La industria 4.0 representa una transformación ecointeligente del sector industrial que incorpora tecnologías avanzadas que optimizan la producción promoviendo la sostenibilidad.
Estas innovaciones, principalmente las que vienen de la mano de la digitalización, contribuyen a la eficiencia al minimizar el desperdicio, optimizar el uso de recursos y reducir las emisiones de carbono.
En este contexto, la fabricación aditiva, como Tecnología Habilitadora Digital (THD), juega un papel crucial en la ecoeficiencia y el consumo responsable de recursos, ayudando a cumplir con los objetivos relacionados con la sostenibilidad.
La fabricación aditiva, muy conocida por el subconjunto que supone la impresión 3D, ha revolucionado la industria mediante la creación de objetos capa por capa, lo que permite una precisión y personalización sin precedentes.
Este enfoque reduce considerablemente el desperdicio de material en comparación con las técnicas de fabricación sustractivas tradicionales que suelen requerir el mecanizado de bloques grandes de material, generando residuos significativos.
Además, la capacidad de producir piezas bajo demanda disminuye la necesidad de inventarios excesivos y reduce los costes de almacenamiento y transporte, lo que también contribuye a la reducción de la huella de carbono.
Por ejemplo, empresas como General Electric utilizan la fabricación aditiva para producir componentes de turbinas de aviones. Gracias a esta tecnología, pueden reducir el peso de las piezas y optimizar su diseño, lo que resulta en un menor consumo de combustible y una reducción significativa de emisiones de CO2.
Otro ejemplo es la empresa Adidas, que emplea la impresión 3D para crear su línea de zapatillas Futurecraft. Esta técnica les permite producir calzado personalizado con un ajuste perfecto para cada cliente, reduciendo el desperdicio de materiales y mejorando la sostenibilidad del proceso de fabricación.
En términos de ecoeficiencia, la fabricación aditiva permite el uso de materiales más sostenibles y la optimización vía diseño sostenible para minimizar el uso de recursos. Por ejemplo, los diseños pueden ser optimizados para ser ligeros pero fuertes, reduciendo así el consumo de material y energía durante su producción y uso.
Además, esta tecnología facilita el reciclaje y la reutilización de materiales, integrando prácticas de economía circular que prolongan la vida útil de los recursos. La empresa de construcción ICON utiliza impresión 3D para construir viviendas con materiales sostenibles, reduciendo significativamente el desperdicio y mejorando la eficiencia energética de las edificaciones.
Un campo donde la fabricación aditiva ha mostrado un impacto significativo es en la robótica blanda (soft robotics), una rama emergente de la robótica que utiliza materiales flexibles y deformables para crear robots más adaptativos y seguros.
La combinación de robótica blanda con la fabricación aditiva ha permitido avances importantes, especialmente en la personalización y eficiencia de producción.
La robótica blanda se distingue por su capacidad de adaptación y seguridad, características que son críticas para aplicaciones en entornos dinámicos y delicados
Estos robots, gracias a sus materiales flexibles, pueden interactuar de manera segura con humanos y manejar tareas en ambientes peligrosos o con requisitos específicos, como en la medicina, la exploración espacial y la agricultura.
En el ámbito médico, los robots blandos son ideales para interactuar con tejidos biológicos delicados. Por ejemplo, se utilizan en cirugía mínimamente invasiva, donde su capacidad para deformarse y adaptarse a estructuras internas reduce el daño a los tejidos circundantes.
Además, se están desarrollando dispositivos wearables para asistir a personas con movilidad reducida. Estos dispositivos, hechos a medida mediante fabricación aditiva, proporcionan un ajuste perfecto y una funcionalidad mejorada, lo que mejora la calidad de vida de los usuarios.
En la exploración de entornos peligrosos, como la inspección de estructuras submarinas o la manipulación de materiales tóxicos, los robots blandos fabricados mediante impresión 3D pueden adaptarse a entornos variables y realizar tareas de manera segura. Un ejemplo notable es el uso de estos robots en la exploración submarina, donde su flexibilidad les permite moverse a través de espacios reducidos y adaptarse a la presión del agua sin sufrir daños.
La fabricación de robots blandos se beneficia enormemente de las tecnologías avanzadas de fabricación aditiva, permitiendo una mayor personalización, flexibilidad y eficiencia en su fabricación.
Algunas de las técnicas de fabricación aditiva utilizadas en soft robotics incluyen la impresión de materiales flexibles como elastómeros termoplásticos (TPU/TPE) y siliconas (PDMS), que son esenciales para la creación de estructuras que pueden estirarse y deformarse sin romperse. Estos materiales son especialmente útiles en aplicaciones médicas y biológicas, proporcionando una mayor adaptabilidad y funcionalidad.
La impresión de materiales 4D representa otra innovación significativa, ya que estos materiales pueden cambiar sus características en respuesta a estímulos externos, como temperatura, humedad o luz, lo que abre nuevas posibilidades para la creación de robots adaptables y autoconfigurables. En este sentido, se han desarrollado estructuras que pueden cambiar de forma para adaptarse a diferentes tareas o entornos, lo que aumenta la versatilidad y eficiencia de los robots blandos.
La capacidad de la fabricación aditiva para imprimir objetos con múltiples materiales en una sola operación es crucial para la fabricación de robots blandos con actuadores y sensores integrados
La combinación de tintas estrechables y polímeros conductores permite la creación de circuitos electrónicos integrados que mantienen sus propiedades bajo deformación, lo que es fundamental para desarrollar dispositivos inteligentes con capacidades de detección y actuación. Un ejemplo es el desarrollo de guantes robóticos blandos con sensores integrados que pueden proporcionar retroalimentación táctil en aplicaciones de rehabilitación o asistencia médica.
Además, la integración de sensores y componentes electrónicos directamente en la estructura de los robots blandos simplifica el proceso de fabricación y reduce la complejidad del ensamblaje, mejorando tanto la funcionalidad y versatilidad de los robots como la sostenibilidad al reducir los pasos de producción y el consumo de recursos, encontrando casos de uso de impresión 3D para fabricar sus pinzas robóticas flexibles, integrando sensores que permiten una manipulación precisa y segura de objetos delicados como alimentos frescos.
En conclusión, la industria 4.0 y sus tecnologías habilitadoras digitales (THD), como la fabricación aditiva, son esenciales para avanzar hacia una industria más sostenible. Al mejorar la eficiencia en el uso de recursos, reducir el desperdicio y facilitar la creación de productos más personalizados y adaptativos, estas innovaciones no sólo optimizan la producción, sino que también cumplen con los objetivos de sostenibilidad.
Así, la aplicación de la fabricación aditiva en la robótica blanda es un claro ejemplo de cómo estas tecnologías pueden transformar sectores completos, impulsando la ecoeficiencia, el consumo responsable y la innovación.
