El Centro de Excelencia de Fabricación Aditiva de Navantia (CEFAN), ubicado en Navantia Puerto Real, ha realizado desde su nacimiento en 2017 un total de 350 diseños de piezas viables para impresión en diversas técnicas de fabricación aditiva. En total, se han impreso más de 30.000 elementos, desde los más simples hasta la consola táctica formada por 33 piezas o los prototipos de gran formato como el aseo modular.

De estos 350 diseños están en uso un total de 17 para la mejora de la productividad de los procesos de fabricación del astillero, y otros 18 diseños están embarcados para probar su efectividad en buques en operación. El resto están asociados a proyectos de investigación del CEFAN, que es una parte fundamental del Astillero 4.0 y participa activamente en las propuestas que se realizan internamente para la mejora.

Actualmente, en el CEFAN se están analizando las listas de repuestos de los buques antecesores de las fragatas F110 para analizar cuáles de ellos se podrían imprimir a bordo del buque usando impresoras 3D. Este análisis se realiza en colaboración con la Armada ya que son los usuarios finales y los que pueden ayudar a identificar qué tipo de repuestos son los más solicitados y necesarios.

Los proyectos de investigación son vitales para el futuro del Astillero 4.0

El objetivo es llegar a incluir en las F110 piezas impresas, tanto en la construcción (rejillas de ventilación, luminarias, válvulas, ventiladores, etc.) como en su ciclo de vida. Muchos de los elementos que ya se han analizado son viables para poder sustituirlos por piezas en aditiva. Por ejemplo, las rejillas de ventilación o los elementos eléctricos exteriores. El objetivo es que los buques puedan llegar a imprimir en 3D a bordo algunos repuestos. De todas formas, esta lista de elementos está viva y se van añadiendo nuevos en la medida que se avanza en su estudio. Algunos se podrán instalar de forma inmediata y otros deberán pasar por una fase de certificación. Hay que tener en cuenta que los buques militares exigen unos requerimientos más estrictos que los civiles.

Hito mundial

El conocimiento adquirido en estos cuatro años ha permitido empezar a construir la primera pala de timón del mundo fabricada mediante FA polimérica. Desde enero se ha estado realizando el diseño de la nueva pala de timón trabajando con el departamento de Ingeniería e Ingeniería de Producción usando simuladores para comprobar que este nuevo diseño podrá resistir las fuerzas a las que estaría sometido en una navegación. La principal ventaja potencial es un ahorro de peso considerable que Navantia puede llegar a incorporar a sus buques. Una vez acabado el proyecto se obtendrá un demostrador a escala real (3.700 mm de altura) al que habrá que someter a las pruebas necesarias para su certificación.

Esta pieza supone un gran reto para el CEFAN y un hito en el mundo de la FA a nivel mundial. Hay que tener en cuenta que es una de las piezas más importantes del buque. Supondrá obtener una reducción de peso en la popa del buque, lo que podrá traducirse en una reducción en el tamaño de los tanques de lastre. Además, es una oportunidad para poder fabricar este tipo de palas en el astillero y no tener que comprarlas en el exterior, lo que también reducirá su precio.

“La Fabricación Aditiva no vale para todo y no es sinónimo de sustitución, sino de complemento o de mejora de los procesos productivos tradicionales”, dice su responsable, Víctor Casal.

“Tenemos previsto empezar a estudiar también las técnicas de FA metálicas para próximos proyectos, ya que existen soluciones que el polímero no puede llegar a satisfacer”.

El centro actual cuenta con diversos equipos de fabricación aditiva, es decir, impresoras con tecnologías FDM (Modelado por Deposición Fundida), SLA (Estereolitografía), LFAM (Fabricación Aditiva de Gran Formato), FDM CF (Deposición Fundida reforzada con Fibra Continua), además de un equipo de corte láser y escáner 3D.

Nuevos materiales

El CEFAN hace una vigilancia tecnológica del desarrollo de los nuevos materiales seleccionando aquellos que pueden ser interesantes para su aplicación en construcción naval por no presentar corrosión en el ambiente marino. Por el momento se han utilizado materiales como ASA (Acrilonitrilo Estireno Acrilato), muy recomendable para su uso en las zonas exteriores ya que no se degrada con los UV; ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno), muy resistente y versátil, PA (Poliamida), muy resistente y fácilmente imprimible, PP (Polipropileno), que puede usarse para piezas que estén en contacto con agua y productos químicos, y TPU que es un material flexible.

Además de estos, se utilizan materiales compuestos aditivados con fibras de vidrio, carbono, keblar y partículas cerámicas. Cada material es usado en piezas especificas dependiendo de los requisitos mecánicos y físicos.

Los materiales son la piedra angular para poder integrar definitivamente la FA en los procesos de producción. La vigilancia es necesaria para estar al día de los materiales que desarrollen los fabricantes y, en el, caso de que no existan, fomentar su fabricación.

Ventajas

Realizar piezas en FA tiene ventajas en función de la solución que se dé a cada caso. En algunos casos se obtiene una reducción significativa del peso, en otras una mejora en su fabricabilidad y una reducción en el tiempo de producción; en otros casos, mejoras técnicas del elemento al hacer uso de la libertad de diseño que proporciona la FA; y, en otras, reducción del tiempo de mantenimiento.

El objetivo es llegar a incluir en las fragatas F110 piezas impresas con estas técnicas

En el caso de ser necesario el cambio de una rejilla de ventilación exterior tradicional de acero por una realizada mediante FA polimérica, se obtienen los siguientes beneficios: reducción de peso (de 25 kg a 4 kg), reducción del precio de fabricación (de 576 euros a 100 euros), reducción del tiempo de producción (de 48 horas a 4 horas), reducción del tiempo de mantenimiento (la rejilla polimérica no se degrada en el medio marino y la metálica sí) y mejoras técnicas del elemento ( modificando la geometría de las lamas se obtienen mejoras de reducción de sonido y de reducción de pérdidas de carga). Este es un ejemplo muy significativo ya que agrupa todas las ventajas de la FA.

Responsabiidad social corporativa

Además, se han realizado varios proyectos en el ámbito de la Responsabilidad Social Corporativa: piezas para el área de traumatología infantil del Hospital 3D (Puerta del Mar, de Cádiz), piezas para protección frente a la Covid (20.000 piezas impresas y donadas) realizadas en plena pandemia y las letras para el Bosque Violeta de Puerto Real con motivo del Día Internacional de la Mujer.

Además, en el CEFAN se están desarrollando proyectos de colaboración con la cadena de suministro de Navantia para introducir la FA en los equipos que se adquieren para comprobar la viabilidad de fabricar repuestos de sus equipos mediante FA. Es el caso del proyecto 3DFLOW (ventilación y HVAC) y FACOVAL (Válvulas).

Finalmente, y dentro de ese plan de desarrollo, el CEFAN continúa su línea de investigación tanto con materiales poliméricos como metálicos para lograr que su objetivo pueda llevarse a cabo en el máximo de buques e instalaciones de toda Navantia. Hoy día, el Centro de Excelencia de Fabricación Aditiva de Navantia es de los pocos en el mundo que se dedica a este tipo de investigación y desarrollo para el sector naval y grandes empresas que lo han visitado han mostrado admiración por los desarrollos de Navantia, con el objetivo de ser más competitivos.