El alto costo de producción y la falta de infraestructura tecnológica han limitado por años la capacidad de Colombia para fabricar sus propias herramientas de corte y moldeado. En lugar de importar punzones, brocas o cortadores, la apuesta ahora es crear en el país una ruta local de manufactura que aproveche la impresión 3D con filamentos metálicos, compuestos por polvo metálico y polímeros (plásticos), que por ser resistentes y duraderos se convertirían en una alternativa para reducir costos y fortalecer la producción nacional de herramientas.
La innovación, aportada por un grupo de investigadores del
Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica de la Universidad Nacional de
Colombia (UNAL), abre la posibilidad de producir en talleres nacionales
herramientas de alto desempeño, con menor consumo energético y materiales
optimizados.
“Capa a capa se forma la pieza con la geometría necesaria,
incluso formas complejas que con los métodos tradicionales serían difíciles o
costosas de obtener”, explica Theylor Amaya Villabón, ingeniero mecánico y
mecatrónico de la UNAL, autor principal del estudio desarrollado en el
Laboratorio de Fundición y Pulvimetalurgia de la Facultad de Ingeniería de la
UNAL.
El material utilizado en este proceso es acero M2, conocido en la industria como acero de alta velocidad por su capacidad de mantener dureza y filo incluso a altas temperaturas. “Es un producto que permite cortar o perforar metal sin perder resistencia ni deformarse, algo esencial en herramientas de trabajo continuo”, explica el ingeniero.
Cómo se logra un acero más resistente
Imprimir la pieza no es suficiente. Después de esa primera
fase queda una pieza “en verde”, todavía débil, porque además del metal
contiene polímeros que le dan forma. Para convertirla en una herramienta real
hay que eliminar esos compuestos y compactar el acero mediante sinterización,
un proceso un calentamiento controlado que une las partículas metálicas y les
da resistencia. En ese paso, junto con el despolimerizado térmico, fue donde se
logró el avance principal.
El equipo ajustó dos variables del proceso térmico de
despolimerizado: la atmósfera dentro del horno y la velocidad con que se
calienta la pieza. “Cuando la pieza se calentó lentamente, en lugar de subir la
temperatura muy rápido, los gases pudieron salir sin generar presión interna.
Eso evitó que se formaran vacíos y grietas. En términos prácticos, calentar más
despacio resultó en menos porosidad y en piezas más íntegras”, relata el
ingeniero.
En las pruebas mecánicas, las piezas tratadas en atmósfera
de nitrógeno mostraron mayor dureza y mejor comportamiento frente a esfuerzo y
ruptura transversal, acercándose a lo que se espera de una herramienta en uso
real. Eso quiere decir que no estamos hablando solo de prototipos bonitos para
vitrina, sino de piezas que soportarían corte, perforación y trabajo a alta
temperatura en líneas de producción.
“Al usar nitrógeno en vez de vacío logramos que el acero
conservara más carbono, y al calentar más lentamente evitamos que se generaran
vacíos y grietas; eso se tradujo en un material más denso y con mejor
comportamiento mecánico”, detalla el investigador Amaya.
Impacto productivo y ambiental
Además del beneficio técnico, hay un impacto ambiental y
económico directo. En la manufactura tradicional se parte de un bloque grande
de metal y se va removiendo material hasta obtener la forma final, lo que puede
desperdiciar hasta el 70 % del acero. En cambio, con la impresión 3D la
pieza se fabrica capa por capa y la pérdida de material puede bajar al
5 %, reduciendo tanto los costos como la generación de residuos metálicos.
El paso que sigue es escalar el proceso. “Queremos producir
los filamentos metálicos a mayor escala y probar las herramientas en talleres y
líneas de autopartes para validar su desempeño en uso continuo”, señala el
ingeniero Amaya, quien en este momento adelanta estudios de Maestría en
Materiales y Procesos en la UNAL.
Para la profesora Liz Karen Herrera, directora del
Laboratorio de Fundición y Pulvimetalurgia de la Facultad de Ingeniería, “este
tipo de desarrollos demuestra cómo la ciencia aplicada puede responder a
necesidades concretas del sector productivo, impulsando innovación desde la
Universidad hacia la industria nacional”.
Por más de 10 años el desarrollo de nuevos materiales y
procesos de manufactura aditiva y tecnologías 4.0, especialmente, se ha hecho
en colaboración entre la UNAL y el Centro de Materiales y Ensayos del SENA,
alianza ha sido estratégica y sostenida.
En este proyecto, la UNAL lideró la dirección científica y
el análisis microestructural y mecánico, mientras que el aporte del SENA ha
sido fundamental en la caracterización microestructural de las piezas
fabricadas. Esta articulación permitió garantizar la reproducibilidad del
proceso, fortalecer la formación de talento especializado y avanzar hacia
aplicaciones industriales con una base científica sólida.
Si ese salto se consolida, la apuesta es clara: producir
aquí las herramientas que hoy se compran afuera, con acero de alto desempeño y
usando equipos más asequibles para la industria colombiana, especialmente para
los talleres medianos que no pueden pagar maquinaria importada de alto costo.
