¿Cómo se pueden aplicar los métodos de producción en masa a productos individualizados? Una respuesta es utilizar una combinación de tecnologías de fabricación digital, por ejemplo, integrando la impresión digital y el procesamiento láser en los procesos de fabricación tradicionales. Esto allana el camino para la personalización de productos en línea. Seis institutos Fraunhofer han aunado su experiencia para llevar el nuevo proceso al siguiente nivel.

El término producción en masa generalmente sugiere una gran cantidad de productos idénticos que salen de una línea de ensamblaje. Sin embargo, las últimas tendencias exigen productos individualizados. La industria automotriz es un ejemplo de esta tendencia:Volkswagen, por ejemplo, produce sólo uno o dos modelos Golf idénticos al año. Sin embargo, este impulso hacia la individualización también está llevando al límite las técnicas de producción en masa. El Fraunhofer Lighthouse Project Go Beyond 4.0 tiene como objetivo hacer frente a este desafío al permitir la producción en masa de productos individualizados. Es una colaboración entre cuatro Grupos Fraunhofer diferentes y seis Institutos Fraunhofer:el Instituto Fraunhofer de Nano Sistemas Electrónicos ENAS, el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM, el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT, el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF, el Instituto Fraunhofer de Investigación sobre Silicatos ISC y el Instituto Fraunhofer de Máquinas Herramienta y Tecnología de Conformado IWU. El proyecto está gestionado por Fraunhofer ENAS en Chemnitz.

"Ahora, La individualización en la industria automotriz significa básicamente preparar cada vehículo para cada versión posible y luego agregar las características específicas que cada cliente ha pedido al final de la línea. Esto significa, por ejemplo, que cada automóvil debe estar equipado con todo el mazo de cables, "dice el director del proyecto, el profesor Thomas Otto. El profesor Reinhard Baumann, que trabaja en Fraunhofer ENAS y se encarga de coordinar el Proyecto Faro, explica el nuevo concepto:"Al combinar los métodos de fabricación tradicionales con las tecnologías digitales emergentes y los procesos de producción, Hemos encontrado una forma de integrar la individualización de productos en entornos de producción en masa. Nuestro énfasis desde el principio ha estado en la confiabilidad del producto y la producción, pero aún nos queda un largo camino por recorrer ".

Impresión en superficies de componentes bidimensionales y tridimensionales de cualquier forma

El concepto básico es simple:al igual que una impresora de inyección de tinta en la oficina, los investigadores utilizan tecnologías de inyección y dispensación de tinta para imprimir patrones geométricos. Pero en lugar de utilizar tintas de colores, en otras palabras, tintas que tienen la funcionalidad de "color":utilizan tintas con funcionalidades como conductividad eléctrica, semiconductividad y aislamiento. Esta tecnología se puede utilizar para crear sistemas tanto de una sola capa como de múltiples capas. Incluso los sensores y transistores son factibles. "Y puedo hacer todo esto no solo sin problemas, superficies niveladas como una hoja de papel, pero también, usando robots, en piezas de trabajo curvas tridimensionales, como puertas de automóviles embutidas, ", dice Baumann. La segunda tecnología de fabricación digital que entra en juego es el láser. Los investigadores de los seis Institutos Fraunhofer han combinado los dos métodos. Como resultado, el rayo láser sigue exactamente la línea tomada por la impresora, permitirlo, por ejemplo, para curar fotopolímeros previamente impresos o tintas de nanopartículas de sinterización. Numerosos robots ya se utilizan para fines de montaje en el taller, sin embargo, el nuevo método es muy diferente. "Hemos logrado mejoras de órdenes de magnitud en la resolución espacial de la impresión con anchos de línea de hasta aproximadamente 50 micrómetros, "dice Baumann.

De la automoción y la aviación a la óptica

Para demostrar la aplicabilidad universal de su enfoque, los científicos de Fraunhofer ya han completado tres demostradores para los mercados futuros clave de la ingeniería automotriz, aviación y óptica. El uso de tecnologías de fabricación digital abre la puerta a la producción de pequeños lotes de productos en masa individualizados. Carros, por ejemplo, suelen contener hasta ocho kilómetros de cableado de cobre, con un peso equivalente a unos 160 kilogramos. Los expertos pueden utilizar la impresión digital para imprimir trayectorias de conductores portadores de señales en partes del cuerpo como puertas, reemplazando así algunos de los alambres de cobre pesados ​​con pistas conductoras impresas. Esto hace que los vehículos sean más ligeros y reduce el consumo de combustible.

En aviones el equipo de investigadores se centra en los sensores que actualmente están pegados o atornillados. "Estamos tomando el tipo de tecnologías probadas de materiales compuestos de fibra que se utilizan en la construcción liviana y luego incorporamos procesos de producción digital, "dice Baumann. Con este método, los investigadores imprimen digitalmente tanto las trayectorias de los conductores individuales como los sistemas de sensores completos en esteras de fibra de vidrio o carbono. Luego se impregnan con una resina sintética que los integra directamente en el componente liviano. En un paso inicial, los científicos lograron utilizar este método para incorporar la temperatura, sensores capacitivos y de impacto en los elementos del ala de un avión comercial, así como antenas UHF y LED.

Los componentes ópticos, como las lentes de los faros de los automóviles, generalmente están hechos de vidrio o plástico pulido. Las nuevas tecnologías desarrolladas en el Proyecto Go Beyond 4.0 Lighthouse abren la opción adicional de fabricar ópticas de forma libre que combinan las propiedades de tres lentes dentro de un solo elemento en lugar de solo las propiedades de una sola lente. Estas ópticas de forma libre también pueden incorporar diodos emisores de luz, y así funciones de señal. "Esto nos permite producir elementos ópticos complejos que antes hubieran sido impensables, ", dice Baumann. El enfoque principal está en posibles nuevas aplicaciones. La óptica de forma libre podría proyectar la información generada por el vehículo en la carretera sin requerir ningún tipo de pantalla, por ejemplo, proyectar una señal de alto antes de que la señal de alto real sea visible. El vehículo podría extraer la información requerida de Internet o del entorno de red.

Una de las mayores ventajas de la tecnología es que se puede utilizar para procesar piezas de trabajo "en línea" en el entorno de fabricación. En lugar del sistema que se utiliza actualmente para retirar los productos de la línea de producción para su individualización y luego volverlos a introducir, simplemente pueden permanecer en la línea de producción de principio a fin. Esto ya es factible a escala de laboratorio, y los equipos de investigadores ahora buscan alcanzar los tiempos de ciclo de las líneas de producción del mundo real. Al mismo tiempo, continúan optimizando las propias tecnologías y mejorando la forma en que funcionan en combinación. "Este Lighthouse Project ha reunido a un equipo de personas de alto rendimiento extraordinario que realmente saben cómo cooperar de manera eficiente, ", dice Baumann." Los resultados que hemos logrado hasta ahora nos permiten abordar mercados adicionales y trabajar juntos en ellos, "dice Otto.