Mecanizado CNC como estrategia de negocio para la impresión 3D

En 2013, la manufactura aditiva estaba en su momento. Las posibilidades de la tecnología para la producción industrial eran evidentes para la industria en general. De hecho, en ese momento, la visión de MA se elevaba de la exageración de los medios a una estratosfera de promesas imposibles. Bob Markley tenía un momento propio. Acababa de terminar un lapso de 10 años como ingeniero para un equipo de carreras Indy 500 antes de pasar a trabajar para Rolls Royce y luego para General Motors, que consolidaba su fuerza laboral de Indiana en Pontiac, Michigan. Incapaz de trasladar a su familia de su hogar en Indiana, Markley, entonces de 31 años, redactó un plan de negocios centrado en la MA, una tecnología que apenas había usado, pero que apelaba al estilo de ingeniería experimental que había desarrollado a través de los años en las carreras.

Por lo tanto, en el año 2013 Markley apostó por la manufactura aditiva y lanzó 3^rd Dimension Industrial 3D Printing, en una instalación de 167 metros cuadrados en las afueras de Indianápolis. Después de abrir su negocio, rápidamente se asoció con 3D Systems y trajo la ProX 200 a la compañía, una máquina láser de fusión de lecho de polvo a la que todavía se refiere hoy como su caballo de batalla. Sostenido financieramente con su préstamo original y una base de clientes pequeña pero creciente, Markley compró una segunda ProX 200, seguida de un modelo 300 y más tarde un 320 que probó en beta para la compañía.

Una y otra vez, durante dos años, Markley imprimió partes, giró botones y experimentó controles de parámetros, en una experiencia con las carreras profesionales que resultó ser invaluable. Como usuario beta del ProX 320, percibió la misma libertad de experimentación que sentía al rediseñar componentes para autos de carreras de alto rendimiento: ambas eran máquinas personalizadas, que requerían una calibración finamente ajustada. El ritmo de trabajo fue increíblemente rápido. La interrogación de datos, una herramienta crítica para calibrar Indycars e impresoras 3D de metal, se llevó a cabo en un periodo de tiempo comprimido.

A principios de 2017, el mundo de las carreras de autos volvió una vez más a Markley. Un viejo amigo de su época de las carreras llamó con la noticia de que su equipo de carreras estaba cerrando, por lo cual vendía su taller de máquinas CNC y todo lo que contenía.

Había llamado a la persona adecuada. Markley compró casi todo el equipo y contrató a un mecánico.

En pocos meses, 3^rd Dimension Industrial 3D Printing estaba llena no solo de impresoras 3D, sino también de una pequeña flota de máquinas CNC. De repente, la empresa no solo tenía suficiente equipo CNC para mecanizar las partes que producía de forma aditiva, sino también las capacidades de un taller de trabajo CNC independiente.

Este hecho permite que 3^rd Dimension funcione como no pueden hacerlo muchas oficinas de servicios de MA. También ayuda a explicar la disposición de Markley a decir cosas que no muchos propietarios de negocios dicen de la MA. “No se puede imprimir simplemente por imprimir”, dice. Cuando un trabajo no es adecuado para aditivos, sino para mecanizado —algo común con el trabajo de sus clientes, que esperan se imprima en 3D—, 3^rd Dimension tiene la capacidad de producirlo de una manera más eficiente. La alternativa al aditivo convierte la empresa en un proveedor de servicios aditivos más sólido.

Hoy, 3^rd Dimension Industrial 3D Printing opera en un nuevo edificio en expansión: 27,000 pies cuadrados con cuartos adyacentes para impresión y mecanizado. Durante una visita reciente descubrí que 3^rd Dimension crecía rápidamente en la producción aditiva al invertir en un sistema aditivo de fusión de lecho de polvo metálico diseñado para la producción a escala: un sistema MetalFab1 de Additive Industries. Sin embargo, son las capacidades de mecanizado completamente desarrolladas de la empresa las que han creado ventajas competitivas, que van más allá del posprocesamiento de partes impresas en 3D.

Estableciendo un proceso: mecanizado y manufactura aditiva

El piso de producción de impresión de 3^rd Dimension se encuentra al lado del taller de máquinas, y ambos son amplios y espaciados. Markley y sus colegas diseñaron a medida 3^rd Dimension con pisos ESD, control de humedad y espacio dedicado para la manipulación de polvo metálico. El cuarto adyacente al taller de máquinas alberga dos grandes compresores, que pueden satisfacer cada uno las necesidades del taller si el otro se avería, y hay un transformador dedicado estacionado afuera, que alimenta a 3^rd Dimension con la electricidad suficiente para abastecer una ciudad pequeña.

El taller de 3^rd Dimension es lo suficientemente grande como para albergar, al menos, el doble de su inventario actual, que incluye cinco centros de mecanizado vertical de Haas, dos electroerosionadoras de hilo Mitsubishi Electric, una fresadora torno manual y un horno de tratamiento térmico al vacío. Casi todo aquí se compró al por mayor en 2017, cuatro años después de que Markley fundara la empresa como una oficina de servicios de manufactura aditiva. A principios de 2013 había muchas incógnitas y falsedades sobre la MA. “Una de ellas era que la aditiva iba a reemplazar todo —dice el Markley—, y que no necesitaba ningún equipo adicional de mecanizado o soporte. Por supuesto, eso es una completa falsedad”.

De 2013 a 2017, Markley usó sus conexiones de carreras en Indy para subcontratar las operaciones de mecanizado de 3^rd Dimension, aprovechando el exceso de capacidad en el taller de máquinas de su antiguo equipo de carreras, para manejar las operaciones de acabado en sus piezas impresas en 3D. Cuando el trabajo del equipo comenzó a bajar, Markley les alquiló un espacio. Cuando decidieron vender el edificio, se ofreció a comprarlo todo.

“Les dijimos que seguiríamos adelante y compraríamos el taller de máquinas. Compraríamos todas las herramientas. Compraríamos todo lo que tuviera —dice Markley—. Hasta ese momento teníamos una capacidad limitada interna: solo una fresadora y una electroerosionadora. De repente, recogimos todo ese equipo y, de una sola vez, aumentamos enormemente nuestra capacidad de mecanizado”.

Hasta ahora, dice Markley, la prioridad para este equipo es hacer el mecanizado de acabado de las partes metálicas que se imprimen en el cuarto contiguo. 3^rd Dimension ya ha asegurado a varios clientes aeroespaciales, en parte, debido a la capacidad de la compañía de brindar trazabilidad de las partes, hasta la ubicación de impresión y orientación en la placa de construcción. De hecho, Markley considera que esto es fundamental para su estrategia de producción general, tanto que ha aplicado el mismo nivel de trazabilidad a un producto de consumo de bajo volumen y alto valor que su empresa produce en el ProX 320.

El grifo Kallista Grid, que 3^rd Dimension imprime con polvo de acero inoxidable 316 en lotes de seis, es un estudio en espacio negativo. Es el dibujo de M. C. Escher de los accesorios del baño: una forma compuesta por una geometría simple, manipulada en un patrón aparentemente imposible. Donde un grifo típico presenta un pico central para que el agua fluya, el Grid está compuesto por un marco de metal hueco rectangular, que se dobla en ángulos de 90 grados tanto horizontal como verticalmente. El agua fluye hacia el aireador a través de canales interiores de fluido impresos dentro del marco rectangular, en un diseño que solo se puede realizar mediante impresión 3D.

Desde la impresión hasta el roscado y el mecanizado de acabado, los grifos, que normalmente cuestan 6,000 dólares y ganaron un premio de diseño internacional en 2018, se producen casi en su totalidad en 3^rd Dimension. Todo, excepto el recubrimiento en polvo y el montaje, ocurre allí. Debido a que la empresa no tiene que subcontratar el mecanizado, el equipo puede ser agresivo al diseñar estructuras de soporte, estructuras que anclarán la pieza firmemente a la placa de construcción y aumentarán las posibilidades de una impresión exitosa, al recurrir simplemente al fresado o a la electroerosión para su eliminación. El equipo de Markley favorece la velocidad sobre el acabado de la superficie durante el proceso de impresión, luego confía en sus capacidades de mecanizado internas para lograr las superficies estéticas suaves que requiere la pieza.

La complejidad del grifo Grid no se limita a sus geometrías internas y variables de impresión. El número y la orientación de las diferentes caras que requieren mecanizado es, en sí mismo, un desafío. Pero otra ventaja de tener operaciones de impresión y mecanizado en la empresa es la oportunidad de imprimir estructuras de sujeción de piezas en la parte, que se pueden retirar antes de terminar el mecanizado.

Todas estas estrategias y procesos que 3^rd Dimension ha implementado para el grifo Grid, desde la trazabilidad de la pieza hasta el diseño de estructuras de sujeción y soporte, pasando por los conjuntos de parámetros de impresión y las operaciones de mecanizado de acabado, superan el nivel de complejidad involucrado con la fabricación de productos de consumo típicos, incluso impresos en 3D. Pero seguir este proceso para Grid le ha permitido a Markley y a su equipo probar un enfoque sistematizado del proceso de producción de la empresa. Por lo tanto, cuando aparezca el próximo cliente potencial aeroespacial, podrá señalar el Grid y decir: “Así es como fabriqué grifos con un nivel de control de calidad y documentación de proceso que los grifos no requieren. Y lo hice para mostrarte cómo será tu proceso de producción”.

Prueba de recesión

Más allá de ofrecer integración de la cadena de suministro y ahorro de costos a los clientes, la instalación de un taller de máquinas al lado de las operaciones de impresión de 3^rd Dimension también proporciona un beneficio existencial para la empresa: la mayor posibilidad de supervivencia a largo plazo. Porque lo que fue cierto durante la Gran Recesión probablemente será cierto en la próxima recesión que la siga, tal vez el periodo en el que estamos ahora. Es decir, una recesión económica sostenida arrastrará a muchos fabricantes independientes que no tienen una base de clientes diversa y finanzas sólidas.

Pero el mismo periodo también expondrá el grado en el que la manufactura aditiva es a prueba de recesión. ¿La percepción de que la manufactura aditiva es “experimental” llevará a las empresas a retirarse de ella? ¿O su potencial para la consolidación del diseño y el ahorro de tiempo y costos proporcionará cobertura durante una recesión económica?

Para 3^rd Dimension, su taller de máquinas sirve como cobertura contra cualquier posible retirada de la impresión 3D industrial.

Si bien su taller de máquinas sirve principalmente al negocio aditivo de 3^rd Dimension, tiene una lista creciente de piezas que produce de forma independiente. Markley estima que las piezas mecanizadas en 3^rd Dimension estarán en la mitad de los autos en las próximas 500 Millas de Indianápolis. Además, 3^rd Dimension tiene certificaciones AS9100 e ISO 9001, lo que le ha ayudado a conseguir varios contratos aeroespaciales para piezas de baja producción.

De esta manera, el taller de máquinas tiene valor como fuente de ingresos secundaria para lo que es, principalmente, un negocio enfocado en lo aditivo. En el peor de los casos —que una recesión importante resulte en una retirada de la manufactura aditiva—, es muy posible que 3^rd Dimension pueda mantener las luces encendidas a través de su trabajo de mecanizado. Y si ocurre lo contrario, la empresa puede decirles a los clientes potenciales que sí, que pueden utilizarla para la manufactura aditiva y también para proporcionar sus partes mecanizadas. Markley, además, puede presumir ante los clientes potenciales de que 3^rd Dimension representa solo un proveedor en el sistema de cliente para partes aditivas. Puede decir que 3^rd Dimension se encargará de todos los pasos necesarios bajo un mismo techo. O bajo varios techos juntos.

En julio de 2018, 3^rd Dimension Industrial 3D Printing se asoció con Generation Growth Capital (GGC), un fondo de inversión empresarial centrado en las pequeñas y medianas empresas de manufactura, servicios y distribución. El portafolio de la compañía incluye talleres de máquinas de cinco ejes de alta gama y otras empresas que, según Markley, pueden ayudar con la estrategia, la creación de redes y el establecimiento de una plataforma para atender una amplia gama de clientes. GGC ayuda a manejar las funciones legales y contables de 3^rd Dimension y, debido a los otros negocios de manufactura en el portafolio de GGC, esencialmente sirve como un mitigador de riesgos para los clientes de 3^rd Dimension.

GGC también refuerza el argumento de Markley, de que si una pieza puede producirse mediante mecanizado, debería serlo. Si una parte requiere un mecanizado complejo de cinco ejes, o si 3^rd Dimension tiene un pedido de gran volumen de partes mecanizadas, la empresa puede recurrir a un socio de GGC para manejar las operaciones o asumir su desbordamiento. De repente, 3^rd Dimension tiene suficiente capacidad de mecanizado para permitir que Markley sienta que su trabajo, como recurso de producción de manufactura aditiva de metales, está preparado para encontrar una alternativa al aditivo para cualquier trabajo potencial que se le presente.

Porque a pesar de los avances tecnológicos recientes en la impresión 3D, el aditivo es difícil. Requiere desarrollo de procesos. Es costoso. Todos estos factores solo aumentan el valor de tener capacidad de mecanizado. Por otro lado, cuando 3^rd Dimension decide que una pieza debe producirse de forma aditiva, la capacidad de mecanizado de la empresa sirve como prueba de que el aditivo es el camino correcto por seguir. Claramente, la compañía está lista para ganar dinero con la parte a través del mecanizado cuando el mecanizado es la mejor opción. Markley señala los desarrollos recientes en la aviación comercial como evidencia que respalda su estrategia.

“Este ha sido un año lleno de acontecimientos en el sector aeroespacial, que han afectado a muchos proveedores —dice—. Y, de manera más general, hemos visto disminuir las cifras de manufactura en este país, y que nuestros clientes aeroespaciales tratan de solidificar su cadena de suministro. Dicho esto, no todo el mundo está dispuesto a explorar opciones con la manufactura aditiva. Así que es bueno tener ambos lados del taller, por así decirlo, en términos de estabilizar los ingresos”.

A medida que 3^rd Dimension busca nuevos clientes aeroespaciales para su negocio de manufactura aditiva, Markley puede argumentar que su empresa ofrece estabilidad a través del trabajo de mecanizado con el que se puede contar, además de la impresión 3D. En otras palabras, puede ofrecer la aplicación tecnológica adecuada para el proyecto adecuado.

“Desde una perspectiva comercial, el taller metalmecánico crea un par de ventajas —dice—. Uno, es una línea de ingresos diversa. Es otra fuente de ingresos que nos ayuda a distribuirnos entre varias industrias. Y nos permite utilizar la tecnología adecuada para cada proyecto. La aditiva es como cualquier otro proceso de manufactura. Tienes que diseñar para ello y entender las reglas y limitaciones. No tomaría algo que fue diseñado para ser fresado y tratar de producirlo en un torno. Veo suficientes personas que golpean cosas con el martillo aditivo porque esa es la única herramienta que tienen. Y no siempre es la herramienta adecuada”.