Rheinmetall UK actúa como contratista principal de defensa en el Reino Unido, suministrando sistemas avanzados terrestres, electrónicos y de armas al British Army, con un fuerte enfoque en la capacidad soberana y la fabricación local. Entre los programas clave se incluyen el Boxer Mechanised Infantry Vehicle (MIV), el Challenger 3 Main Battle Tank y la nueva "UK Gun Hall" para la fabricación de cañones
En programas anteriores de desarrollo de vehículos, los conductos para sistemas como el Crew Temperature Control System se diseñaban utilizando tuberías flexibles que conectaban cajas de unión fabricadas en chapa metálica. Este enfoque ha funcionado bien durante muchos años y ofrece una solución sencilla y asequible para los conductos de vehículos. En programas de modernización de vehículos como el programa Challenger 3 de Rheinmetall UK, este enfoque ya no es viable debido a las importantes limitaciones de espacio y a la adaptación de la arquitectura del vehículo existente.
Para componentes de conductos complejos se podrían utilizar diversos métodos de producción, como el moldeo por inyección o el moldeo rotacional. Sin embargo, estos requieren herramientas costosas y, para la producción de bajo volumen, este coste de utillaje es significativo. Además, en los programas de desarrollo de vehículos, los conductos de aire suelen pasar por muchas iteraciones y a menudo requieren cambios tardíos debido a que otros subsistemas compiten por el espacio. Por lo tanto, existe el riesgo de que sea necesario volver a fabricar el utillaje y que las piezas producidas originalmente a tiempo para las pruebas tengan que rehacerse para la producción del vehículo.
Teniendo en cuenta estas presiones, la fabricación aditiva ofrece una solución. No hay costes de utillaje para las piezas, los diseños pueden modificarse rápidamente para adaptarse a otros cambios del sistema y la complejidad de las piezas no aumenta el coste.
Tanto SLS como SLA se investigaron en detalle para esta aplicación, y la decisión de seleccionar FFF se basó en múltiples factores.
La primera consideración es la funcionalidad requerida de las piezas producidas. En esta aplicación, existen requisitos estrictos de retardancia a la llama, baja generación de humo y baja toxicidad. Las temperaturas de funcionamiento superiores e inferiores redujeron aún más las opciones de materiales, dejando candidatos como PA2241FR (SLS) y ULTEM 9085 (FFF). En ese momento, no se identificaron materiales SLA adecuados que cumplieran todos los requisitos.
El acabado superficial es importante, no solo para la estética de la pieza, sino también para un buen flujo de aire dentro de los conductos. Las piezas SLS y SLA tienen un acabado superficial extremadamente bueno directamente al salir de la máquina. El acabado superficial de las piezas FFF puede ser más rugoso y requerir posprocesamiento para mejorarlo. Los conductos deben retener bien el aire para evitar caídas de presión innecesarias. SLA y SLS producen paredes de pieza sólidas, mientras que FFF puede dejar huecos de aire que requieren sellado o pintura para mitigarlos.
Se requerían secciones de conductos grandes, por ejemplo 400mm+, lo que significaba que algunas de las máquinas SLA más asequibles no eran adecuadas. Los volúmenes de fabricación más grandes en máquinas SLS aumentan significativamente el coste, mientras que las máquinas FFF con mayor volumen de fabricación están disponibles a costes más bajos.
Para esta aplicación de producción de bajo volumen necesitamos un equilibrio adecuado entre coste y productividad. SLS puede ser altamente productivo, pero implica un alto coste de capital para equipos e infraestructura. Las máquinas SLA de gran formato también pueden ser altamente productivas, produciendo lotes de piezas rápidamente, pero también tienen un precio elevado. Las máquinas FFF de gran formato y alta temperatura pueden ser más asequibles que SLS o SLA, pero no ofrecen el mismo nivel de productividad que los otros dos procesos.
Por último, está la cuestión de si fabricamos estas piezas internamente o las externalizamos a un proveedor para su fabricación. Esta es otra decisión clave y requiere considerar el coste total del programa, la preparación de la cadena de suministro, la agilidad de producción requerida y el control del proceso de producción.
Para tomar una decisión, tuvimos que considerar las ventajas y desventajas de cada tecnología y si la incorporaríamos internamente o la externalizaríamos a un proveedor.
Las ventajas de contratar la producción externamente, como la ausencia de inversión de capital y el acceso al know-how del proveedor, se vieron superadas por la falta de proveedores cualificados disponibles, por ejemplo con acreditación Cyber Essentials +, el menor nivel de control de producción, el ritmo de aprendizaje más lento y las iteraciones más lentas al no tener acceso a la maquinaria.
Tanto SLA como SLS requieren una mayor inversión de capital y una integración más compleja en el taller de producción.
SLS no pudo ofrecer una opción de material adecuada que cumpliera todos los requisitos y proporcionara suficiente confianza para compensar la mayor complejidad del proceso de producción.
La cadena de suministro del Reino Unido para piezas SLS en PA2241FR no era competitiva en ese momento. Para la adopción interna, el proceso era demasiado costoso y no habríamos utilizado la máquina a plena capacidad solo con estas piezas. Si hubiéramos tenido requisitos de volumen mucho mayores, la producción SLS interna podría haber sido más competitiva en costes.
El coste de capital de FFF era considerablemente menor que el de las otras opciones, con una instalación mucho más sencilla en el taller de producción, menos riesgos de seguridad y menores requisitos de formación que cumplir. Rheinmetall UK tenía mucha experiencia en el uso de FFF para producir prototipos como apoyo al diseño. Este know-how significó que adoptar FFF para la producción de piezas de uso final también suponía un menor desafío cultural y de formación.
La productividad de FFF cumplía con la capacidad de producción requerida por Rheinmetall UK dentro del programa Challenger 3 y requería un espacio mínimo en el taller de producción.
Las debilidades de FFF en esta aplicación pueden mitigarse de forma asequible. Mediante el acabado vibratorio y la pintura de las piezas FFF ULTEM 9085, se puede fabricar un producto de buena calidad sin añadir costes significativos de capital ni de pieza individual.
Considerando todas estas compensaciones en conjunto, se decidió que, para la producción de conductos, Rheinmetall UK debería seguir una estrategia de fabricación de las piezas internamente utilizando FFF con ULTEM 9085 , ya que esto ofrecía la solución más asequible, más flexible y de menor riesgo frente a las otras soluciones exploradas.
Hay una buena selección de fabricantes en todo el mundo que ofrecen impresoras FFF de alta temperatura capaces de producir piezas en ULTEM 9085. Durante nuestro proceso de preselección, consideramos las ofertas de varios fabricantes.
Al final, la decisión de comprar un miniFactory Ignite se redujo a:
Coste de la máquina vs. productividad – La miniFactory Ignite era una de las máquinas de menor coste, pero aun así ofrecía un gran volumen de construcción y un nivel competitivo de productividad.
Área de construcción – por el precio de la máquina, miniFactory ofrecía un gran volumen de construcción que permite la producción por lotes. Esto significa que podemos reducir los costes de mano de obra en la gestión de las impresiones y utilizar más horas sin supervisión para imprimir durante la semana y el fin de semana.
Seguridad – Las máquinas miniFactory se fabrican en Finlandia y, por lo tanto, se consideraron de menor riesgo cibernético que algunas de las de otros fabricantes.
Costes operativos – miniFactory Ignite es un sistema abierto, lo que significa que Rheinmetall UK podía comprar material de alimentación en grandes cantidades directamente al fabricante a precios muy competitivos. Esto tiene un impacto significativo en el coste por pieza. Además, el coste de propiedad era menor. Se requerían menos consumibles, p. ej. placas de construcción reutilizables, boquillas de larga duración y un paquete de soporte asequible. Todos estos aspectos contribuyen a reducir los costes de producción.
Soporte en Reino Unido – no todos los fabricantes de impresoras podían ofrecer una solución de soporte con sede en Reino Unido. Esto es importante, ya que el tiempo de inactividad de la máquina no solo puede afectar a la productividad, sino también provocar retrasos en el programa. 3DGBIRE presta el soporte para miniFactory en Reino Unido y se encuentra a solo unas horas por carretera de las instalaciones de Rheinmetall UK en Telford.
La compra e instalación de la máquina fue solo el primer paso para desarrollar y optimizar la capacidad de producción.
Al tener una máquina en el taller de producción, nuestros diseñadores pudieron aprender sobre el impacto de sus decisiones de diseño y realizar cambios rápidamente para mejorar tanto la funcionalidad como la eficiencia de costes. También pudimos optimizar los perfiles de impresión para obtener los mejores resultados.
La práctica habitual en la optimización de fabricación aditiva suele ser consolidar piezas. Descubrimos que, para esta aplicación, ocurría lo contrario. Al dividir las piezas y crear uniones, pudimos reducir la cantidad de material de soporte necesario o incluso eliminarlo por completo. Esto significó que pudimos imprimir piezas más rápido, con menos material y menos horas de mano de obra de posprocesamiento. También nos permitió alcanzar nuestros requisitos de productividad con una sola máquina, proporcionando ahorros significativos.
Pudimos optimizar nuestras disposiciones de lote y establecer el enfoque de posprocesamiento más rentable para la aplicación específica.
Tener acceso a la maquinaria también hizo mucho más fácil experimentar con soluciones, por ejemplo, el método de unión óptimo, adhesivos compatibles, enfoques de numeración de piezas, métodos de acabado superficial y acabados de pintura. Desarrollar esta solución a medida en la cadena de suministro habría requerido mucho tiempo y habría sido costoso.
Tras la adquisición de la máquina miniFactory Ignite y el trabajo realizado para desarrollar los procesos de producción, la fabricación aditiva es ahora la solución de referencia para la fabricación de conductos en el programa Challenger 3.
La adopción de la fabricación aditiva ha permitido una rápida iteración de diseño antes inimaginable. Hemos podido demostrar que es posible realizar cambios de diseño y producir una pieza de repuesto en un día.
El cambio a la fabricación aditiva ha proporcionado grandes ahorros de costes generales, pero el mayor beneficio está en el ahorro de flujo de caja. Al fabricar bajo demanda, se han mitigado los costes de adquisición de piezas y su almacenamiento. No hay costes de utillaje ni riesgo de aumentos significativos de costes debido a cambios de diseño.
Con la producción bajo demanda, no existe riesgo de que las piezas se pierdan o se rompan durante el almacenamiento y, si las piezas se dañan durante el montaje, se pueden fabricar reemplazos rápidamente.
Tener la maquinaria en las instalaciones ha acelerado enormemente el aprendizaje. Nuestras habilidades de «Design for Additive Manufacturing» han mejorado, lo que ha dado lugar a productos de mayor calidad, una productividad mejorada y menores costes.
La adopción de la fabricación aditiva también ha reducido el riesgo general del programa, a pesar de ser un nuevo proceso de fabricación. La capacidad de responder rápidamente a los cambios minimiza el potencial de retrasos en el programa y ciclos de adquisición prolongados.
Finalmente, adoptar la fabricación aditiva para piezas de uso final ha reforzado el enfoque en la optimización del diseño y la eficiencia de costes en la fabricación. Tener el equipo de fabricación accesible para los diseñadores ha sido de gran ayuda.
Este proyecto ha acelerado aún más la adopción de la fabricación aditiva por parte de Rheinmetall UK para piezas de uso final. Por ejemplo, desde la adopción de miniFactory para la fabricación de conductos de polímero, la empresa ha invertido en la tecnología Metal Paste Deposition de Rapidia para producir componentes de acero para vehículos. Es probable que en el futuro aún más componentes sean competitivos en costes para producirse mediante fabricación aditiva.
Por Julian Wright, Technology Programmes Manager - Rheinmetall BAE Systems Land Ltd
Imagen de cabecera: Challenger 3 Main Battle Tank, Ministry of Defence © Crown copyright 2026. Utilizado bajo la MOD News Licence.
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