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Fundada hace más de 100 años, John Crane es un líder mundial en soluciones de equipos giratorios. La empresa diseña y fabrica diferentes productos entre los que se incluyen sellos y sistemas mecánicos, acoplamientos, sistemas de filtración y tecnologías de control predictivo digital. En uno de los centros de desarrollo europeos de la empresa en Slough, Reino Unido, el equipo se ocupa de actividades que incluyen la fabricación, las pruebas, el servicio de mantenimiento y la reparación de los productos.

 

En noviembre de 2018, se creó un nuevo equipo de fabricación avanzada en el centro de Slough debido a la creciente importancia de la fabricación aditiva en la oferta de servicios de la empresa. Este equipo imprime en 3D las herramientas que necesita el personal de planta para las operaciones de producción, así como guías y fijaciones personalizadas de bajo coste que permiten a los equipos de I+D probar rápidamente nuevos conceptos de diseño y procesos de fabricación.

“La forma interna y la distribución del flujo son difíciles y costosas de lograr con el mecanizado convencional. Sin embargo, una única pieza impresa en 3D ha sustituido un montaje de 22 componentes metálicos mecanizados. Además, es aproximadamente un 98 % más barata de fabricar.”
Liam Johnston, Responsable de programa, Fabricación avanzada, Operaciones internacionales de John Crane
Una de las iteraciones de diseño de la carcasa de hélice impresa en 3D, producida con la Fortus 450mc.

Superar las limitaciones de los métodos tradicionales de fabricación con la fabricación aditiva FDM

La tarea del equipo era superar los retos de la fabricación tradicional de componentes y piezas para evaluar el ahorro en materia de tiempo y costes. Después de probar una serie de tecnologías, la empresa se puso en contacto con el socio local de Stratasys, SYS Systems, para comprar una impresora 3D Fortus 450mc™ de Stratasys. El factor decisivo a la hora de tomar la decisión fue la variedad de materiales de nivel de ingeniería disponible, en concreto, el material FDM® Nylon 12CF, un material composite para impresión en 3D que contiene un 35 % de fibra de carbono picada. Las propiedades de los materiales permitieron al equipo obtener el mismo rendimiento que las piezas fabricadas mediante métodos tradicionales, además de ofrecer a John Crane la oportunidad de ampliar su capacidad de producción con impresión 3D a nuevas aplicaciones como parte de sus operaciones diarias.

 

«Invertimos en la Fortus 450mc porque nos pareció la mejor alternativa para reemplazar las costosas piezas metálicas mecanizadas por CNC», afirma Liam Johnston, responsable de programa, Fabricación avanzada, Operaciones internacionales de John Crane. «Las capacidades añadidas han tenido un efecto inmediato en nuestro proceso de producción. Con el material FDM Nylon 12CF, podemos imprimir en 3D piezas que funcionan de forma similar a las alternativas producidas por CNC».

 

«Esto no solo nos permite obtener un considerable ahorro de tiempo y dinero en comparación con los métodos de producción convencionales, sino que el hecho de tener estas aplicaciones in situ ha reforzado la confianza de los usuarios finales en las capacidades de los materiales y de la impresora. También ha despertado el interés en nuestros equipos de operaciones que ahora acuden a nuestro equipo con nuevas solicitudes de impresión 3D».

 

El equipo de fabricación aditiva demostró estas ventajas en el diseño y la producción de una carcasa de hélice para un banco de pruebas giratorio. El banco utiliza un flujo de gas para hacer girar los componentes de sellado a gran velocidad con el fin de probar su capacidad para resistir las fuerzas elevadas a las que se ven sometidos durante el funcionamiento. Sin embargo, algunos componentes requerían velocidades más altas que las capacidades que ofrecía el banco actual. Por este motivo había que enviarlos a subcontratistas para que realizasen las pruebas de giro, lo que suponía un incremento de los costes y un retraso en los plazos de entrega.

 

El equipo superó estos inconvenientes con el diseño y la impresión en 3D de una nueva carcasa. Se mejoró el flujo de aire alrededor de la hélice, lo que permitió usar velocidades más altas en el banco. Según Johnston, se crearon, fabricaron y probaron dos iteraciones de diseño en una semana, un tiempo significativamente menor en comparación con la externalización.

 

Según explica Johnston: «La forma interna y la distribución del flujo son difíciles y costosas de lograr con el mecanizado convencional. Sin embargo, una única pieza impresa en 3D ha sustituido un montaje de 22 componentes metálicos mecanizados. Además, es aproximadamente un 98 % más barata de fabricar. El banco mejorado se puede utilizar ya para probar todos los componentes de sellado, lo que reduce los costes de prueba en un 65 % y el plazo de entrega en tres semanas en comparación con la prueba de giro efectuada por el subcontratista. Esto constituye un gran resultado para nuestra empresa».

 

Además, la fabricación aditiva respalda el compromiso de la empresa con una cultura positiva de salud y seguridad. El equipo imprimió en 3D réplicas de los componentes de sellado de carbono que se utilizan para formar a los empleados en su montaje. Estas piezas son mucho más ligeras y seguras de manejar, ya que no existe el riesgo de que se produzcan astillas de carbono si se daña una pieza. Junto con las protecciones personalizadas para los equipos y las herramientas, estas piezas han permitido a John Crane solucionar rápidamente una serie de posibles riesgos para la seguridad.

 

Los accesorios de mordaza para mecanizado son otro ejemplo de ahorro considerable de tiempo y costes que proporciona la impresión 3D. Como John Crane tiende a fabricar varios productos en volúmenes pequeños, las operaciones de preparación de sus centros de mecanizado por CNC suponen un importante tiempo de inactividad. Entre otras cosas, hay que cambiar las mordazas metálicas para que se ajusten al diámetro de la pieza que se va a mecanizar. Estas mordazas metálicas y otras herramientas CNC pueden ocupar un valioso espacio de almacenamiento y no siempre están en stock, por lo que se necesita tiempo adicional para pedir, entregar y mecanizar nuevas herramientas según el perfil necesario. Para resolver estos problemas, el equipo creó nuevas mordazas estándar sujetas por elementos de fijación intercambiables y fundas de alineación impresos en 3D usando el material FDM Nylon 12CF. Ahora se pueden imprimir varios diseños de accesorios de mordaza antes del comienzo de cada turno para que se ajusten a los perfiles y tamaños de las piezas que se mecanizarán.

 

«Estas nuevas sujeciones de trabajo impresas pueden reducir el tiempo de preparación del mecanizado hasta un 80 %, además de liberar capacidad de CNC adicional que se podría usar para el mecanizado de mordazas metálicas. Ahora se han eliminado los costes y los retrasos normalmente ocultos que están asociados con la generación y el envío de pedidos de nuevos tipos de mordazas. El material Nylon 12CF ofrece la mejor combinación de resistencia, coste y acabado superficial para la mayoría de nuestras aplicaciones de herramientas», afirma Johnston.

A 3D printed jaw accessory produced in FDM Nylon 12CF – these parts save up to 80% of machine setup time
Un accesorio de mordaza impreso en 3D producido en Nylon FDM 12CF. Estas piezas ahorran hasta un 80 % de tiempo de preparación de la máquina.

Mirando hacia el futuro

A medida que las ventajas de la fabricación aditiva se vuelven más evidentes en John Crane, el siguiente paso natural que contempla Johnston es utilizar la impresión 3D para producir piezas de uso final.

 

«El uso de la Fortus 450mc para gran parte de nuestro trabajo de producción nos ha permitido comprender mejor el gran potencial de la fabricación aditiva para la sustitución de piezas de producción y herramientas», explica Johnston. «Contar con una máquina FDM de nivel industrial en nuestro taller nos ha permitido demostrar las capacidades de la tecnología al personal y a los responsables del taller, y también formar a nuestros equipos en el proceso. Esto nos ha llevado, de forma natural, a explorar cómo optimizar esta tecnología aún más para la producción de piezas de uso final. En este campo vemos un potencial real para una serie de aplicaciones de fabricación de bajo volumen».

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