La tecnología HIP a 1.400 grados centígrados revoluciona la producción en 3D

El pasado mes de noviembre, tuvimos la oportunidad de observar de primera mano el funcionamiento del Centro de Innovación de Hiperbaric, pionero en el sur de Europa para componentes de alto rendimiento en producción 3D de las industrias aeroespacial y sanitaria. Hablamos con representantes de la compañía burgalesa y con algunos de sus clientes y colaboradores, quienes nos mostraron las ventajas del uso de esta tecnología puntera que está revolucionando la fabricación aditiva.

‘Hipear’ una pieza metálica o cerámica o, lo que es lo mismo, someterla a 2.000 bar de presión y 1.400ºC de temperatura, mejora sus propiedades mecánicas como vida a fatiga, resiliencia o ductilidad. Si además las piezas de alto rendimiento están realizadas por fabricación aditiva o impresión 3D, el prensado isostático en caliente (del inglés Hot Isostatic Pressing, HIP) aporta grandes beneficios al eliminar la porosidad de los componentes de alto rendimiento destinados, sobre todo, para la industria sanitaria y aeroespacial. El HIP es una tecnología que está llamada a revolucionar el mercado de impresión 3D, en plena expación y que, según varios estudios, crecerá en torno a un 17% anual hasta 2025. Es más: en 2021, esta industria ya creció el 19,5%. “Aplicando HIP a las piezas metálicas fabricadas con impresión 3D conseguimos eliminar cualquier posible defecto en piezas destinadas a sectores muy exigentes como el espacial o el protésico”, nos explicó Rubén García, HIP Proyect Manager de Hiperbaric. En nuestro país, esta empresa burgalesa es la única compañía española que fabrica actualmente equipos de HIP. Hiperbaric diseña, fabrica y comercializa tecnología y equipos industriales de altas presiones. Las primeras ventas de esta tecnología se prevén para el próximo año. Y, a partir de 2024 y hasta 2027, la compañía aspira a colocar en el mercado entre 3 y 5 equipos HIP al año, lo que representaría más del 6% de sus ventas. Un dato más: esta cifra superará los 10 millones de euros de ventas anuales a partir de 2027.

Hiperbaric inauguró en Burgos en 2011 el primer Centro de Innovación HIP que existe en el sur de Europa, en el que varios investigadores testean nuevos desarrollos de materiales mediante HIP y trabajan en las oportunidades que esta tecnología aporta a la fabricación aditiva. “Como estamos tan metidos en el mundo del HIP y de la fabricación aditiva, nos hemos convertido en usuario de la impresión 3D para hacer nuestros equipos de HIP, indicó García para, seguidamente, explicar las ventajas que les aporta: “En la máquina HIP que estamos construyendo ahora hemos sido capaces de diseñar un intercambiador por fabricación aditiva que enfría el contenido de la carga muy rápidamente”. “HIP cuenta con un enorme potencial como tecnología de fabricación avanzada”, subrayó, por su parte, Iñigo Iturriza, director de Materiales y Fabricación Aditiva de CEIT, Centro de Estudios de Investigaciones Técnicas, una de las entidades pioneras en España en el uso de esta tecnología gracias a sus innovaciones en torno a materiales para impresión 3D.

Eliminación de defectos y diseños más ligeros

Además de mejorar las propiedades mecánicas, el HIP aumenta la resistencia frente a fatiga y da lugar a piezas con microestructura de grano fino con buenas propiedades mecánicas. Esta tecnología elimina la porosidad y otros defectos internos, da mayor consistencia a materiales de alto rendimiento, permite recuperar piezas defectuosas y hace posibles diseños más ligeros y de menor peso. También cuenta con un componente sostenible de gran valor porque reduce el consumo de material y los costes asociados a los controles de calidad por la implementación de control estadístico por ensayos no destructivos (NDT), reduciendo el número de unidades que necesitan ser testadas. “Hoy en día, todas las empresas aeronáuticas están haciendo esfuerzos por reducir peso en los aviones porque así disminuyen las toneladas de CO2 que emiten a la atmósfera”, explicó Rubén García. Según sus palabras, con la impresión 3D el sector tiene ahora ‘libertad absoluta de diseño geométrico’, lo que permite diseñar piezas que antes era imposible, como es el caso de geometrías esqueléticas con funcionalidades nuevas o huecas por dentro. Por otra parte, “la impresión 3D _continúa_ permite optimizar las piezas de tal forma que con un 60% del peso te hagan la misma función. Además, reduce también los desperdicios porque sólo utilizas el material preciso para fabricar la pieza”. El HIP Proyect Manager de Hiperbaric también recordó que el sector aeronáutico es muy garantista y el HIP es para ellos un seguro de vida puesto que si no pudieran ‘hipear’ las piezas, “tal vez no se animarían a utilizarlas; es difícil garantizar que no vaya a tener defectos”. En este sentido, Hiperbaric mantiene una Alianza de Colaboración en I+D Industrial con Aenium, ingeniería especializada en tecnologías de fabricación aditiva y ciencias de materiales complejos, con quien está utilizando la tecnología HIP para postprocesar metales y aleaciones complejas de alto valor añadido y nuevos materiales para el sector aeronáutico.

“Creemos que en fabricación aditiva toda pieza que vaya a estar sometida a muchos esfuerzos desde un punto de vista mecánico llevará el HIP asociado”, aseguró rotundo García durante la visita al centro. Por ejemplo, el HIP es una tecnología muy utilizada en automoción, sobre todo en vehículos deportivos y en equipos de Fórmula-1, y tiene todavía mucho recorrido para piezas cerámicas técnicas para satélite, bolas de rodamiento de cerámicas para el sector aeronáutico y para el coche eléctrico, lentes de telescopios o piezas para satélites. De hecho, según sentenciaron desde Hiperbaric, “en el espacio existen fortísimas variaciones térmicas y las piezas cerámicas ‘hipeadas’ las soportan muy bien”.

Tecnología punta para el sector médico-protésico

También el sector de implantes médicos se beneficia por completo de la libertad de diseño que ofrece la fabricación aditiva gracias al HIP. Es el caso de Optimus 3D, ingeniería especializada en tecnologías de fabricación aditivas, quien emplea tecnología HIP de Hiperbaric, ya que mejora la vida a fatiga al eliminar los defectos y poros internos que podrían provocar la aparición y propagación de grietas que terminarían provocando la rotura del implante. Incluso, en algunos casos, han conseguido alargar la vida del implante hasta 33 veces. La fabricación de implantes de cadera, implantes de rodilla o implantes dentales se encuentran entre las aplicaciones clásicas del HIP para este sector. Otra aplicación clásica se encuentran en ‘hipear’ piezas cerámicas para aplicaciones industriales, como realiza Nanoker, fabricante de productos y soluciones cerámicas técnicas avanzadas y nanocompuestas para diversas aplicaciones de alta gama, que también utiliza la tecnología HIP.

I+D aplicado a la tecnología HIP

El extenso Know-how de Hiperbaric desarrollado a lo largo de los últimos 20 años, ha permitido a la empresa burgalesa diseñar y desarrollar la tecnología de prensado isostático en caliente en el marco de diferentes proyectos de investigación. Uno de ellos es SmartMat para la investigación en nuevas tecnologías de producción de materiales avanzados, que contó con un presupuesto de 2,09 millones de euros. Otra de las investigaciones es XtremHIP para el diseño de equipos HIP de altas prestaciones, con funcionamiento basado en tecnologías disruptivas, enfocado a las aplicaciones más exigentes en el campo de la fabricación aditiva, materiales avanzados y nuevas aplicaciones, que alcanzó 1,2 millones de euros. Ambos proyectos han sido financiados por el Instituto para la Competitividad Empresarial (ICE) de la Junta de Castilla y León, y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) – Una manera de hacer Europa.