Impresión de piezas en 3D para un mejor mantenimiento de la red ferroviaria

La impresión 3D se presenta como unas de las tecnologías que revolucionarán la fabricación industrial durante los próximos años. Los avances realizados en las últimas décadas la sitúan como una alternativa al diseño y producción tradicional de piezas de diferente tamaño y aplicación. No se trata de una técnica nueva. En ella se lleva trabajando desde la década de los años 60, pero no fue hasta 1987 cuando se comercializó la primera impresora de estereolitografía SLA-1. Un año antes su creador,  Chuck Hull, había fundado  la compañía 3D System, aún en activo.

Fabricación aditiva

La impresión 3D utiliza software de diseño asistido por ordenador (CAD, por sus siglas ingles) que emplea modelos digitales para dirigir el hardware (la impresora) y crear, capa sobre capa, formas geométricas precisas. De ahí que también se conozca como fabricación aditiva, porque agrega material para formar un objeto. En cambio, cuando se utilizan  medios tradicionales, lo habitual es retirar el material con diferentes técnicas para eliminar aquello que sobra y modelar la figura deseada.

En el ámbito sanitario ya llevan tiempo recurriendo a la impresión 3D para la creación de prótesis o implantes dentales. La gastronomía y la moda también se han fijado en esta técnica para experimentar con propuestas innovadores, y en el sector de la construcción empiezan a ser numerosos los ejemplos de su uso. Una de sus ventajas es que permite diseñar y fabricar piezas complejas de una forma sencilla y sin un alto coste. Hasta ahora el material más empleado es el plástico, pero ya hay avances con otros como la cerámica o el metal. Hace casi tres años, GE Additive presentó un modelo de impresora 3D de metal a gran escala preparada para fabricar grandes piezas.

“La impresión 3D es una de las tecnologías más disruptivas del mundo actual. Aunque existe la creencia generalizada de que su utilización está restringida a componentes como los empleados en la industria médica y que todavía habrá que esperar para su aplicación a proyectos de ingeniería a gran escala. Sin embargo, la realidad es que la impresión 3D en este ámbito ya es posible. Muchas organizaciones han estado investigando su uso con diversos materiales, incluidos metales, polímeros y fibras”, afirma Simon Grundy, gerente de innovación de Amey, empresa británica de infraestructuras.

Reparación y sustitución ‘in situ’

Esta compañía está explorando la posibilidad de emplear esta técnica para sustituir las vías de tren de la red ferroviaria británica, tanto cuando se deterioren como para reparar defectos. Un operación que se haría en el mismo lugar donde se haya detectado el daño, con el consecuente ahorro de costes y tiempo, además de abreviar el periodo en el que el servicio no se encuentra operativo. Desde la propia compañía estiman que podría aumentar la eficiencia hasta en un 80% y disminuir en un 40% el desperdicio de material, con lo que se reduce la huella de carbono de este tipo de operativas. El ahorro podría ser de 40 millones de libras al año (más de 44 millones de euros).

“La digitalización de nuestro sector permite abordar problemas y buscar soluciones a cuestiones relacionadas con la capacidad de los vehículos o la programación de los horarios para trabajar con un sistema más eficiente. Pero al mismo tiempo nuestra infraestructura está sufriendo más de lo que lo hacía hasta ahora por el aumento del tráfico, de la velocidad y el peso de los coches, modificando la esperanza de vida de nuestros activos”, reconoce Grundy. Hacer frente a este desafío es uno de los próximos retos de la red de ferrocarriles de Reino Unido, que no solo ha de mantenerse en funcionamiento, también hacerlo en las mejores condiciones y servicio posibles.

Para conseguir este último propósito, está en marcha un proyecto para eliminar cruces y pasos a nivel antiguos. Para su puesta en marcha hay que llevar a cabo una planificación exhaustiva de meses e interrumpir la circulación por los recorridos afectados durante largos periodos de tiempo. Con la colaboración de la suiza ABB, en Amey han diseñado un sistema que permitiría reemplazar parte de las vías ‘in situ’ contando con equipos robóticos y la impresión 3D.

El proyecto en el que trabajan ambas compañías incluye un sistema que permite reducir los tiempos de reparación gracias a la automatización. Entre las tecnologías que emplean está la metrología para inspeccionar el estado actual del trazado o la robótica para sustituir los elementos inservibles en las zonas más peligrosas o de difícil acceso. La impresora 3D se encarga de fabricar la pieza en el lugar donde se esté efectuando la operativa. Una vez montada, se realiza un análisis no destructivo (NTD, por sus siglas en inglés) para verificar que el procedimiento ha sido correcto y crucial para su mantenimiento en futuro.

Desde Amey estiman que más del 60% de los rieles podrían restaurarse mediante la impresión en 3D. La principal ventaja es la reducción del tiempo necesario para ello. En el futuro, la renovación podría llevarse a cabo de forma regular, cambiando completamente el modelo de negocio en el mantenimiento de este tipo infraestructuras.