La revolución de la impresión 3D

La impresión 3D industrial está en un punto de inflexión, a punto de generalizarse a lo grande. La mayoría de los ejecutivos y muchos ingenieros no se dan cuenta, pero esta tecnología ha ido mucho más allá de la creación de prototipos, las herramientas rápidas, las baratijas y los juguetes. La «fabricación aditiva» consiste en crear productos duraderos y seguros para venderlos a clientes reales en cantidades moderadas o grandes.

Los inicios de la revolución aparecen en una encuesta de PwC de 2014 realizada a más de 100 empresas de fabricación. En el momento de la encuesta, el 11% ya había pasado a la producción en volumen de piezas o productos impresos en 3D. Según los analistas de Gartner, una tecnología es «popular» cuando alcanza un nivel de adopción del 20%.

Entre las numerosas empresas que utilizan la impresión 3D para aumentar la producción se encuentran GE (motores a reacción, dispositivos médicos y piezas de electrodomésticos), Lockheed Martin y Boeing (aeroespacial y de defensa), Aurora Flight Sciences (vehículos aéreos no tripulados), Invisalign (dispositivos dentales), Google (electrónica de consumo) y la empresa holandesa LuxExcel (lentes para diodos emisores de luz o LED). Al observar estos avances, McKinsey informó recientemente de que la impresión 3D está «lista para salir de su nicho y convertirse en una alternativa viable a los procesos de fabricación convencionales en un número cada vez mayor de aplicaciones». En 2014, las ventas de impresoras 3D de uso industrial en los Estados Unidos ya representaban un tercio del volumen de ventas de automatización industrial y robótica. Algunas proyecciones indican que esa cifra aumentará hasta el 42% en 2020.

Lectura adicional

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  La impresión 3D cambiará el mundo

  Innovación Artículo de revista

  • Richard D’Aveni

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Más empresas seguirán su ejemplo a medida que la gama de materiales imprimibles siga ampliándose. Además de los plásticos básicos y las resinas fotosensibles, ya incluyen cerámica, cemento, vidrio, numerosos metales y aleaciones metálicas y nuevos compuestos termoplásticos con nanotubos y fibras de carbono. Una economía superior acabará por convencer a los rezagados. Si bien los costes directos de producir bienes con estos nuevos métodos y materiales suelen ser más altos, la mayor flexibilidad que ofrece la fabricación aditiva significa que los costes totales pueden ser sustancialmente más bajos.

Con este cambio revolucionario ya en marcha, los directivos deberían abordar las cuestiones estratégicas en tres niveles:

En primer lugar, los vendedores de productos tangibles deberían preguntarse cómo sus ofertas podrían mejorarse, ya sea por sí mismos o por la competencia. Fabricar un objeto capa por capa, según un «plano» digital descargado en una impresora, permite no solo una personalización ilimitada, sino también diseños de mayor complejidad.

En segundo lugar, las empresas industriales deben volver a visitar sus operaciones. A medida que la fabricación aditiva cree innumerables opciones nuevas sobre cómo, cuándo y dónde se fabrican los productos y las piezas, ¿qué red de activos de la cadena de suministro y qué combinación de procesos antiguos y nuevos será óptima?

En tercer lugar, los líderes deben tener en cuenta las implicaciones estratégicas desde el punto de vista comercial ecosistemas comienzan a formarse en torno a la nueva realidad de la impresión 3D. Se ha hablado mucho del potencial de que grandes sectores del sector manufacturero se atomicen en un número incalculable de pequeños «fabricantes». Pero esa visión tiende a ocultar un avance más seguro e importante: para permitir la integración de las actividades de los diseñadores, los fabricantes y las empresas de transporte de productos, habrá que establecer plataformas digitales. Al principio, estas plataformas permitirán realizar actividades del diseño a la impresión y compartir diseños y descargarlos rápidamente. Pronto organizarán las operaciones de la impresora, el control de calidad, la optimización en tiempo real de las redes de impresoras y los intercambios de capacidad, entre otras funciones necesarias. Los proveedores de plataformas más exitosos prosperarán con creces al establecer estándares y proporcionar los entornos en los que un ecosistema complejo pueda coordinar las respuestas a las demandas del mercado. Pero todas las empresas se verán afectadas por el auge de estas plataformas. Habrá mucha competencia entre las empresas tradicionales y las empresas emergentes para hacerse con acciones del enorme valor que creará esta nueva tecnología.

Estas preguntas se suman a una cantidad sustancial de pensamiento estratégico, y queda otra: ¿Qué tan rápido ocurrirá todo esto? Para un negocio determinado, esta es la rapidez puede suceder: La industria estadounidense de los audífonos pasó a la fabricación 100% aditiva en menos de 500 días, según un CEO del sector, y ninguna empresa que se apegara a los métodos de fabricación tradicionales sobrevivió. Los directivos deberán determinar si es prudente esperar a que esta tecnología en rápida evolución madure antes de realizar determinadas inversiones o si el riesgo de esperar es demasiado alto. Sus respuestas serán diferentes, pero para todos ellos parece seguro decir que ha llegado el momento del pensamiento estratégico.

Las ventajas de los aditivos

Puede que cueste imaginar que esta tecnología sustituya a las formas estándar actuales de hacer las cosas en grandes cantidades. Las prensas de moldeo por inyección tradicionales, por ejemplo, pueden producir miles de artilugios por hora. Por el contrario, las personas que han visto impresoras 3D en acción en el mercado de aficionados suelen encontrar que la acumulación de objetos capa por capa es cómicamente lenta. Sin embargo, los avances tecnológicos recientes están cambiando drásticamente en los entornos industriales.

Puede que algunos olviden por qué la fabricación estándar se produce con una velocidad tan impresionante. Esos artilugios se agotan rápidamente porque se han realizado grandes inversiones por adelantado para establecer la compleja gama de máquinas herramienta y equipos necesarios para su producción. La primera unidad es extremadamente cara de fabricar, pero a medida que se producen unidades idénticas, su coste marginal se desploma.

La fabricación aditiva no ofrece nada parecido a esa economía de escala. Sin embargo, evita las desventajas de la fabricación estándar: la falta de flexibilidad. Como cada unidad se fabrica de forma independiente, se puede modificar fácilmente para adaptarla a necesidades únicas o, en términos más generales, para adaptarla a las mejoras o a los cambios de moda. Y configurar el sistema de producción en primer lugar es mucho más sencillo, ya que implica muchas menos etapas. Por eso la impresión 3D ha sido tan valiosa para producir piezas únicas, como prototipos y piezas de recambio raras. Sin embargo, la fabricación aditiva tiene cada vez más sentido incluso a mayor escala. Los compradores pueden elegir entre un sinfín de combinaciones de formas, tamaños y colores, y esta personalización añade poco a los costes del fabricante, incluso cuando los pedidos alcanzan los niveles de producción en masa.

Una gran parte de la ventaja de los aditivos es que las piezas que antes se moldeaban por separado y luego se ensamblaban ahora se pueden producir como una sola pieza en una sola tirada. Un ejemplo sencillo son las gafas de sol: el proceso 3D permite que la porosidad y la mezcla de plásticos varíen en diferentes áreas de la montura. Los auriculares salen suaves y flexibles, mientras que las llantas que sujetan las lentes son duras. No requiere montaje.

La impresión de piezas y productos también permite diseñarlos con arquitecturas más complejas, como formar panales dentro de paneles de acero o geometrías que antes eran demasiado finas para fresarlas. Las piezas mecánicas complejas (un conjunto de engranajes encapsulados, por ejemplo) se pueden fabricar sin ensamblaje. Se pueden utilizar métodos aditivos para combinar piezas y generar muchos más detalles del interior. Por eso GE Aviation ha pasado a imprimir las boquillas de combustible de algunos motores a reacción. Se espera producir más de 45 000 unidades del mismo diseño al año, por lo que cabe suponer que los métodos de fabricación convencionales serían más adecuados. Pero la tecnología de impresión permite fabricar en una sola pieza una boquilla que antes se ensamblaba a partir de 20 piezas fundidas por separado. GE afirma que esto reducirá los costes de fabricación en un 75%.

Las empresas estadounidenses de audífonos pasaron a la impresión 3D al 100% en menos de 500 días.

La fabricación aditiva también puede utilizar varios chorros de impresora para colocar diferentes materiales simultáneamente. Por lo tanto, Optomec y otras empresas están desarrollando materiales y métodos conductores para imprimir microbaterías y circuitos electrónicos directamente en las superficies de los dispositivos electrónicos de consumo o sobre ellas. Las aplicaciones adicionales incluyen equipos médicos, activos de transporte, componentes aeroespaciales, dispositivos de medición, infraestructura de telecomunicaciones y muchas otras cosas «inteligentes».

El enorme atractivo de limitar los trabajos de ensamblaje está impulsando a los equipos de fabricación aditiva a crecer cada vez más. En el extremo actual, el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge se están asociando para desarrollar una capacidad de impresión de la mayoría de los endoesqueletos y exoesqueletos de los cazas a reacción, incluidos el cuerpo, las alas, los paneles estructurales internos, el cableado y las antenas integrados y, pronto, la estructura central de carga. La llamada fabricación aditiva de grandes áreas hace posible la fabricación de objetos tan grandes mediante el uso de un enorme pórtico con controles computarizados para mover las impresoras a su posición. Cuando se haya certificado este proceso para su uso, el único montaje necesario será la instalación de módulos electrónicos plug-and-play para los sistemas de navegación, comunicaciones, armamento y contramedidas electrónicas en las bahías creadas durante el proceso de impresión. En Irak y Afganistán, el ejército estadounidense ha utilizado drones de Aurora Flight Sciences, que imprime toda la carrocería de estos vehículos aéreos no tripulados (algunos con una envergadura de 132 pies) en una sola construcción.

Estrategia tridimensional

Este breve análisis sobre las ventajas de la fabricación aditiva sugiere la rapidez con la que las empresas adoptarán la tecnología, y los ahorros adicionales en los costes de inventario, envío e instalaciones reforzarán aún más los argumentos. La implicación clara es que los directivos de las empresas de todo tipo deberían trabajar para anticipar la forma en que sus empresas se adaptarán en los tres niveles estratégicos mencionados anteriormente.

Ofertas, rediseñadas.

La estrategia de producto es la respuesta a la pregunta más básica de los negocios: ¿Qué venderemos? Las empresas tendrán que imaginarse cómo se podría atender mejor a sus clientes en la era de la fabricación aditiva. ¿Qué diseños y características serán posibles ahora que no lo eran antes? ¿Qué aspectos se pueden mejorar si se eliminan las restricciones o los retrasos en la entrega?

Por ejemplo, en las industrias aeroespacial y automotriz, la impresión 3D se utiliza con mayor frecuencia para aumentar el rendimiento. Anteriormente, se podía mejorar la eficiencia de combustible de los aviones de combate y los vehículos reduciendo su peso, pero esto con frecuencia los hacía menos sólidos estructuralmente. La nueva tecnología permite a los fabricantes ahuecar una pieza para que sea más ligera y eficiente en el consumo de combustible, e incorporar estructuras internas que proporcionan una mayor resistencia a la tracción, durabilidad y resistencia a los impactos. Y se pueden utilizar nuevos materiales que tengan una mayor resistencia al calor y a los productos químicos en varios puntos del producto, según sea necesario.

El punto de inflexión de las patentes

¿Quiere saber qué tan rápido llega el futuro de la 3D? No mire solo las tasas de adopción entre los

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En otros sectores, el uso de la fabricación aditiva para productos más personalizados y que evolucionan rápidamente tendrá ramificaciones en la forma en que se comercializan las ofertas. ¿Qué pasa con el concepto de generaciones de productos —y mucho menos con el alboroto que rodea a un lanzamiento— cuando las cosas se pueden mejorar continuamente durante las sucesivas impresiones, en lugar de con los saltos cuánticos que requieren los mayores costes de herramientas y los tiempos de configuración de la fabricación convencional? Imagínese un futuro próximo en el que la inteligencia artificial basada en la nube aumente la capacidad de la fabricación aditiva de cambiar o añadir productos al instante sin necesidad de modificaciones. Sería posible realizar cambios en tiempo real en la estrategia del producto, como la combinación de productos y las decisiones de diseño. Con una adaptación tan rápida, ¿qué nuevas ventajas deberían ser fundamentales para las promesas de la marca? ¿Y cómo podrían los departamentos de marketing evitar la deriva de la marca sin perder ventas?

Operaciones, reoptimizadas.

La estrategia de operaciones abarca todas las cuestiones sobre cómo una empresa comprará, fabricará, trasladará y venderá productos. Las respuestas serán muy diferentes con la fabricación aditiva. Aumentar la eficiencia operativa siempre es un objetivo, pero se puede lograr de muchas maneras. Hoy en día, la mayoría de las empresas que están contemplando el uso de la tecnología realizan análisis financieros fragmentados de las oportunidades específicas de cambiar equipos y diseños tridimensionales, lo que puede reducir los costes directos. Las ganancias serán mucho mayores cuando amplíen sus análisis para tener en cuenta el coste total de fabricación y los gastos generales.

¿Cuánto se podría ahorrar recortando los escalones de montaje? ¿O reduciendo los inventarios a través de la producción solo en respuesta a la demanda real? ¿O vendiendo de diferentes maneras, por ejemplo, directamente a los consumidores a través de interfaces que les permiten especificar cualquier configuración? En un mundo híbrido de métodos de fabricación antiguos y nuevos, los productores tendrán muchas más opciones; tendrán que decidir qué componentes o productos pasarán a la fabricación aditiva y en qué orden.

Surgirán más preguntas sobre la ubicación de las instalaciones. ¿Qué tan cerca deben estar de qué clientes? ¿Cómo se pueden entregar los pedidos altamente personalizados con la misma eficacia que se producen? ¿Debería centralizarse la impresión en las plantas o dispersarse en una red de impresoras en los distribuidores, minoristas, camiones o incluso en las instalaciones de los clientes? Quizás todo lo anterior. Las respuestas cambiarán en tiempo real y se ajustarán a los cambios de las divisas, los costes laborales, la eficiencia y las capacidades de las impresoras, los costes de materiales, los costes de energía y los gastos de envío.

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Reducir la distancia de viaje de los productos o las piezas no solo ahorra dinero, sino que también ahorra tiempo. Si alguna vez se ha visto obligado a dejar su vehículo en un taller de reparación mientras el mecánico espera una pieza, lo apreciará. BMW y Honda, entre otros fabricantes de automóviles, están optando por la fabricación aditiva de muchas herramientas industriales y piezas de automóviles de uso final en sus fábricas y concesionarios, especialmente a medida que están disponibles nuevos materiales de metal, plástico compuesto y fibra de carbono para su uso en las impresoras 3D. Los distribuidores de muchos sectores están tomando nota y están deseosos de ayudar a sus clientes empresariales a aprovechar las nuevas eficiencias. UPS, por ejemplo, se basa en su actual negocio de logística de terceros para convertir los almacenes de sus centros aeroportuarios en minifábricas. La idea es producir y entregar piezas personalizadas a los clientes según las necesidades, en lugar de dedicar acres de estanterías a enormes inventarios. Si ya vivimos en un mundo de gestión del inventario justo a tiempo, ahora vemos cómo pueden ser las cosas JIT. Bienvenido a la gestión instantánea del inventario.

De hecho, dadas todas las posibles eficiencias de la fabricación aditiva altamente integrada, la gestión de los procesos empresariales puede convertirse en la capacidad más importante del mercado. Algunas empresas que destaquen en este ámbito crearán sistemas de coordinación patentados para garantizar una ventaja competitiva. Otros adoptarán y ayudarán a dar forma a los paquetes estándar creados por las grandes empresas de software.

Ecosistemas, reconfigurados.

Por último, surge la cuestión de dónde y cómo encaja la empresa en su entorno empresarial más amplio. Aquí los gerentes abordan los acertijos de ¿Quiénes somos? ¿y qué necesitamos ser dueños para ser quienes somos? Como la fabricación aditiva permite a las empresas adquirir impresoras que pueden fabricar muchos productos y a medida que la capacidad ociosa se intercambia con otras en el negocio de ofrecer diferentes productos, las respuestas a esas preguntas quedarán mucho menos claras. Suponga que tiene hileras de impresoras en sus instalaciones que fabrican piezas de automóviles un día, equipo militar al día siguiente y juguetes al día siguiente. ¿De qué industria forma parte? Los límites tradicionales se difuminarán. Sin embargo, los directivos necesitan tener una idea clara del papel de la empresa en el mundo para tomar decisiones sobre los activos en los que van a invertir o de los que se desharán.

Aurora Flight Sciences puede imprimir todo el cuerpo de un dron en una sola versión.

Puede que descubran que sus organizaciones se están convirtiendo en algo muy diferente a lo que han sido. A medida que las empresas se liberen de muchos de los requisitos logísticos de la fabricación estándar, tendrán que analizar de nuevo el valor de sus capacidades y otros activos y la forma en que complementan o compiten con las capacidades de los demás.

La oportunidad de plataforma

Un puesto en el ecosistema demostrará ser el más central y poderoso, y este hecho no pasa desapercibido para los equipos de dirección de los actores más importantes que ya están en el negocio de la fabricación aditiva, como eBay, IBM, Autodesk, PTC, Materialise, Stratasys y 3D Systems. Muchos están compitiendo por desarrollar las plataformas sobre las que otras empresas construirán y se conectarán. Saben que el papel de proveedor de plataformas es el principal objetivo estratégico que pueden perseguir y que aún está en juego.

Las plataformas son una característica destacada en los mercados altamente digitalizados del siglo XXI, y la fabricación aditiva no será la excepción. En este caso, los propietarios de las plataformas serán poderosos porque es probable que la producción en sí misma importe menos con el tiempo. Algunas empresas ya están creando «granjas de impresoras» por contrato que comercializarán de manera efectiva la fabricación de productos bajo demanda. Incluso los valiosos diseños de productos imprimibles, al ser puramente digitales y fáciles de compartir, serán difíciles de conservar. (De hecho, los dispositivos de escaneo 3D permitirán aplicar ingeniería inversa a los productos capturando su información de diseño geométrico).

Todos los miembros del sistema tendrán interés en mantener las plataformas en las que la producción se organiza de forma dinámica, los planos se almacenan y mejoran continuamente, los suministros de materias primas se supervisan y compran y se reciben los pedidos de los clientes. Los que controlan el ecosistema digital se encontrarán en medio de un enorme volumen de transacciones industriales, recopilando y vendiendo información valiosa. Participarán en el arbitraje y dividirán el trabajo entre las partes de confianza o lo asignarán internamente cuando proceda. Comercializarán la capacidad de impresión y los diseños en todo el mundo, lo que influirá en los precios al controlar o redirigir el «flujo de ofertas» de ambos. Al igual que los árbitros de materias primas, financian las operaciones o compran a lo bajo y venden a lo alto con la información asimétrica que obtienen al supervisar millones de transacciones.

Tres formas de adentrarse en la 3D

Cualquier fabricante cuya estrategia para el futuro incluya técnicas aditivas tiene que trazar una hoja

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La responsabilidad de alinear la capacidad dispersa con la creciente demanda del mercado recaerá en un número reducido de empresas y, si todo el sistema quiere funcionar de manera eficiente, algunas tendrán que dar un paso adelante. Busque análogos a Google, eBay, Match.com y Amazon para convertirse en motores de búsqueda, plataformas de bolsa, mercados de marcas y agentes de búsqueda de parejas entre las impresoras de fabricación aditiva, los diseñadores y los repositorios de diseño. Quizás incluso se creen operaciones automatizadas, junto con mercados para negociar derivados o futuros sobre la capacidad y los diseños de las impresoras.

En esencia, entonces, los propietarios de los activos de fabricación basados en impresoras competirán con los propietarios de la información por los beneficios generados por el ecosistema. Y en poco tiempo, la energía pasará de los productores a los grandes integradores de sistemas, que crearán plataformas de marca con estándares comunes para coordinar y respaldar el sistema. Fomentarán la innovación mediante el código abierto y la adquisición o asociación con empresas más pequeñas que cumplan con altos estándares de calidad. De hecho, es posible que las pequeñas empresas sigan probando nuevos e interesantes enfoques marginales, pero necesitaremos que las grandes organizaciones supervisen los experimentos y, luego, los presionen para que sean prácticos y escalables.

Historia digital replicada

Pensando en la revolución que se avecina en la fabricación aditiva, es difícil no reflexionar sobre esa gran tecnología transformadora, Internet. En cuanto a la historia de esta última, sería justo decir que la fabricación aditiva no tendrá lugar hasta 1995. Los niveles de publicidad eran altos ese año, pero nadie se imaginaba cómo cambiarían el comercio y la vida en la próxima década, con la llegada del Wi-Fi, los teléfonos inteligentes y la computación en nube. Pocos previeron el día en que la inteligencia artificial y los sistemas de software basados en Internet podrían gestionar las fábricas, e incluso las infraestructuras urbanas, mejor que la gente.

El futuro de la fabricación aditiva traerá sorpresas similares que pueden parecer estrictamente lógicas en retrospectiva, pero que hoy en día son difíciles de imaginar. Imagínese cómo las impresoras nuevas y altamente capaces podrían reemplazar a los trabajadores altamente cualificados, haciendo que empresas enteras e incluso países con sede en la fabricación pasaran a producir sin personas. En las «organizaciones de máquinas», es posible que los humanos trabajen solo para dar servicio a las impresoras.

Y ese futuro llegará rápido. Una vez que las empresas se meten en el agua y experimentan las ventajas de una mayor flexibilidad de fabricación, tienden a sumergirse en profundidad. A medida que la ciencia de los materiales cree más sustancias imprimibles, seguirán más fabricantes y productos. Local Motors demostró recientemente que puede imprimir un roadster atractivo, con ruedas, chasis, carrocería, techo, asientos interiores y salpicadero, pero aún no transmisión, de abajo hacia arriba en 48 horas. Cuando entre en producción, el roadster, con transmisión incluida, tendrá un precio aproximado de 20 000 dólares. A medida que disminuye el coste de los equipos y materiales tridimensionales, las ventajas que siguen teniendo los métodos tradicionales en las economías de escala se están convirtiendo en un factor menor.

Local Motors puede imprimir un roadster atractivo de abajo hacia arriba en 48 horas.

Esto es lo que podemos esperar con confianza: en los próximos cinco años tendremos sistemas de fabricación aditiva totalmente automatizados, de alta velocidad y en grandes cantidades que serán económicos incluso para las piezas estandarizadas. Gracias a la flexibilidad de esos sistemas, la personalización o fragmentación de muchas categorías de productos despegará entonces, lo que reducirá aún más la cuota de mercado de la producción en masa convencional.

Los líderes empresariales inteligentes no esperan a que se revelen todos los detalles y las eventualidades. Pueden ver con suficiente claridad que los avances en la fabricación aditiva cambiarán la forma en que se diseñan, fabrican, compran y entregan los productos. Están dando los primeros pasos en el rediseño de los sistemas de fabricación. Están imaginando las pretensiones que harán en el ecosistema emergente. Están tomando muchos niveles de decisiones que se sumarán como ventajas en el nuevo mundo de la impresión 3D.