I&D de Timken: Avances en la fabricación aditiva

La fabricación aditiva, comúnmente llamada impresión 3D, se desarrolló originalmente para acelerar la creación de prototipos. Ahora es un proceso de producción viable que impulsa la innovación en todas las industrias importantes. La fabricación aditiva de componentes aeroespaciales facilita la producción de aviones más ligeros, eficientes y sostenibles. En medicina, se construyen prótesis de rodilla personalizadas con impresión 3D para obtener mejores resultados para los pacientes.

Los ingenieros de I&D de Timken están desarrollando procesos de fabricación aditiva que pueden ayudar a los clientes a afrontar las cambiantes necesidades técnicas y de negocios. El objetivo es mejorar la eficiencia de la fabricación y acortar la cadena de suministro mientras se sigue logrando el rendimiento deseado del producto.

“La fabricación aditiva ofrece una mayor flexibilidad en el diseño, optimiza la ligereza estructural y mejora la eficiencia del ciclo de producción”, dice Mangesh Pantawane, ingeniero principal de materiales, cuyo trabajo transforma la investigación teórica en soluciones reales para clientes. “Todavía es algo muy nuevo. Hay mucho espacio para la innovación”.

Sankalp Kota y Mangesh Pantawane son solucionadores de problemas de última generación que impulsan el avance en I&D de Timken en materia de ciencia de los materiales, metalurgia y fabricación aditiva. Conozca a más miembros del equipo de Timken que impulsan los avances en innovación, desde el estudio de la metalurgia para mejorar el rendimiento del producto y la capacidad de fabricación hasta la realización de investigaciones innovadoras sobre neutrones que informan a toda la comunidad científica.

Procesos de próxima generación para soluciones de próximo nivel

En las instalaciones de fabricación tradicionales, procesos como el rectificado eliminan capas de materiales de una pieza de trabajo para crear el producto final. La fabricación aditiva hace lo contrario: una impresora 3D acumula gradualmente capas de material para crear un producto.

Si bien la empresa ha invertido en el desarrollo de conocimientos básicos de fabricación aditiva durante varios años, un equipo de expertos en I&D de Timken está explorando actualmente cómo diversas técnicas de fabricación aditiva pueden ampliar las selecciones de materiales y procesos para una amplia gama de rodamientos de ingeniería y soluciones de movimiento para aplicaciones industriales que pueden lograr el diseño deseado a un costo competitivo.

Si bien hay varias técnicas de fabricación aditiva, los esfuerzos del equipo se centran en dos. La primera, la fusión de lecho de polvo con láser (L-PBF), utiliza un láser para fundir polvo metálico en capas y así construir piezas tridimensionales. La segunda, la deposición de energía dirigida (DED), deposita metal fundido permitiendo una construcción más rápida.

Timken ha utilizado ambas técnicas para fabricar componentes de rodamientos impresos en 3D que actualmente están siendo sometidos a pruebas. Los resultados proporcionarán información valiosa sobre el impacto de los elementos impresos en 3D en el rendimiento de los rodamientos.

“Hasta ahora, nuestra investigación ha identificado un grado de acero alternativo viable que permite la impresión en 3D de los componentes”, continúa Pantawane. “Estos componentes ofrecen el mismo conjunto de propiedades mecánicas y mejoran enormemente la eficiencia de la cadena de suministro”.

Una nueva frontera para el diseño de productos

Sankalp Kota, especialista en materiales, cree que la inversión de Timken en la investigación de la fabricación aditiva está centrada en la solución de los problemas de los clientes. Uno de los principales impulsores del trabajo es el desarrollo de procesos que promuevan las tendencias de ligereza y sostenibilidad en el transporte, los dispositivos médicos, los equipos industriales y los productos de consumo.

Por ejemplo, los componentes aeroespaciales fabricados con métodos tradicionales están hechos principalmente de estructuras metálicas densas. La densidad es el resultado de las restricciones del proceso de fabricación respecto a cómo se elimina el material, no porque sea indispensable para soportar cargas.

La impresión 3D permite a los diseñadores de productos comenzar con la fabricación aditiva en mente. Pueden reconsiderar la estructura interna de un componente en función de las necesidades de la aplicación en lugar de las limitaciones de fabricación. Utilizando algoritmos informáticos, los ingenieros pueden determinar cuánto metal debe agregarse, y en qué diseño, para garantizar el rendimiento del producto.

“Así se recorta una porción significativa del peso del componente original”, dice Kota. “En la aviación, cada gramo ahorrado equivale a enormes reducciones de costos para operar una aeronave. Y se construye con mucho menos material para una mayor sostenibilidad».

Conectar a los clientes con soluciones Just In Time

La fabricación aditiva también puede facilitar a los clientes la adquisición de soluciones sumamente cruciales, pero de bajo volumen, de la cartera más amplia de Timken. Gran parte del trabajo del equipo de I&D ha explorado la posibilidad de aplicar la impresión 3D a soluciones de movimiento para aplicaciones industriales esenciales como tornillos de bolas, extremos de varilla y cadenas industriales.

“Es posible que algunos clientes pidan un producto una vez por trimestre o una vez por año, pero sigue siendo crítico para sus operaciones”, dice Kota. “La impresión 3D permite a los proveedores escalar la producción mucho más rápidamente y fabricar exactamente la cantidad requerida de componentes, sin necesidad de contar con inventario o herramientas”.

Hoy en día, Kota y Pantawane siguen trabajando en colaboración con otras áreas de I&D, fabricación y cadena de suministro de Timken para avanzar en métodos de impresión 3D completamente nuevos y exclusivos para la fabricación de rodamientos. El grupo está explorando opciones para trasladar los procesos tradicionales de tratamiento térmico al entorno de fabricación aditiva.

“Estamos trabajando en el desarrollo de la propiedad intelectual exclusiva de Timken”, dice Kota. “Proporcionará ventajas competitivas para nuestros clientes”.

La innovación de Timken centrada en el cliente se basa en las iniciativas llevadas a cabo en nuestros laboratorios de I&D de primera clase de Timken. Obtenga más información sobre la inversión de la empresa en actividades técnicas integrales, desde el modelado y la predicción del rendimiento del producto hasta la creación de prototipos de nuevas soluciones de rodamientos de ingeniería.

Published: 2025/06/17