Indústria 4.0

Estem vivint la 4a revolució industrial; equips de disseny i fabricació ja es comuniquen amb autonomia i, fins i tot, prenen decisions amb independència. Al CIM UPC, Centre d’Innovació i Tecnologia en Fabricació Digital, treballem per generar nous sistemes de producció més flexibles i eficients, facilitant la creació de nous models de negoci.

 

Què fem a Recerca i Desenvolupament?

Com a centre tecnològic líder en Fabricació Additiva, tenim la missió d’acostar les tecnologies més punteres y avançades a l’entorn empresarial, per tal d’ajudar a les empreses a obtenir un valor afegit en els resultats i capacitant-les per competir en el mercat internacional. Per fer-ho, a l’àrea d’R+D+I disposem de quatre línies d’investigació des d’on duem a terme projectes competitius per avançar el nivell de maduresa tecnològica (TRL) de la fabricació additiva (AM): 

  • Recerca focalitzada en la tecnologia: Direct Ink Writing i Hybrid 3D Manufacturing.
  • Recerca d’aplicació tecnològica en els sectors mèdic i de la construcció: 3D Printing for Health i Concrete 3D Printing.

La nostra Planta Pilot disposa d’equips industrials de fabricació (sostractiva i additiva) i d’automatització i robòtica, servint de laboratori per demostrar les capacitats de cada una d’aquestes tecnologies, així com de la seva interacció amb les persones.

L’objectiu principal és aplicar nous sistemes per flexibilitzar la producció, millorar la productivitat i facilitar el desenvolupament de nous models de negoci. La implicació de la Fabricació Additiva en la Indústria 4.0 genera noves oportunitats a les empreses per satisfer les necessitats dels seus clients. 

Durant els darrers anys, hem participat en projectes d’R+D+I en matèria de Fabricació Avançada en l’àmbit nacional i internacional, essent membre de plataformes europees com EFFRA i AM Platform, espanyoles com SIF i MANU-KET, i catalanes com Llavor 3D i BASE 3D. A més, participem i som membre actiu de la Xarxa d’R+D+I XaFIR (Xarxa Fourth Industrial Revolution), amb la finalitat de dur a terme programes de valorització i transferència de resultats.

Després d’anys treballant amb tecnologies de fabricació, hem constituït una àrea experta en Fabricació Additiva que ha dissenyat les nostres línies de recerca sobre tres eixos principals: potenciar la innovació, donar resposta a les noves necessitats socials i transferir la tecnologia al sector industrial.

3D Printing for Health

L’objectiu d’aquesta línia de recerca és la transformació de la pràctica quirúrgica mitjançant la incorporació de la fabricació additiva a tres nivells: models d’assaig quirúrgic, guies i implants per reconstrucció i implants bioactius. Això és possible gràcies a la personalització dels tractaments que permet aquesta tecnologia.

L’àmbit de la medicina és un dels més avançats pel què fa a la manera en com s’han desenvolupat nous tractaments i mètodes. Una de les tecnologies que està analitzant i fent més mal·leable l’evolució mèdica és la Fabricació Additiva.

Amb aquesta tecnologia, al CIM UPC treballem per respondre a les demandes de personalització del món de la salut. Els principals camps d’aplicació de la línia 3D Printing for Health són:

  • Impressió de pròtesis mèdiques
  • Bioimpressió 3D de teixits
  • Impressió de prototips i models quirúrgics i pre-quirúrgics
  • Impressió d’implants biocompatibles

La línia 3D Printing for Health neix després d’anys de col·laboració amb hospitals punters, com l’Hospital Sant Joan de Déu i el Parc Taulí, en el processat d’imatge mèdica i la impressió de models de planificació quirúrgica que han permès una millora substancial a l’hora d’abordar intervencions de risc.

Oferim serveis que inclouen la fabricació de models pre-quirúrgics i impressió de pròtesis, bioimpressió 3D de teixits i, a més, el disseny i desenvolupament de maquinària d’impressió 3D personalitzada, sobrepassant les impressores que es poden trobar al mercat. També treballem per la viabilitat de nous materials d’interès mèdic per a ser processats mitjançant la fabricació additiva.

En aquest sentit, portem més de cinc anys participant en diferents projectes d’R+D+i per dur les capacitats de la fabricació additiva fins al següent nivell al camp de la medicina: projectes com James Bone, Match i QuirofAM han suposat un canvi en el paradigma de la impressió 3D i la seva aplicació al món mèdic i quirúrgic. En la mateixa línia, hem iniciat la participació en un nou projecte, INK3D, que forma part de la comunitat BASE 3D, coordinada des del nostre centre.

Aquests últims mesos, al CIM UPC hem tingut un paper rellevant en l’aportació de tecnologies de fabricació additiva per fer front a la crisi sanitària viscuda a causa de la Covid-19, essent un agent principal en el projecte europeu CAR3D, en el que seguim treballant per fer front a les conseqüències de la pandèmia.

Direct Ink Writing

Desenvolupem nous sistemes d’impressió 3D amb la tecnologia Direct Ink Writing o Robocasting, a partir de les necessitats dels investigadors. Actualment, l’aplicació més comuna amb aquesta tecnologia és la producció d’implants de teixits compatibles. A la nostra Planta Pilot tenim l’equipament idoni per a dur a terme els projectes més competitius del moment.

 

El nostre repte? Imprimir sense límits geomètrics

A l’equip de recerca en Direct Ink Writing (DIW), treballem per desenvolupar nous sistemes d’impressió 3D a partir de les necessitats dels investigadors, que ens faciliten a través d’aquesta tecnologia, també coneguda com a Robocasting.

Amb la tecnologia DIW utilitzem tinta, un material amb una viscositat elevada, que s’expulsa capa a capa mitjançant un sistema de deposició volumètric d’altes prestacions, permetent crear estructures molt complexes, impossibles per a altres tecnologies. 

Les aplicacions potencials del DIW són la producció d’estructures d’elevada superfície específica - com llits de catalitzadors o parts de cel·les de combustible - i també implants de teixit biològicament compatibles que, actualment, són l’aplicació més desenvolupada a través d’aquesta tecnologia.

Des del CIM UPC participem en diferents projectes líders, factor clau pel desenvolupament d’equipaments amb un TRL avançat que podem adaptar a les diferents necessitats dels investigadors, permetent que els nostres clients segueixin avançant en aquesta tècnica en els respectius camps d’estudi.

El grup d’R+D+i podem associar-nos tant en projectes competitius com a través de la transferència de tecnologia. A la nostra Planta Pilot podem donar suport en els següents àmbits:

  • Reologia i caracterització de tintes
     
  • Desenvolupament i fabricació de màquines d’impressió 3D de tecnologia DIW
     
  • Fabricació de petites sèries
     
  • Sinteritzats i tractaments tèrmics
     
  • Inspecció i caracterització de materials i peces finals

Gràcies a la nostra experiència en diversos projectes de recerca que hem participat com a equip de desenvolupament de sistemes DIW, disposem d’una àmplia oferta d’equipaments i una cartera de col·laboradors, majoritàriament grups d’investigació universitaris i privats, que cerca l’excel·lència en els seus camps d’estudi amb la incorporació d'aquests equips.

Concrete 3D Printing

La impressió 3D permet dissenyar estructures amb diferents geometries, funcionals i complexes, difícils de construir mitjançant mètodes convencionals del món de la construcció o l’arquitectura. A més, actualment ens plantegem el repte d'incloure la fabricació additiva al procés de construcció d’habitatges.

 

El principal objectiu que tenim al grup Concrete 3D Printing és desenvolupar noves tècniques i processos d’impressió 3D de materials ceràmics a gran escala per a la construcció d’edificis o habitatges prefabricats, aconseguint un impacte significatiu a nivell ambiental, social i econòmic i esdevenint un referent mundial en el nou concepte de Construcció 4.0.

El món de la construcció, des de fa molts anys, ha utilitzat la impressió 3D per a obtenir maquetes de projectes arquitectònics, però la tecnologia que estem desenvolupant a la línia de Concrete 3D Printing va molt més enllà. L’objectiu és que la impressió 3D permeti a arquitectes i enginyers molta més llibertat per a dissenyar estructures amb noves geometries que serien impossibles de construir amb un procés tradicional.

Els principals avantatges que ofereix la incorporació de la impressió 3D al sector de la construcció són: 

  • Eliminació de moltes de les restriccions geomètriques que imposen altres tecnologies de construcció.
  • Capacitat de fabricar estructures totalment personalitzades sense increment de costos.
  • Reducció important de les emissions de CO2 respecte els processos convencionals.
  • Potencial reducció del temps i costos respecte les tecnologies tradicionals.
  • La valorització de materials residuals/in situ, utilitzant-los com a matèria primera, treballant mitjançant un procés d’economia circular.

Des de l’àrea d’R+D+i del CIM UPC hem acceptat el repte, obtenint resultats clau per a fer d’aquest concepte tota una realitat. La nostra participació en projectes competitius, tant d’àmbit nacional com internacional, com el cas de HINDCON3DCONS i Print and Build, ha fet possible realitzar grans avenços tant en la pròpia tecnologia, en la simulació del procés i, fins i tot, en la formulació de nous materials i ciments alternatius per tal de donar viabilitat a la incorporació d'aquesta tecnologia al sector.

Hybrid 3D Manufacturing

La fabricació híbrida és un dels processos amb més avantatges i reptes de la impressió 3D. Aquesta ens permet escurçar la cadena de producció; reduint temps i costos de fabricació i aconseguint la personalització de productes. L’objectiu principal és incrementar el nombre de materials utilitzats en un sol procés d’impressió.

Aquesta nova tecnologia de fabricació va començar amb la combinació de sistemes de fabricació additiva (AM) i fabricació subtractiva (CNC). En aquesta evolució, les operacions de CNC i AM es realitzen dins de la mateixa cambra de construcció permetent escurçar la cadena de producció i reduir tant el temps com els costos de fabricació. Així, la fabricació híbrida és un dels processos amb més avantatges i, alhora, amb més reptes en l’evolució constant de l’àmbit de la impressió 3D.

L’objectiu i repte principal que tenim l’equip d’R+D+i en aquesta línia d’investigació és incrementar el nombre de materials utilitzats en un sol procés d’impressió, donant pas a la fabricació d’objectes multimaterials.

Amb el desenvolupament d’aquesta línia de recerca treballem per provocar un canvi revolucionari en els processos de fabricació i de disseny, obrint un horitzó de nous reptes com la construcció d’elements i peces multifuncionals que puguin donar resposta de forma eficaç i eficient a qualsevol necessitat.

L’experiència del nostre equip d’R+D+i en les tecnologies de fabricació CNC i AM és vital, ja que ens ha permès realitzar el desenvolupament exitós d’aquest tipus de maquinària. Aquesta combinació és cada cop més freqüent al sector industrial, permetent la personalització de productes i la fàcil re-adaptació i re-organització de les cadenes de subministrament. 

La nostra participació en diferents consorcis i projectes competitius fa que cada dia ens plantegem nous reptes pel què fa a la combinació de tecnologies d’impressió 3D i multi-material. L’experiència que ens ha aportat formar part de projectes com HYBRI3DHINDCONNET3D+ ens ha permès desenvolupar equipaments capaços de combinar de manera eficaç la fabricació additiva amb la fabricació subtractiva, DIW amb MIP-SL, etc.

La diversitat de combinacions de processos de fabricació additiva caracteritza aquesta línia d’investigació com la més polivalent i transversal. La fabricació híbrida manté una relació directa amb la resta d’àmbits ja que participa en la millora d’obtenció de resultats de cadascun, essent participant activa en l’assoliment dels nous objectius establerts en les diferents línies de recerca.

Customized 3D Printers

Les impressores 3D que desenvolupem destaquen per la seva capacitat de personalització i per oferir els millors paràmetres de fabricació, superiors als de les altres eines del mercat. També gestionem tota la documentació tècnica d’usuari, i garantim la legislació obligatòria en matèria de requisits essencials de seguretat amb Marcatge CE.

 

Amb una trajectòria iniciada fa anys amb el disseny i el desenvolupament d’impressores per extrusió, a l’equip d’R+D+I del CIM UPC desenvolupem màquines d’impressió 3D a mida, utilitzant les tecnologies pròpies i el know-how del centre des de la idea fins a la màquina, tant per a empreses com per a centres i grups d'investigació amb la finalitat de que aquests puguin dur a terme els seus estudis o processos de fabricació amb èxit.

Les impressores 3D que desenvolupem al CIM UPC destaquen per la personalització i per oferir paràmetres d’impressió com la mida, la velocitat, la temperatura, l’estanquitat i l’esterilització, que no estan a l’abast de  les impressores del mercat. 

Oferim serveis de disseny, desenvolupament i adaptació d'impressores 3D i els seus components, així com el seu posterior redisseny i incorporació de millores per a diferents finalitats, com la fabricació de pròtesis, aliments, etc. També treballem amb equipaments ja dissenyats, per tal de personalitzar-ne els paràmetres. 

La nostra capacitat d’adaptació i personalització és clau per millorar la productivitat dels equips d’impressió dels nostres clients, que es puguin diferenciar de la seva competència i des del CIM UPC treballem per aportar un gran valor afegit a organitzacions de diferents sectors professionals amb qui col·laborem.

El desenvolupament d’impressores 3D personalitzades al CIM UPC integra també dos aspectes essencials; la documentació tècnica i d’usuari i la garantia que els nostres equips compleixen la normativa, amb el marcatge CE

  • A més de dur a terme el disseny i desenvolupament de la impressora 3D, gestionem tota la documentació tècnica i d'usuari necessàries per a la comprensió del funcionament complet i les complexitats del mateix. Ens encarreguem del procés de fabricació i posada a punt de la màquina i, també del procés d'industrialització en presèrie.
     
  • Amb el marcatge CE podem garantir, com a fabricants, que l’equip comercialitzat compleix amb la legislació obligatòria en matèria de requisits essencials de seguretat. Des del CIM UPC adeqüem els nostres projectes a la normativa per al Marcatge CE gràcies a la nostra feina duent a terme el procés integral des de la concepció fins la posada en marxa dels equipaments.
Indústria 4.0
3D Printing for Health
Direct Ink Writing
Concrete 3D Printing
Hybrid 3D Manufacturing
Customized 3D Printers