Innovación y control: Cómo los Ensayos No Destructivos optimizan la manufactura avanzada

Introducción

En el mundo en constante evolución de la manufactura avanzada, las empresas buscan continuamente nuevas formas de optimizar sus procesos, mejorar la calidad de los productos y reducir costos. A medida que tecnologías como la impresión 3D y la manufactura aditiva ganan terreno, existe una creciente necesidad de un control de calidad riguroso para mantener altos estándares. Aquí es donde los Ensayos No Destructivos (PND) juegan un papel crucial. Los END ayudan a garantizar que los procesos de manufactura no solo sean eficientes, sino que también produzcan productos de alta calidad sin causar daño a los materiales evaluados.

Este artículo explora la sinergia entre las END y la manufactura avanzada, analizando cómo esta asociación está moldeando el futuro de los procesos de producción.

¿Qué es la manufactura avanzada?

La manufactura avanzada se refiere al uso de tecnologías y metodologías innovadoras para mejorar productos o procesos. A menudo incluye automatización, impresión 3D, manufactura aditiva y la integración de materiales avanzados. La manufactura avanzada va más allá de los métodos tradicionales, haciendo posible la creación de productos más complejos con mayor precisión, tiempos de producción más rápidos y menos desperdicio. Utilizando modelos digitales sofisticados y un proceso capa por capa, la fabricación aditiva permite a los usuarios producir con precisión objetos con geometrías complejas y diferentes propiedades de materiales¹.

Su aplicación es extensa, cubriendo industrias como la aeroespacial, automotriz, de atención médica y electrónica. Sus características distintivas incluyen flexibilidad, personalización y optimización, elementos que permiten la producción de componentes y sistemas que antes se consideraban imposibles o imprácticos con métodos tradicionales.

¿Cuáles son los principales defectos en las piezas fabricadas aditivamente?

Algunos de los principales defectos que se pueden encontrar son:

• Porosidad: Los poros son vacíos o cavidades que pueden formarse por gases atrapados en la pieza durante el proceso de fabricación y debido a una mala configuración de los parámetros de impresión, como una baja densidad de energía en tecnologías de fusión por láser, o por mala calidad del material de alimentación.
• Deslaminación: Separación entre las capas de material que forman la pieza debido a temperaturas insuficientes o mala regulación del flujo de material.
• Distorsión y deformación: La pieza puede deformarse durante o después del proceso de fabricación, afectando la precisión dimensional, y esto se debe a las tensiones internas debidas a la rápida solidificación o enfriamiento desigual.
• Desalineación o desplazamiento de capas: Desplazamientos o desajustes entre capas sucesivas, lo que da como resultado una superficie irregular o defectos en la geometría de la pieza, y es debido a vibraciones de la impresora, errores de calibración, o mal ajuste en los parámetros de impresión.
• Falta de fusión: Ocurre cuando no hay suficiente energía para fusionar completamente el material en cada capa y es causado por parámetros de energía inadecuados.
• Contaminación del material: Inclusión de partículas extrañas o impurezas en la pieza, que pueden provenir del entorno o de un mal manejo del material, como el uso de material reciclado o contaminado, así como condiciones ambientales no controladas durante el proceso de fabricación.

¿Qué son los Ensayos No Destructivos en la manufactura avanzada?

Definición y características de los Ensayos No Destructivos

Estos ensayos juegan un papel crucial en mantener la integridad de los materiales, asegurar la confiabilidad de los componentes y garantizar la seguridad en diversas industrias. En la manufactura avanzada, las técnicas de END se emplean en diferentes etapas del proceso de manufactura para detectar fallas, monitorear la calidad de la producción y evaluar el rendimiento.

La característica clave de los END, es que permiten la inspección sin alterar o destruir el material evaluado. Esto las hace invaluables en industrias donde la integridad del producto es fundamental, como la aeroespacial, la automotriz y la de atención médica.

Evolución de los END en la manufactura avanzada

A medida que las tecnologías de manufactura avanzada han evolucionado, también lo han hecho las PND. Los procesos de manufactura tradicionales utilizaban métodos de inspección básicos, como verificaciones visuales o mediciones dimensionales simples. Sin embargo, con el advenimiento de la manufactura aditiva y la impresión 3D, la complejidad de los materiales y productos ha aumentado significativamente, lo que ha hecho necesarias técnicas de END más sofisticadas. Los métodos avanzados de END ahora son capaces de identificar defectos a nivel microscópico, asegurando que los productos cumplan con rigurosos estándares industriales.

La integración de sensores avanzados, inteligencia artificial y automatización en los END ha mejorado aún más su precisión y eficiencia, convirtiéndolas en una parte indispensable del proceso de manufactura moderno.

Importancia de los Ensayos No Destructivos en los procesos de manufactura

Los END ofrecen varios beneficios críticos para el éxito de la manufactura avanzada:

Garantía de calidad en procesos

Son aplicados para garantizar que cada producto fabricado cumpla con los estándares de calidad antes de llegar al usuario final. Al identificar defectos desde temprano en el proceso, las PND ayudan a evitar que productos defectuosos lleguen al mercado, lo que mantiene la reputación del fabricante.

Reducción de costos y optimización de recursos

Detectar defectos temprano en el proceso de manufactura conduce a menos productos rechazados y menos reprocesos. Esto, a su vez, reduce el desperdicio de materiales y disminuye los costos de producción. Además, al asegurar que los productos sean de alta calidad, los END ayudan a los fabricantes a evitar retiros de productos o reparaciones costosas, que podrían dañar tanto las finanzas como la credibilidad de la marca.

Mejora en la seguridad laboral y operacional

Los END son esenciales para identificar fallas que podrían llevar al fallo de componentes críticos. Esto es especialmente importante en industrias como la aeroespacial y la automotriz, donde el fallo de una pieza pequeña puede tener consecuencias catastróficas, la confiabilidad de los componentes, los END mejoran la seguridad general para los trabajadores y los usuarios finales.

Cumplimiento de normas y regulaciones internacionales

Las industrias deben estar reguladas por estrictas normas y regulaciones, especialmente en términos de seguridad y calidad. Los END ayudan a los fabricantes a cumplir con estas normativas, asegurando que sus productos cumplan o superen los requisitos establecidos por organizaciones como ISO, ASTM y ASME. Este cumplimiento es fundamental para el funcionamiento de las empresas a nivel global.

Tipos de Ensayos No Destructivos utilizados en la manufactura avanzada

Dependiendo del material, el proceso de manufactura y los requisitos específicos de la industria, se emplean diferentes técnicas de PND. Algunos de los métodos más comunes en la manufactura avanzada incluyen:

Inspección Visual (VT)

La inspección visual (VT) es una de las formas más simples de PND, donde un técnico capacitado examina visualmente un componente en busca de defectos. A menudo es la primera línea de defensa en el control de calidad de piezas fabricadas por impresión 3D, para evaluar el acabado superficial y dimensionamiento.

Radiografía Industrial (RT)

La radiografía industrial (RT) implica el uso de rayos X o rayos gamma para examinar la estructura interna de los materiales. Es altamente efectiva para inspeccionar componentes fabricados con tecnologías aditivas, sobre todo con el uso de tecnologías avanzadas como la Radiografía Digital (DR) o la Tomografía Computarizada (CT), que ofrecen una forma más rápida y versátil, y especialmente adaptadas para la inspección dinámica en 3D. En la figura 1 se muestra una imagen típica de tomografía computarizada.

Líquidos Penetrantes (PT)

La técnica de líquidos penetrantes fluorescentes (PT) se utiliza para detectar defectos superficiales en materiales no porosos. Se aplica un tinte especial a la superficie, que se filtra en las grietas o defectos, haciéndolos visibles bajo luz ultravioleta.

Partículas Magnéticas (MT)

Por medio de esta a técnica se detectan defectos superficiales y cercanos a la superficie en materiales ferromagnéticos. Se aplica un campo magnético al material, y cualquier defecto provoca una perturbación en el campo, que luego se detecta mediante partículas especiales.

Ensayo de Ultrasonido (UT)

La prueba de ultrasonido (UT) utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para detectar fallas internas en los materiales. Es ampliamente utilizada en industrias como la aeroespacial y la automotriz para inspeccionar soldaduras, juntas y otros componentes críticos en busca de defectos que no son visibles en la superficie

Ensayo de Resonancia Compensada por Proceso (PCRT)

Es un método de ensayo no destructivo (EDT) utilizado para evaluar la integridad estructural y las propiedades mecánicas de materiales y componentes. Se basa en el principio del análisis de frecuencia resonante, que mide cómo un material o componente vibra en respuesta a un estímulo, típicamente mecánico o acústico. Esta técnica se muestra prometedora para la inspección de piezas fabricadas aditivamente².

¿Cómo contribuyen los Ensayos No Destructivos a la mejora de la calidad en la manufactura?

Los END juegan un papel significativol en la mejora de la calidad general de los productos en la manufactura avanzada. A continuación, se explica cómo:

• Detección temprana de defectos y fallos: Al identificar defectos en una etapa temprana de producción, las PND ayudan a los fabricantes a abordar los problemas antes de que escalen. Esto no solo ahorra tiempo y recursos, sino que también asegura que el producto final cumpla con los estándares de calidad.
• Mejora continua en los procesos de manufactura: Los datos obtenidos a través de los END proporcionan información valiosa sobre el proceso de manufactura, lo que permite a las empresas refinar sus métodos de producción; lo cual, conduce a una cultura de mejora continua, donde cada iteración de un producto es mejor que la anterior.
• Aumento en la vida util de los productos fabricados: Los productos de alta calidad tienden a tener una vida útil más larga. Al asegurar que los productos estén libres de defectos, los END contribuyen a la longevidad de los componentes, reduciendo la necesidad de reparaciones o reemplazos frecuentes.

Conclusión

A medida que la manufactura avanzada continúa evolucionando, los END juegan un rol muy importante en la calidad y seguridad de los productos, e impulsan la eficiencia y la innovación en el proceso de manufactura. Al identificar defectos a tiempo se logra optimizar los recursos y mejorar la longevidad de los productos, La sinergia entre los END y la manufactura avanzada seguirá moldeando el futuro de las industrias a nivel mundial, estableciendo nuevos referentes de calidad y eficiencia.

Referencias

1. INDUSTRIAL INSPECTION & ANALYSIS. A manufacturing revolution is underway, and we’ve been ready for decades; Consultado el 24 de Septiembre de 2024. https://industrial-ia.com/industries-served/manufacturing/additive-manufacturing/
2. STEPHEN EDGAR. Non-Destructive Testing of Additive Manufactured Parts; Consultado el 25 de Septiembre de 2024. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=19038