDM) y su desempeño comparado con un cobre electrolítico convencional.

Se realizaron espectroscopías de rayos X de densidad, conductividad eléctrica y energía dispersiva para un análisis inicial de los electrodos de Markforged y electrolíticos. Se llevaron a cabo experimentos de EDM previamente diseñados y optimizaciones utilizando algoritmos genéticos para establecer un marco comparativo para ambos electrodos.

Posteriormente, se realizaron las pruebas finales de electroerosión para evaluar la tasa de desgaste de los electrodos, la rugosidad de la pieza y la tasa de remoción de material para ambos electrodos. Los resultados de EDM muestran que la tecnología Metal FFF permite la fabricación de electrodos de EDM funcionales con tasas de eliminación de material y acabados de piezas rugosos similares a los de los electrodos convencionales, pero con un mayor desgaste de los electrodos, principalmente debido a la porosidad interna, los huecos y otros defectos observados con microscopía electrónica de barrido de emisión de campo.

Al ser un centro de investigación, y contar con fondos públicos para la adquisición de equipamiento, no se dispone de una valoración del retorno convencional como en el sector privado. Sin embargo, dadas las posibilidades de desarrollo e innovación asociadas con la tecnología Markforged, es justo reconocer que dicha tecnología permite al día de hoy no sólo un ahorro a largo plazo en la fase de fabricación en sí, sino en las posibilidades de captación de nuevos fondos y recursos.

“Dados los buenos resultados obtenidos con la tecnología Markforged es altamente probable la futura implantación de otras de sus tecnologías en nuestro centro de investigación.” Concluye Pablo Rubén Bordón Pérez.

+ Obtención de electrodos para EDM completamente funcionales