Industria 4.0

Estamos viviendo la 4ª revolución industrial; equipos de diseño y fabricación ya se comunican con autonomía e, incluso, toman decisiones con independencia. En el CIM UPC, Centro de Innovación y Tecnología en Fabricación Digital, trabajamos para generar nuevos sistemas de producción más flexibles y eficientes, facilitando la creación de nuevos modelos de negocio.

 

¿Qué hacemos en Investigación y Desarrollo?

Como centro tecnológico líder en Fabricación Aditiva, tenemos la misión de acercar las tecnologías más punteras y avanzadas en el entorno empresarial, para ayudar a las empresas a obtener un valor añadido en los resultados y capacitándolas para competir en el mercado internacional. Para hacerlo, en el área de I+D+i disponemos de cuatro líneas de investigación desde donde llevamos a cabo proyectos competitivos para avanzar el nivel de maduración tecnológica (TRL) de la fabricación aditiva (AM):

  • Investigación focalizada en la tecnología: Direct Ink Writing y Hybrid 3D Manufacturing.
  • Investigación de aplicación tecnológica en los sectores médico y de la construcción: 3D Printing for Health y Cocnrete 3D Printing.

Nuestra Planta Piloto dispone de equipos industriales de fabricación (sustractiva y aditiva) y de automatización y robótica, que sirve de laboratorio para demostrar las capacidades de cada una de estas tecnologías, así como de su interacción con las personas.

El objetivo principal es aplicar nuevos sistemas para flexibilizar la producción, mejorar la productividad y facilitar el desarrollo de nuevos modelos de negocio. La implicación de la Fabricación Aditiva en la Industria 4.0 genera nuevas oportunidades a las empresas para satisfacer las necesidades de sus clientes. 

Durante los últimos años, hemos participado en proyectos de I+D+i en materia de Fabricación Avanzada en el ámbito nacional e internacional, siendo miembros de plataformas europeas como EFFRA y AM Platform, españolas como SIF y MANU-KET, y catalanas como Llavor 3D y BASE 3D. Además, participamos y somos miembro activo de la Red de I+D+i XaFIR (Xarxa Fourth Industrial Revolution), con la finalidad de llevar a cabo programas de valorización y transferencia de resultados. 

Después de años trabajando con tecnologías de fabricación, hemos constituido un área experta en fabricación aditiva que ha diseñado nuestras líneas de investigación sobre tres ejes principales: potenciar la innovación, dar respuesta a las nuevas necesidades sociales y transferir la tecnología al sector industrial.

3D Printing for Health

El objetivo de esta línea de investigación es la transformación de la práctica quirúrgica mediante la incorporación de la fabricación aditiva en tres niveles: modelos de ensayo quirúrgico, guías e implantes para reconstrucción e implantes bioactivos. Esto es posible gracias a la personalización de los tratamientos que permite esta tecnología.

 

El ámbito de la medicina es uno de los más avanzados en cuanto a la manera en como se han desarrollado nuevos tratamientos y métodos. Una de las tecnologías que está analizando y haciendo más maleable la evolución médica es la Fabricación Aditiva.

Con esta tecnología, en el CIM UPC trabajamos para responder a las demandas de personalización del mundo de la sanidad. Los principales campos de aplicación de la línea 3D Printing for Health son:

  • Impresión de prótesis médicas
  • Bioimpresión 3D de tejidos
  • Impresión de prototipos y modelos quirúrgicos y pre-quirúrgicos
  • Impresión de implantes biocompatibles

La línea 3D Printing for Health nace después de años de colaboración con hospitales punteros, como el Hospital Sant Joan de Déu y el Parc Taulí, en el procesado de imagen médica y la impresión de modelos de planificación quirúrgica que han permitido una mejora substancial en el momento de abordar intervenciones de riesgo.

Ofrecemos servicios que incluyen la fabricación de modelos pre-quirúrgicos e impresión de prótesis, bioimpresión 3D de tejidos y, además, el diseño y desarrollo de maquinaria de impresión 3D personalizada, sobrepasando las impresoras que se pueden encontrar en el mercado. También trabajamos para la viabilidad de nuevos materiales de interés médico para ser procesados mediante la fabricación aditiva.

En este sentido, llevamos más de 5 años participando en diferentes proyectos de I+D+i para llevar las capacidades de la fabricación aditiva hasta el siguiente nivel en el campo de la medicina: proyectos como James Bone, Match y QuirofAM han supuesto un cambio en el paradigma de la impresión 3D y su aplicación en el mundo médico y quirúrgico. En la misma línea, hemos iniciado la participación en un nuevo proyecto, INK3D, que forma parte de la comunidad BASE 3D, coordinada desde nuestro centro.

Estos últimos meses, en el CIM UPC hemos tenido un papel relevante en la aportación de tecnologías de fabricación aditiva para hacer frente a la crisis sanitaria vivida a causa del Covid-19, siendo un agente principal en el proyecto europeo CAR3D, en el que seguimos trabajando para hacer frente a las consecuencias de la pandemia.

Direct Ink Writing

Desarrollamos nuevos sistemas de impresión 3D con la tecnología Direct Ink Writing o Robocasting, a partir de las necesidades de los investigadores. Actualmente, la aplicación más común con esta tecnología es la producción de implantes de tejidos compatibles. En nuestra Planta Piloto tenemos el equipamiento idóneo para llevar a cabo los proyectos más competitivos del momento.

 

¿Nuestro reto? Imprimir sin límites geométricos

En el equipo de investigación en Direct Ink Writing (DIW), trabajamos para desarrollar nuevos sistemas de impresión 3D a partir de las necesidades de los investigadores, que nos facilitan a través de esta tecnología, también conocida como Robocasting

Con la tecnología DIW utilizamos tinta, un material con una viscosidad elevada, que se expulsa capa a capa mediante un sistema de deposición volumétrico de altas prestaciones, permitiendo crear estructuras muy complejas, imposibles para otras tecnologías.

Las aplicaciones potenciales del DIW son la producción de estructuras de elevada superficie específica - como camas de catalizadores o partes de celdas de combustible - y también implantes de tejido biológicamente compatibles que actualmente, son la aplicación más desarrollada a través de esta tecnología.

Desde el CIM UPC participamos en diferentes proyectos líderes, factor clave para el desarrollo de equipamientos con un TRL avanzado que podemos adaptar a las distintas necesidades de los investigadores, permitiendo que nuestros clientes sigan avanzando en esta técnica en los respectivos campos de estudio.

El grupo de I+D+i podemos asociarnos tanto en proyectos competitivos como a través de la transferencia de tecnología. En nuestra Planta Piloto podemos apoyar en los siguientes ámbitos:

  • Reología y caracterización de tintas
     
  • Desarrollo y fabricación de máquinas de impresión 3D de tecnología DIW
     
  • Fabricación de pequeñas series
     
  • Sinterizados y tratamientos térmicos
     
  • Inspección y caracterización de materiales y piezas finales

Gracias a nuestra experiencia en distintos proyectos de investigación que hemos participado como equipo de desarrollo de sistemas DIW, disponemos de una amplia oferta de equipamientos y una cartera de colaboradores, mayoritariamente grupos de investigación universitarios y privados, que busca la excelencia en sus campos de estudio con la incorporación de estos equipos.

Concrete 3D Printing

La impresión 3D permite diseñar estructuras con diferentes geometrías, funcionales y complejas, difíciles de construir mediante métodos convencionales del mundo de la construcción o la arquitectura. Además, actualmente nos planteamos el reto de incluir la fabricación aditiva en el proceso de construcción de viviendas.

 

El principal objetivo que tenemos en el grupo Concrete 3D Printing es desarrollar nuevas técnicas y procesos de impresión 3D de materiales cerámicos a gran escala para la construcción de viviendas o edificios prefabricados, consiguiendo un impacto significativo a nivel ambiental, social y económico y convirtiéndose en un referente mundial en el nuevo concepto de Construcción 4.0.

El mundo de la construcción, desde hace muchos años, ha utilizado la impresión 3D para obtener maquetas de proyectos arquitectónicos, pero la tecnología que estamos desarrollando en la línea de Concrete 3D Printing va mucho más allá. El objetivo es que la impresión 3D permite a arquitectos e ingenieros mucha más libertad para diseñar estructuras con nuevas geometrías que serían imposibles de construir con un proceso tradicional.

Las principales ventajas que ofrece la incorporación de la impresión 3D en el sector de la construcción son:

  • Eliminación de muchas de las restricciones geométricas que imponen otras tecnologías de construcción.
  • Capacidad de fabricar estructuras totalmente personalizadas sin incremento de costes.
  • Reducción importante de las emisiones de CO2 respecto a los procesos convencionales. 
  • Potencial reducción del tiempo y costes respecto las tecnologías tradicionales.
  • La valorización de materiales residuales/in situ, utilizándolos como materia prima, trabajando mediante un proceso de economía circular. 

Desde el área de I+D+i del CIM UPC hemos aceptado el reto, obteniendo resultados clave para hacer de este concepto toda una realidad. Nuestra participación en proyectos competitivos, tanto de ámbito nacional como internacional, como el caso de HINDCON3DCONS y Print and Build, ha hecho posible realizar grandes avances tanto en la propia tecnología, en la simulación del proceso e, incluso, en la formulación de nuevos materiales y cimientos alternativos para dar visibilidad a la incorporación de esta tecnología en el sector.

Hybrid 3D Manufacturing

La fabricación híbrida es uno de los procesos con más ventajas y retos de la impresión 3D. Esta nos permite acortar la cadena de producción; reduciendo tiempos y costes de fabricación y consiguiendo la personalización de productos. El objetivo principal es incrementar el número de materiales utilizados en un único proceso de impresión.

 

Esta nueva tecnología de fabricación comenzó con la combinación de sistemas de fabricación aditiva (AM) y fabricación sustractiva (CNC). En esta evolución, las operaciones de CNC y AM se realizan dentro de la misma cámara de construcción permitiendo acortar la cadena de producción y reducir tanto el tiempo como los costes de fabricación. Así, la fabricación híbrida es uno de los procesos con más ventajas y, a su vez, con más retos en la evolución constante del ámbito de la impresión 3D.

El objetivo y reto principal que tenemos el equipo de I+D+i en esta línea de investigación es incrementar el número de materiales utilizados en un único proceso de impresión, dando paso a la fabricación de objetos multimateriales.

Con el desarrollo de esta línea de investigación trabajamos para provocar un cambio revolucionario en los procesos de fabricación y diseño, abriendo un horizonte de nuevos retos como la construcción de elementos y piezas multifuncionales que puedan dar respuesta de forma eficaz y eficiente a cualquier necesidad.

La experiencia de nuestro equipo de I+D+i en las tecnologías de fabricación CNC y AM es vital, ya que nos ha permitido realizar el desarrollo exitoso de este tipo de maquinaria. Esta combinación es cada vez más frecuente en el sector industrial, permitiendo la personalización de productos y la fácil readaptación y reorganización de las cadenas de suministro. 

Nuestra participación en diferentes consorcios y proyectos competitivos hace que cada día nos planteemos nuevos retos en cuanto a la combinación de tecnologías de impresión 3D y multi-material. La experiencia que nos ha aportado formar parte de proyectos como HYBRI3DHINDCONNET3D+ nos ha permitido desarrollar equipamientos capaces de combinar de manera eficaz la fabricación aditiva con la fabricación sustractiva, DIW con MIP-SL, etc. 

La diversidad de combinaciones de procesos de fabricación aditiva caracteriza esta línea de investigación como la más polivalente y transversal. La fabricación híbrida mantiene una relación directa con el resto de ámbitos ya que participa en la mejora de obtención de resultados de cada uno, siendo participante activa en el logro de los nuevos objetivos establecidos en las distintas líneas de investigación.

Customized 3D Printers

Las impresoras 3D que desarrollamos destacan por su capacidad de personalización y por ofrecer los mejores parámetros de fabricación, superiores a los de las otras herramientas del mercado. También gestionamos toda la documentación técnica de usuario, y garantizamos la legislación obligatoria en materia de requisitos esenciales de seguridad con Marcado CE.

 

Con una trayectoria iniciada hace años con el diseño y el desarrollo de impresoras por extrusión, en el equipo de I+D+i del CIM UPC desarrollamos máquinas de impresión 3D a medida, utilizando las tecnologías propias y el know-how del centro desde la idea hasta la máquina, tanto para empresas como para centros y grupos de investigación con la finalidad de que estos puedan llevar a cabo sus estudios o procesos de fabricación con éxito.

Las impresoras 3D que desarrollamos en el CIM UPC destacan por la personalización y por ofrecer parámetros de impresión como la medida, la velocidad, la temperatura, la estanqueidad y la esterilización, que no están al alcance de las impresoras del mercado. 

Ofrecemos servicios de diseño, desarrollo y adaptación de impresoras 3D y sus componentes, así como su posterior rediseño e incorporación de mejoras para diferentes finalidades, como la fabricación de prótesis, alimentos, etc. También trabajamos con equipamientos ya diseñados, para personalizar sus parámetros. 

Nuestra capacidad de adaptación y personalización es clave para mejorar la productividad de los equipos de impresión de nuestros clientes, que se puedan diferenciar de su competencia y desde el CIM UPC trabajamos para aportar un gran valor añadido a organizaciones de distintos sectores profesionales con quienes colaboramos. 

El desarrollo de impresoras 3D personalizadas en el CIM UPC integra también dos aspectos esenciales; la documentación técnica y de usuario y la garantía que nuestros equipos cumplan la normativa, con el marcado CE:

  • Además de llevar a cabo el diseño y desarrollo de la impresora 3D, gestionamos toda la documentación técnica y de usuario necesarias para la comprensión del funcionamiento completo y las complejidades del mismo. Nos encargamos del proceso de fabricación y puesta a punto de la máquina y, también del proceso de industrialización en preserie. 
     
  • Con el marcado CE podemos garantizar, como fabricantes, que el equipo comercializado cumple con la legislación obligatoria en materia de requisitos esenciales de seguridad. Desde el CIM UPC adecuamos nuestros proyectos a la normativa para el Marcado CE gracias a nuestro trabajo llevando a cabo el proceso integral desde la concepción hasta la puesta en marcha de los equipamientos.
Industria 4.0
3D Printing for Health
Direct Ink Writing
Concrete 3D Printing
Hybrid 3D Manufacturing
Customized 3D Printers