Diapositiva 1

LA REGION DEL BIO BIO ANTE LA CUARTA REVOLUCION TECNOLOGICA - OCT 2015
LA NUEVA INDUSTRIA DE LA MANUFACTURA ADITIVA
José Luis Checa
jlcheca@fundacionleitat.cl
Contexto
Junio 2011
Presidente Obama anuncia la creación de la Advanced Manufacturing Partnership y asigna
500M USD
Dirigiéndose a la Carnegie Mellon:
“…We are inventors, and we are makers, and we are doers.
If we want a robust, growing economy, we need a robust, growing manufacturing
sector. ”
Junio 2014
Primera feria de movimiento “makers” (makers fair) en la Casa Blanca, el Presidente anuncia
1B USD adicionales
“… every company, every college, every community, every citizen joins us as we lift up makers
and builders and doers across the country.”
Marzo 2013
Abril 2013
Sept 2013
Centro de las tecnologías de la producción
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Creado en 1906 en el contexto industrial de Terrassa
(Barcelona).
Vinculado a la industria desde su creación, con clara
vocación a la innovación.
Es miembro de diversas plataformas tecnológicas europeas,
en el ámbito de la fabricación, entre les cuales están
Manufuture, European Factories of the Future Association, y
Additive Manufacturing.
Vincula su éxito actual y su futuro a la gestión del talento,
con un equipo de personas altamente cualificadas y de perfil
multidisciplinar, con capacidad de dar respuesta a los
nuevos retos y proyectos de futuro.
En Chile, lidera el proyecto de Centro de Excelencia en
Nanotecnología, (CEN) apoyado por CORFO en el marco
del programa de atracción de Centros de Excelencia
Internacional.
Contenido
1
2
3
4
5
Hacia dónde va la manufactura aditiva?.
Hitos en el control de la materia.
Diseño o programación?.
Nuevas herramientas de diseño
Revolución Industrial o cambio de paradigma?
Análisis de herramientas
La implementación industrial... de qué manera?
Poner la tenologia al alcance
Nuevos talentos para nuevos retos. Capital Humano
Academia y profesión
1
Hacia dónde va la manufactura aditiva?.
Hitos en el control de la materia
Hacia dónde va la manufactura aditiva?
La presión mediática actual sobre el 3D Printing se podria equiparar a lo que pasaba en los 60 cuando
se decía a los chefs que el futuro de la cocina estaría en los microondas..Neil Garshenfeld (CBA-MIT)
Como cualquier otra tecnología de producción
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Capacidad de procesar muchos más materiales, con mayores
funcionalidades, siendo respetuosos con el medio ambiente.
Mayor resolución, paredes más finas, mejor acabado
superficial y menos post proceso.
Mayores dimensiones y volúmenes de producción.
Producción más rápida i de mayor precisión.
Operaciones más sencillas y fiables.
Costos más bajos.
 reducción de residuos y subproductos de la fabricación,
 uso de menor cantidad de energía.
 uso de menos materiales.
Numero más elevado de aplicaciones.
Hacia dónde va la manufactura aditiva?
Barreras, retos y oportunidades:
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•
Los costos de los componentes son demasiado elevados para la adopción a gran escala
Procesos demasiados lentos y materiales demasiado caros
Inversiones elevadas para la adquisición de maquinaria.
Nuevos modelos de negocio que deben reducir el coste de provisión
Los procesos de FA no son suficientemente robustos para soportar altos volúmenes de
producción
Es necesaria más consistencia entre máquinas y lotes de producción
Escasos métodos de control y monitorización de procesos en línea.
Necesidad de post procesos para alcanzar las expectativas de producción.
Los procesos de FA y la información disponible son relativamente inmaduros.
Muchos procesos son percibidos por algunos sectores con un TRL(1) bajo.
Poca información disponible de datos técnicos de materiales y procesos, en lo que hace a
comportamiento y parámetros, capacidades geométricas, estándares de calidad…
Materiales disponibles limitados
Materiales no optimizados para los procesos de fabricación aditiva.
Materiales no suficientemente funcionales y durables.
Número limitado de materiales a escoger
Coste de materiales elevado
(1) Technology Readiness Level.
La cadena de valor
Ingeniería inversa
Modelado & Simulación
Algorítmica generativa.
Compiladores de
materia.
• Software de evolución
interactiva.
• FabApps.
• Desarrollo de
materiales: metales,
polímeros, cerámicos,
híbridos...
Fabricación
Fabricació
Selección
Selecció del proceso
procés
• Base de datos de
materiales
• Base de datos de
les capacidades
de los procesos.
• ...
• Sensorización
• Automatización
• Control de
proceso.
• Planificación de
procesos
• Incremento de
capacidades:
eficiencia,
precisión,...
Educación integrada
Desarrollo y formación
laboral
TIC &
integración en
planta
•
•
•
•
Materiales
Materials
Disseny
Diseño
Hardware
Maquinari
• Desarrollo de
procesos
• Sistemas
especializados
• Sistemas portables
• ...
Acabados
Acabats
• Tratamientos
térmicos.
• Recubrimient
os.
• Mecanizados.
• Pulidos.
• Equipamiento
auxiliar
• ...
Sostenibilidad:
“People, Profit, Planet”
• Integración de
procesos
• Planificación de
procesos
• Control de calidad
• ...
Inspección
Inspecció
Validación
Validació
Aplicaciones
Aplicacions
avantguarda
punteras
• Geometría
• Propiedades
de los
materiales
• Métodos de
ensayo
destructivo
• ...
• Diseño de
componentes
• ...
Hitos en el control de la materia 1
1ª. El control de la forma
•
•
•
Control sin precedentes sobre la forma de los objetos. Los
sistemas de fabricación aditiva producen objetos con casi
cualquier geometría compleja.
La complejidad es gratuita.
 Substitución de las maneras más caras de hacer las cosas.
 Ampliación del abanico y tipo de objetos que se pueden
fabricar.
Fabricación personalizada.
 Cómo se diseñará y utilizará
 Quien lo diseñará y donde se producirá
 Oportunidades sin requerimientos
 Democratización de la innovación
1.
Hod LIPSON. The BRIDGE. Linking engineering and society. National academy of engineering. “Frontiers in
additive manufacturing. The shape of things to come”. Vol. 42, no.1, spring 2012. Whasington DC. Pp 5-12
Hitos en el control de la materia
2ª. El control de la composición. Dar forma a la estructura interna de los materiales
•
•
•
•
La fabricación aditiva permite hacer materiales dentro de
materiales.
Combinación de materiales de diferentes propiedades,
donde y en la proporción que sea necesario.
Difícil predecir las propiedades de estas combinaciones y
poca preparación para sacar provecho de este nuevo
espacio de diseño.
La combinación del control de la forma y de la composición
de la materia permitirá el diseño funcional de
comportamientos.
Hitos en el control de la materia
2ª. El control de la composición.
•
•
•
Todas les áreas de conocimiento se verán afectadas.
Difícil imaginar las implicaciones que tendrá para cualquier ámbito de
aplicación que utilice el diseño i la fabricación de objetos físicos.
Ejemplos:



Depositando células vivas se haría posible la fabricación de
implantes de tejidos heterogéneos.
Agrupando principios activos en posición y dosificación
determinadas se haría posible la medicación personalizada JIT.
Controlando donde se colocan los materiales, cuales pasan por
el proceso de cocción y cuales no, en qué orden se colocan,
cuando y en qué cantidad, se hará posible la fabricación de
alimentos a medida…
Hitos en el control de la materia
3ª. El control de la función. Programar el comportamiento con materiales activos
•
Skylar Tibbits | MIT / STRATASYS Self
Assembly Lab.
•
•
•
Kenneth C. Cheung and Neil Gershenfeld Center for
Bits and Atoms, Massachusetts Institute of Technology,
Cambridge, MA 02139, USA.
•
Imprimir materiales programados que se comportan de una
manera determinada, que es construyen solos, que se pueden
transformar desde una forma a otra de manera autónoma para
percibir, actuar, calcular y comportarse.
La información no estará en el diseño sino en el material.
Programar las propiedades de los materiales. –mecánicas,
ópticas, acústicas, electromagnéticas, térmicas, eléctricas,
químicas.
Llegados a este punto se podrá “imprimir” cualquier cosa, pero
no se asimilarán a los “objetos” actuales. No estarán limitadas
por las restricciones de los procesos productivos y no serán
diseñados directamente por las personas.
Un nuevo paradigma para la ingeniería– nada diferente del de
la biología.
Hitos en el control de la materia
3ª. El control de la función. Programar el comportamiento con materiales activos
Press fit diode.
Active electronic component
made from digital material.
Popescu & Ward.
Kenneth C. Cheung and Neil Gershenfeld Center for
Bits and Atoms, Massachusetts Institute of Technology,
Cambridge, MA 02139, USA.
Electronic digital materials
Mechanic digital materials
Hitos en el control de la materia
3ª. El control de la función. Programar el comportamiento con materiales activos
Recrear la historia de la electrónica digital con solo 5 componentes.
From electronic digital materials
…to Press fit Circuit Boards
http://video-subtitle.tedcdn.com/talk/podcast/2013U/None/SkylarTibbits_2013U-480p-es.mp4
http://www.selfassemblylab.net/research_projects.php
Will Langford
Will.langford@cba.mit.edu
2
Diseño, Programación, FabApps...?
Nuevas herramientas de diseño CAD
Nuevos sistemas y herramientas de diseño
Sistemas CAD / CAE actuales. Continuaran dominando el futuro cercano. Pero surgen nuevos paradigmas.
•
•
•
CAD. Herramienta fundamental en el diseño de productos.
Función y formato sin cambios . Interficies mejoradas,
manipulaciones geométricas más rápidas, más fiables,
gráficos tridimensionales y fotorealistas, pero es un tablero de
dibujo 3D. NO APORTAN PERCEPCIÓN, NI
COMPRENSIÓN, NI IDEAS PROPIAS.
Imaginación limitada y ceguera cultural
 Objetos producidos en masa condicionados por las
restricciones de los procesos productivos.
 Estrategia y capacidad de diseño impuestas por las
propias herramientas CAD convencionales.
Son necesarias nuevas herramientas que puedan
aprovechar el vasto espacio de diseño que ofrecen las
capacidades de fabricación aditiva.
Nuevos sistemas y herramientas de diseño
Representación de algoritmos.
•
A medida que avanza la capacidad de control de la forma, la
composición y el comportamiento de la materia es más
apropiado programar que dibujar. .
•
Programar el proceso de “creación de la forma” en lugar
de describir su geometría.
•
Existen más formas irregulares y complejas que formas
regulares. Con nuevas herramientas se podrían explorar este
tipo de geometrías complejas.
http://n-e-r-v-o-u-s.com/blog/?cat=98
Contenido
Compiladores de materia
•
Un enfoque alternativo: especificar lo que ha de hacer
el diseño, no a qué se ha de parecer y dejar que la
máquina compile el diseño en geometría funcional.
•
El resultado: estructura óptima de aspecto orgánico
con muchas cavidades, modificable en tiempo de
compilación si hace falta añadir nuevos requerimientos.
“The art of structure is where to put the holes.” Robert le
Ricolais, 1894-1977.
•
Permitirá hacer frente a requerimientos complejos
explotar las capacidades de producción de la
fabricación aditiva multimaterial a medida que esté
disponible.
Atsushi Kawamoto et al. “Prototyping lightweight car seat structures using topology optimization
and additive manufacturing “ Proceedings of 7th IAM Conference . Nottingham. 2012
Contenido
Software de evolución interactiva
Leonel T. Dean. Future Factories. Mass
Individualization
•
Cómo resolver aspectos de diseño no cuantificables
como la estética?
•
Muestra una serie de conceptos iniciales y permite
indicar al experto lo que más le gusta. Con esta
información la máquina infiere el sentido estético del
diseñador y genera nuevas soluciones que satisfagan
los requisitos cuantitativos y los cualitativos.
•
No hará falta que el diseñador sea un experto en el
dominio de la herramienta.
•
El diseñador, en el proceso, encuentra nuevas ideas.
Contenido
FabApps1
https://www.aliveshoes.com/
1. Clune, J., and H. Lipson. 2011. Evolving Three-Dimensional Objects with a
Generative Encoding Inspired by Developmental Biology. Proceedings of the
European Conference on Artificial Life
•
Cómo diseñar de manera segura, viable y con
calidad sin ser diseñador?
•
Aplicaciones CAD sencillas, específicas para
un tipo de producto que encapsulen todo el
conocimiento necesario en el momento que
provean al usuario de un nivel apropiado de
flexibilidad.
•
Se podrán bajar por un módico precio, guiarán
en el proceso de diseño y “nos harán sentir
profesionales”.
3
Revolución Industrial o cambio de paradigma?
Análisis de signos
The New Industrial Revolution: Everyone's a Maker?
Análisis de signos
Transformaciones debidas a la Fabricación Aditiva
•
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Capacita la fabricación de productos innovadores a
través del diseño y la integración de nuevos materiales: más
ligeros, más resistentes, sin ensamblado...
Una máquina, de ilimitadas líneas de producción.
Objetos muy pequeños : nano y micro piezas
Pagar per peso. La complejidad es gratuita.
Producciones unitarias, fabricadas bajo demanda.
Aporta una forma de producir con un menor consumo de
materias primas y de energía, mediante nuevas
plataformas de fabricación más flexibles, eficientes y
rendibles, factor que representa una menor carga sobre los
recursos naturales y el medio ambiente.
Análisis de signos
Transformaciones debidas a la Fabricación Aditiva
•
•
•
•
La tecnología digital se está integrando progresivamente
con Internet, lo que permite la verdadera personalización.
Opción económica para pequeñas producciones e incluso
para producto unitario, en especial para productos de alto
valor añadido…. Sobre todo con metales (Ej: prótesis
personalizadas).
Cambia la forma de desarrollar, comercializar, distribuir
y comprar.
Puede transformar las opciones del consumidor, pero
también podría desafiar el control sobre la propiedad
intelectual o sobre las normativas vigentes de seguridad de
productos (Ej: Juguetes)
Análisis de signos
Transformaciones debidas a la Fabricación Aditiva
Paul Brody et al. The New Software Defined Supply Chain. Preparing for the
disruptive transformation of Electronics design and manufacturing. The IBM
Institute for Business Value . Proceedings of AMI Conference, 2013. Nottingham
•
De la producción localizada en grandes factorías
con costosas herramientas, a la producción
distribuida y sin herramientas.
•
Estimula modelos de negocio alternativos y
nuevos enfoques de la cadena de suministro.
•
Tiene la capacidad de comprimir en gran medida
la cadena de suministro y permite la fabricación
simultanea en diversos emplazamientos cerca del
punto de consumo, lo que supone evidentes
beneficios para al consumidor, la economía local y
el medio ambiente.
Análisis de signos
Transformaciones debidas a la Fabricación Aditiva
•
Manufactura accesible a todos – barreras de entrada
pequeñas. La reciente introducción de la impresión en 3D
de bajo coste ha permitido a los consumidores participar
también en la fabricación de los productos a partir de
datos digitales comprados o compartidos en línea,
•
“Servicios de impresión”- Impresión en el hogar.
Autofabricación de piezas de recambio y pequeñas piezas
en casa evitando gran parte de la industria y de la
cadena de valor tradicionales.
Análisis de signos
Cambios tecnológicos: “3 Nuevas Tecnologías”
•
•
•
•
La fabricación aditiva. Más que una herramienta es un ecosistema: Ciencia de materiales,
Diseño Open Source, Diseño de aplicaciones, Equipos y máquinas, Crowdsourcing.
La Robótica: De la robótica industrial robusta, se pasa a robots flexibles, ligeros,
colaborativos... El siguiente paso es la robótica inteligente.
El ingrediente final es el crecimiento del hardware de computación de propósito general de
código abierto , la electrónica open source.
Los tres ingredientes tienen una cosa en común: el software. De la producción dirigida por el
hardware se pasará a la producción centrada en el software: Diseñar e “imprimir” bajo
demanda ( a petición) Reconfiguración rápida del ensamblage, Desarrollo de Apps sobre
sistemas estándar.
Análisis de signos
4
La implementación industrial... de qué manera?
Tener las tecnologías al alcance.
Tener las tecnologías al alcance
•El ecosistema será global y Chile debe estar dispuesto a formar parte de esta
corriente.
•Qué alternativas existen?
•
Ahogarnos, que nos pase por encima y nos destruya.
•
Nadar y guardar la ropa. Veamos como avanzar sin cambiar demasiadas
cosas y siempre con la presión encima.
•
Crear juntos un barco potente donde tengamos espacio todos y que nos
lleve muy lejos.
•El reto será identificar claramente aplicaciones tractoras
de alto impacto local, para posterior impacto global.
•Determinante el análisis de fortalezas en manufactura
con aplicación aditiva.
•Favorecer la creación de nuevos actores de la cadena
de valor – Inversión público-privada.
Tener las tecnologías al alcance
• No menospreciemos los efectos de acercamiento de la
tecnología a los emprendimientos más diversos
• Busquemos el efecto democratizador y démosle soporte
mediante programas específicos.
• Cabe estructurar puntos de referencia para soporte y
dinamización competencial.
Marty Neumeier
“Talent Handprint”
5
Nuevos talentos para nuevos retos. Capital Humano?
Academia y profesión.
Algo para meditar
Preparar una estrategia, no una apuesta. Estrategia que debe
basarse en la Especialización Inteligente
Poner la tecnología al alcance de todos para crear cultura de
diseñadores y fabricantes (makers)
•
•
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•
Sociedad : Fablabs, Ateneos de la Fabricación
Escuela: Fablabs, proyectos tecnológicos curriculares,...
Universidad: Formación intensa y coordinada en las áreas de
conocimiento relativas al control de la materia y las ingenierías
aplicadas.
Empresas: disponer de un espacio donde validar estas
tecnologías para sus nuevos productos, un espacio de
asistencia, consultoría, puesta al día en las tecnologías
actuales,.... donde evolucionarlas para dar solución a nuevas
necesidades, Centros de excelencia en Fabricación Aditiva y
más extensamente en Fabricación Digital
Capital humano
• Transformación de habilidades –
Ingenieros y técnicos necesitarán entrenar, transformar y adquirir nuevas habilidades para crecer en industrias de
alto poder de crecimiento según estos avancen.
• Creación de puestos de trabajo Las industrias de crecimiento rápido ya juegan un claro papel en la creación de puestos de trabajo, pero
incrementaran su demanda especializada en un futuro próximo.
• Competencia por el talentoReto a dos niveles. Con muchas habilidades de ingeniería necesarias en común en las diferentes industrias, se
planteará una fuerte competencia por captar los mejores perfiles.
• Más rápida adopción de nuevas tecnologías Gran parte del potencial de las industrias analizadas recae en la capacidad de las grandes y pequeñas empresas
de identificar la innovación existente en sus propios negocios de manera más rápida.
• La necesidad de mayor diversidad Para mantenerse competitivo en el futuro es claro que todas las organizaciones deben aprovechar una
disponibilidad de talento más diversa. Esto significa que el talento será vital para atender mercados globales,
gestionando la innovación y atrayendo nuevo talento.
IET Report Nov 2014 -Six fast growing industries that will drive the future
employment of engineers and technicians in the UK
Capital humano
• El informe de la Comisión Europea sobre la nueva revolución industrial, plantea un crecimiento en niveles de
talento y capacidades altos, mientras los perfiles de menor nivel de habilidad bajarán en su demanda hacia
el 2025.
•En áreas como la ingeniería eléctrica, se sugiere una demanda que doblará su cifra, mientras que en
ámbitos como los Smart Grids, se espera la creación de toda una nueva generación de puestos de trabajo de
muy alto nivel de capacitación, basados en talento ingenieril multidisciplinar.
Fuente: Report from European Comission on “A New Industrial Revolution”
.
Capital humano
• Será necesario promover la cooperación interdisciplinar entre ámbitos de competencia (Ej: Ingeniería de
manufactura, ingeniería de automatización y entornos TIC) para poder producir sistemas desde una aproximación
ingenieril.
•Esto requerirá de un mutuo entendimiento entre disciplinas, con posiciones y acercamientos orientados a una
visión integrada de la estrategia, procesos de negocio y sistemas.
•Investigación interdisciplinar será también necesaria para enlazar tecnología y regulación. Expertos legales
deberán estar vinculados desde fases tempranas del proceso de R&D.
• Por la misma razón, los ingenieros necesitarán adquirir progresivamente un entendimiento básico de las
componentes regulatorias, de manera que puedan establecer un diálogo adecuado con sus contrapartes legales.
Fuente: Securing the future of German manufacturing industry
Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0
Final report of the Industrie 4.0 Working Group
jlcheca@fundacionleitat.cl
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