EASA 21.G, EN 9100 y fabricación aditiva: Materialise marca la pauta de la AM en el sector aeroespacial

Gert Brabants: Cuando hablamos de calidad en nuestros procesos aeroespaciales, en realidad se reduce a tres partes diferentes: la calidad antes de empezar, la calidad durante el proceso y la calidad de después.

Gert Brabants: La calidad antes de empezar es el NPI -la introducción del nuevo producto-, donde hacemos una evaluación muy detallada de los riesgos de la pieza y las especificaciones que les pondremos. Nos permite conocer a fondo las necesidades de nuestros clientes.

Siempre que empezamos un proyecto, la conversación comienza con: "Tenemos estas piezas nuevas; estos son los requisitos y los riesgos que hemos identificado. ¿Cómo podemos hacerles frente?"

Gert Brabants: Una vez abordados y gestionados adecuadamente esos riesgos durante el proceso, podemos hablar de control del proceso. Esto implica en gran medida el seguimiento de unas piezas de muestra durante el proceso para verificar que nuestros procesos son estables y están bajo control.

Tomemos PA-FR, por ejemplo; construimos 15 muestras tipo ¨probetas¨ únicamente para pruebas de tracción solo para ver si nuestros procesos cumplen todos los requisitos. Pero, además, comprobamos la densidad, la precisión dimensional, la calidad visual y otros aspectos, como la dureza del polvo, para asegurarnos de que el proceso en sí es estable.

Gert Brabants: Tras la impresión, nuestros operarios de control de calidad inspeccionan visualmente la pieza para asegurarse de que no presenta defectos. También elaboraremos toda la documentación necesaria: informes de inspección del primer artículo (FAI), informes de pruebas sobre aspectos como el color de las piezas pintadas, y validaremos las propiedades mecánicas de la estructura sobre la que se construyen las piezas para asegurarnos de que cumplen todos los requisitos.

Gert Brabants: Seguimos el mismo proceso de NPI para todos los sectores. Más allá de eso, nuestros procesos aeroespaciales están mucho más estrictamente controlados debido a las necesidades y normativas del sector: todo, desde el número de muestras testigo que comprobamos hasta la inspección de entrada de mercancías, la calidad del material y el rigor del propio proceso, tiene que cumplir estas normas tan específicas.

También hemos desarrollado nuestro proceso de control de calidad para ajustarlo a estos requisitos; contamos con un equipo especializado y normas exclusivas para el sector aeroespacial, hay comprobaciones y controles específicos y un catálogo de defectos diferente. Sabemos que este sistema funciona, así que nuestro objetivo es aplicarlo a otros materiales que necesitan este nivel de control y calidad en sectores como el de la tecnología médica.

Erik de Zeeuw: La seguridad en la aviación es la máxima prioridad, por lo que está impulsada sobre todo por los reguladores y en parte también por Airbus como cliente (su tamaño e influencia los convierten en una especie de regulador por derecho propio). Ese nivel de regulación es muy poco frecuente en otras industrias.

Gert Brabants: Seguimos compartiendo nuestras propias normas: los márgenes con los que trabajan nuestros procesos, los límites admisibles para las características de los materiales, etc. A menudo se comparten como ejemplo dentro del sector y se aceptan en ausencia de algo como una norma ISO. Creamos este documento de control de procesos para demostrar que nuestros procesos están bajo control, congelados y son estables; es muy bien recibido por nuestros clientes. 

Creo que la normalización actual sigue centrándose en gran medida en qué controlar, no exactamente en cómo controlarlo. Por ejemplo, puede que digan que hay que comprobar las propiedades de la materia prima del polvo que se recibe, pero no especifican qué límites utilizar, con qué frecuencia hay que comprobarlo o cuál es la mejor manera de hacerlo. Sólo te dirán que te asegures de tener un control.

Erik de Zeeuw: Yo diría que hay dos razones. Por un lado, los organismos de normalización no quieren controlarlo todo: no quieren crear trampas de auditoría con sus normas y quieren que las empresas sean flexibles a la hora de interpretar lo que se exige. Sin embargo, también hay campos que aún no se han identificado.

El número de normas no ha dejado de crecer en los últimos años en toda la cadena de productos de la fabricación aditiva: configuración de máquinas, formación de empleados, preparación del polvo y ese tipo de cosas, pero se centran más en el metal que en los polímeros. Por eso seguimos impulsando nuestras normas y colaborando estrechamente con grupos como la AESA y Nadcap.

Gert Brabants: Participamos en los debates y grupos de trabajo para la certificación de piezas de baja criticidad, así como en los organismos de certificación. En ese sentido, también estamos en el asiento del conductor cuando se trata de nuevos requisitos y de cómo cumplirlos.

Lo que hemos hecho hasta ahora con los grupos de trabajo de la AESA y la FAA es debatir cómo debe ser la certificación de piezas de baja criticidad. También presentamos nuestros casos con nuestro enfoque de los derechos permitidos y cómo afrontamos el reto de la certificación a los principales socios de la industria, entre ellos Airbus, Boeing y las autoridades europeas y estadounidenses. Nos da voz en cómo vemos que esto evoluciona y nos permite seguir de cerca hacia dónde va: no tendremos una gran brecha que cerrar si algo cambia o si nos movemos en una dirección determinada.

Gert Brabants: Erik y yo colaboramos con Airbus en la puesta en marcha de los procesos de modelado por deposición fundida (FDM) y sinterizado selectivo por láser (SLS). Obviamente, aprendimos mucho de ello, y también lo aplicamos a todos nuestros clientes del sector aeroespacial. Creo que en términos de normas de proceso, Airbus tiene algunas de las más detalladas que existen.

Nos implicamos especialmente en el SLS. Hubo una verdadera colaboración en la que compartimos nuestros conocimientos del proceso y trabajamos con ellos para fijar y redactar una especificación del proceso basada en nuestra experiencia combinada. Participamos activamente en la definición de su funcionamiento y control.

Erik de Zeeuw: Por supuesto, es nuestro día a día. Lo hemos hecho para cientos de miles de piezas. Cumplimos rigurosamente esas normas, y ésa es la razón de nuestro éxito y de la confianza que nuestros clientes depositan en la fabricación aditiva con Materialise. Tengo la sensación de que cada vez que nos auditan, aprecian esta forma de trabajar.

Erik de Zeeuw: Es una evaluación del funcionamiento de la columna vertebral de nuestro sistema de gestión de la calidad y de cómo gestionamos nuestras operaciones. Por tanto, va más allá del mero cumplimiento de las normas y examina nuestra madurez como organización de fabricación.

Gert Brabants: Exactamente. No se trata específicamente de la calidad de las piezas que entregamos, sino de la configuración general: cómo controlamos los procesos y nuestro rendimiento en las entregas. ¿Cumplimos los plazos? ¿Tenemos muchas quejas sobre la calidad y cómo las tratamos? ¿Cómo resolvemos los problemas, hacemos un seguimiento y mejoramos con el tiempo?

También nos someten periódicamente a auditorías de cualificación de procesos para FDM y SLS. Cada dos años, Airbus viene a comprobar específicamente si todo está en orden con el proceso SLS. A partir de ahí, definen las carencias y las medidas que debemos tomar. Todos estos factores juntos garantizan que suministremos continuamente piezas de calidad y que sigamos mejorando cuando sea necesario.

Gert Brabants: Por un lado, es relativamente sencillo: para la mayoría de las piezas, la lista de materiales es sólo materia prima, a veces pintura o ensamblajes menores. Por otro lado, colaboramos estrechamente con nuestros proveedores: proyectos de I+D, mejoras, desarrollo empresarial básico. Tenemos una conexión excelente.

También me gustaría destacar nuestra puntuación en los procesos especiales, porque en realidad se trata de cualificar y supervisar la tecnología; cómo nos aseguramos de que el resultado de esos procesos es sólido y repetible.

Gert Brabants: Creo que se debe a que no hay mucha normalización ni datos accesibles; no se pueden encontrar bases de datos en línea sobre las propiedades de los materiales para la fabricación aditiva. Todas son bastante limitadas y específicas. La única forma de crear esa confianza con nuestros clientes del sector aeroespacial es mostrándoles los datos.

Tenemos una base de datos muy amplia porque trabajamos durante mucho tiempo con uno de nuestros socios OEM en FDM y SLS: Hace cinco años que empezamos a producir PA-FR específicamente para este socio, pero ya antes lo hacíamos para el sector aeroespacial en general. Podemos demostrar que nuestros procesos son coherentes y fiables.

Gert Brabants: Para las empresas aeroespaciales, la cualificación es esencialmente la prueba de que el proceso es suficientemente bueno, pero para demostrarlo hay que recopilar puntos de datos, y eso es caro. Pueden hacer algunas pruebas en una, dos o tres construcciones para demostrar que las propiedades del material son buenas, pero es una inversión importante para el cliente y ofrece una visión muy limitada del proceso. Es una imagen muy concreta del proceso en el tiempo que no indica cuál será el rendimiento de ese proceso dentro de uno o dos años.

Nuestros datos muestran que pudimos alcanzar la misma calidad hace cinco años que hace dos, y podremos hacerlo también el año que viene. Ese es el gran valor. Este es el tipo de datos que necesitan nuestros clientes si queremos que confíen en la fabricación aditiva, ya sea por su fiabilidad, para convencer a los responsables de la toma de decisiones o simplemente para superar el obstáculo financiero de las pruebas que les ayuden a empezar".

Erik de Zeeuw: También debemos reconocer su relevancia para las autoridades. Se dan cuenta de que la tecnología es intensiva en procesos, lo que significa que las propiedades se definen durante la impresión, no las materias primas. Por eso necesitamos un control estricto de los procesos y datos que procedan realmente del lugar donde se fabrican las piezas, no sólo lo que el fabricante de la máquina dice que puede obtener. Los datos reales de rendimiento y las deducciones permitidas¹ son importantes porque son la prueba de nuestro control del proceso, demuestran que dominamos el proceso en nuestra producción y muestran a nuestros clientes lo que pueden esperar de los productos que pretenden comprar.

Erik de Zeeuw: Yo diría que se trata más bien de una falta de concienciación sobre el nivel que ha alcanzado la fabricación aditiva. Hay múltiples ejemplos que demuestran que funciona para piezas de uso final, pero algunas de las personas con las que hablamos se sorprenden de que esté tan avanzado en el campo aeroespacial con este nivel de madurez.

Gert Brabants: Además, no hay que subestimar el tiempo que puede llevar el cambio en esta industria. Durante los últimos diez años, hemos suministrado piezas FDM a Airbus; piezas que antes se mecanizaban ahora se imprimen en 3D. Airbus utilizó estas piezas para ampliar sus conocimientos sobre impresión 3D y obtener las ventajas para la cadena de suministro de encargar pequeñas cantidades.

Ahora, estamos empezando a ver cada vez más casos con Airbus en los que realmente hablamos juntos sobre la optimización del diseño y la integración de varias piezas, las áreas en las que la fabricación aditiva puede destacar realmente".

Gert Brabants: Para ponerlo en contexto, producimos más de 26.000 piezas para el ecosistema del A350 cada año. Es el avión más nuevo de Airbus, y al principio no tenía piezas impresas en 3D. Es un gran esfuerzo por su parte. 

Introducir piezas impresas en 3D conlleva muchos costes de recertificación, por lo que la forma más sencilla de hacerlo hoy en día sigue siendo cambiar el método de fabricación, uno por uno. No tiene que tocar el diseño ni demostrar que ha cambiado. Sólo hay que demostrar que la tecnología de producción no introduce nuevos modos de fallo.

Supongamos que una empresa aeroespacial quiere rediseñar una pieza desde cero y apostar realmente por la optimización del peso y los diseños biónicos. En ese caso, también tendrían que demostrar que el nuevo diseño es tan bueno como el anterior, lo que hace el proceso mucho más complejo. La noticia positiva es que Airbus quiere seguir cada vez más ese camino, porque ve las ventajas de diseñar para la fabricación aditiva. Tienen los conocimientos de años de producción de piezas sencillas, pero realmente necesitan identificar los casos adecuados, elaborar los casos de negocio y luego encontrar las aplicaciones adecuadas.

Erik de Zeeuw: Es un enfoque que tanto nosotros como las autoridades recomendamos a cualquiera que desee adoptar la fabricación aditiva en el sector aeroespacial: ir paso a paso y no empezar a trabajar inmediatamente en piezas de alta criticidad. Tómese su tiempo para acostumbrarse a la tecnología, empiece con piezas fáciles y de baja criticidad con diseños convencionales, y luego progrese hacia diseños más avanzados y aplicaciones más críticas.

Erik de Zeeuw: Ya está ocurriendo, aunque a un ritmo más lento. Por supuesto, el esfuerzo de certificación es mayor y hay que evaluar más requisitos, pero estamos trabajando duro para conseguirlo, al igual que las empresas fabricantes de aviones.