Informe sobre tecnologías Emergentes en el Sector del Metal

Informe final Observatorio del Metal 2011

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Situación actual de la tecnología y evolución previsible

Como se ha explicado anteriormente, el proceso de conformado electromagnético es uno de los procesos de conformado de alta velocidad más atractivos que ha alcanzado importantes aplicaciones industriales en el conformado de metales. Hecho constatado mediante la realización del estudio de familias de patentes de entre las publicadas en los últimos 4 años (2008 a 2011), que aluden a los términos conformado electromagnético y que están incluidas dentro de los epígrafes sobre procesos y/o operaciones mecánicas de productos metálicos (chapa, tubo, alambre, perfiles, etc.) (ver detalles de la búsqueda en el anexo correspondiente). Mediante el análisis de las citadas familias de patentes se puede apreciar que pese a estar bastante extendida dicha tecnología a nivel industrial, esta continua su avance protegiéndose nuevos desarrollos tanto para la mejora del proceso en sí, como en la obtención de dispositivos específicos para la producción de piezas específicas.

Del análisis realizado, se advierte como China es el país líder con prácticamente un 36% de las familias publicadas en el periodo estudiado. Siguiéndole Japón pero a mayor distancia, con aproximadamente un 20% sobre el total de las familias analizadas. A continuación y ya alejados de estos dos se encuentran Estados Unidos y Alemania con entorno al 10% de las familias y por último, dentro de este grupo de países, con una actividad reseñable en este campo, se encuentra Corea con algo menos de un 10%.

En cuanto a la tendencia de la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión, para los casos tanto de China como Japón ha ido en aumento hasta 2010. Siendo reseñable el caso de China que en 2010, experimentó un fuerte aumento. Pero en ambos casos la actividad a fecha de cierre del informe ha experimentado un notable descenso. Para el caso del resto de los países citados, 2009 fue el año en que terminó el aumento de la actividad relacionada con la protección de los conocimientos comenzando un descenso gradual a fecha de cierre del informe.

Según la tipología de los solicitantes resulta significativo el hecho de que haya familias que procedan de universidades o centros de investigación y no solo de empresas, como suele ocurrir en el caso de tecnologías más maduras, lo que denota que es una tecnología con nuevas posibilidades de aplicación. Muchas de las patentes se refieren a mejoras sobre el proceso mientras que otras muchas son métodos o incluso dispositivos específicos para piezas específicas o un material determinado.

Al igual que en el caso de las tecnologías contempladas anteriormente, la mayoría de las empresas que continúan investigando en relación con este tipo de proceso, son grandes corporaciones que operan a nivel mundial, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D. Las principales empresas con actividad dentro de este campo están vinculadas al sector de los materiales, la maquinaria industrial y de construcción, microelectrónica, así como al de automoción.

Se han identificado familias de patentes cuyos solicitantes, de origen español, operan en el sector de la automoción.

Cada vez más se demandan procesos que mejoren la formabilidad de los materiales con el fin de obtener tolerancias dimensionales muy ajustadas. Procesos de alto rendimiento productivo y de mayor flexibilidad de fabricación. A su vez también se


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demandan productos finales con mejor acabado superficial y mayor rendimiento técnico. En el caso particular de España, la aplicación de esta tecnología se encuentra extendida entre algunas empresas que producen determinados tipos de piezas para los sectores cliente mencionados. Además es una línea de investigación presente entre la estrategia de I+D de diversos centros de investigación. Es pues de esperar, que la extensión de la aplicación de este proceso también continúe su avance en nuestro país.

4.3.4. Conformado por laminación o perfilado (Roll Forming)

Caracterización técnica

El perfilado (roll forming) es un proceso de fabricación por deformación plástica que se aplica a chapa metálica (figura 1). Suele definirse como el conformado de ésta según líneas de plegado rectas, paralelas y longitudinales, empleando como herramientas rodillos que tienen por contorno la forma del perfil que se quiere obtener, todo ello sin modificar (o de forma mínima) el espesor del material.

Figura 1. Esquema del proceso de perfilado [1]

El conformado es gradual y se desarrolla en diferentes estaciones situadas de forma sucesiva. En ellas se montan los diferentes rodillos, siendo las configuraciones más habituales aquellas que montan un eje superior y otro inferior en cada etapa. Con cada estación, la geometría de la chapa se va acercando progresivamente a la de la sección final. Además, el material va avanzando en dirección longitudinal gracias al movimiento que los propios rodillos le transmiten por fricción, ya que todos o algunos de ellos están accionados. Las estaciones van montadas sobre una máquina perfiladora, que proporciona el soporte físico y la potencia de giro a los rodillos de perfilado. Las velocidades típicas de avance de la chapa están entre 10 y 60 m/min, pudiéndose alcanzar hasta 180 m/min. El rango de espesores de chapa en que actualmente es aplicable el proceso abarca desde 0.1 hasta 20 mm. Esta rapidez hace que actualmente el perfilado sea uno de los procesos de fabricación más empleados en la transformación de productos de chapa, resultando ideal en series elevadas de piezas largas y con sección transversal constante. De hecho, mediante perfilado se puede producir casi cualquier perfil imaginable, siempre que sea constante a lo largo de la longitud de la pieza. No obstante, para cada producto se requiere el diseño y


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fabricación de un conjunto de rodillos específico, lo cual encarece notablemente la inversión requerida. Además, la puesta a punto de toda la línea es compleja y puede consumir días o semanas, afectando el problema tanto al diseño de cada rodillo como a los ajustes de la perfiladora, como las distancias entre ejes o la alineación transversal de las diferentes estaciones.

El flujo de trabajo tradicional en el desarrollo de productos perfilados es el que se observa en el diagrama de la figura 2 (Izq.). A partir del diseño de la pieza a producir se definen los rodillos de cada etapa, que posteriormente se fabrican y montan en la máquina perfiladora. A continuación, comienza un período de pruebas en que, a medida que se inspecciona la pieza que se va obteniendo, se van afinando los ajustes pertinentes, con el objetivo de que el resultado final se adapte a las tolerancias especificadas para el producto. Durante este período de ensayos puede suceder que con las herramientas diseñadas la pieza no pueda cumplir esas tolerancias o incluso que los rodillos o la propia chapa se rompan durante el proceso. De este modo, no se tiene la certeza de que los rodillos diseñados van a conseguir que el conformado se realice con éxito hasta que ya se han fabricado. Habrá entonces que investigar dónde se encuentra el fallo y remecanizarlos o incluso volver a realizar su diseño total o parcial, en muchas ocasiones sin saber a ciencia cierta dónde estaba el problema. De este modo, un mal diseño conllevará una importante pérdida de tiempo y un esfuerzo y costes elevados.

Figura 2. Flujos de trabajo en el desarrollo de productos de perfilado. Modelo tradicional (Izq.)

y modelo avanzado que incluye simulación mediante elementos finitos (Dcha.).

En el desarrollo de rodillos de perfilado la experiencia juega un papel clave, más aún teniendo en cuenta que es un proceso en el que la falta de conocimiento y de claridad acerca de lo que sucede en él es realmente muy importante. Además, incluso aunque la experiencia sea alta son necesarias pruebas continuas, pues cada producto se comporta de modo distinto y la cantidad de factores que influyen en el proceso es muy elevada. Para eliminar la necesidad de realizar el remecanizado y el rediseño de los rodillos y también para reducir el papel que juega la experiencia en el proceso, recientemente comenzó a emplearse la simulación mediante elementos finitos (FEA, Finite Element Analysis) en el proceso de perfilado. Así, conociendo los resultados de


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la simulación, el diseñador puede anticiparse a los problemas que se vayan a presentar en el proceso real, identificando más fácilmente las fuentes de los errores y corrigiéndolos antes de fabricar las herramientas y montarlas en máquina, con el consiguiente ahorro de tiempo, esfuerzo y costes. Este análisis también permite incrementar el conocimiento del diseñador sobre el proceso y mejorar así los resultados finales que sea capaz de ofrecer. Como se ve en la figura 2 (Dcha.) la introducción de esta herramienta está cambiando el flujo de trabajo que la industria emplea en el diseño de herramientas destinadas a perfilado, aunque en muchas ocasiones y para productos muy sencillos aún se mantiene el esquema tradicional.

El perfilado es un proceso complejo en el que intervienen una gran cantidad de variables aunque la sección a conformar sea de geometría simple. Por este motivo, en la mayoría de los casos los defectos que aparecen en las piezas obtenidas no pueden predecirse de antemano de forma sencilla y la única alternativa es acudir a simulaciones de elementos finitos que estén realizadas correctamente. En la figura 3 se observan algunos de los defectos que suelen presentar las piezas obtenidas por el proceso de perfilado. Aunque existe una amplia variedad, a continuación se detallan algunos de ellos.

Recuperación elástica (springback). Al igual que ocurre con el plegado, la deformación inducida por los rodillos se recupera parcialmente debido a que una zona interna de la chapa permanece en el campo elástico.

Agrietamiento o fractura del material en las líneas de plegado (crack at bend lines). Este defecto aparece cuando el radio es demasiado reducido y el conformado se realiza de forma demasiado brusca. Los adelgazamientos excesivos también son indeseados porque disminuyen la resistencia de la sección.

Desviaciones con respecto de la rectitud. Aparecen como consecuencia de las tensiones internas que se liberan tras cortar el producto a la longitud adecuada. Según la dirección en que se produzcan, pueden ser de tres tipos: arqueo o bombeo (bow), en dirección vertical; curvado (camber), en dirección transversal y retorcimiento (twist), que es el giro en torno a un eje longitudinal. Aparece cuando el perfil no es simétrico con respecto a su plano medio.

Defecto por apertura o cierre de los extremos de las secciones delanteras y traseras de la pieza (flare).

Ondulación en los bordes (edge waving). Tiene su origen en la deformación longitudinal relativa de los extremos de las secciones con respecto al resto del perfil. Para reducir o eliminar este defecto conviene emplear una estrategia de perfilado que minimice las deformaciones longitudinales máximas.

Marcas superficiales (surface marks). Se producen habitualmente por la diferencia de velocidad relativa entre los rodillos y la chapa. El empleo de lubricante puede minimizar o evitar su aparición.

Distorsión en agujeros prepunzonados. El perfilado puede deformarlos o alterar su posición. El efecto se compensa durante el propio punzonado a partir de los resultados observados, con lo que la simulación puede ayudar a predecir cuál debe ser esa compensación.


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Plegado al aire. Debido a la geometría del perfil, en ocasiones sólo se puede apoyar con rodillos la zona exterior de las líneas de plegado, quedando la interior al aire. Esto disminuye la precisión del perfil, pero los efectos pueden minimizarse actuando sobre el diseño de los rodillos.

Figura 3. Ejemplos de diversos defectos típicos en las piezas perfiladas.

Sin embargo, Angel [2] propuso el “Método del ángulo de conformado” con el fin de obtener un perfilado sin ningún tipo de defectos en el producto final. En este estudio asumió que un punto en el borde del perfil de la sección sigue una línea recta desde el primer juego de rodillos hasta el último (figura 4).

Figura 4. Método del ángulo de conformado [2]

El ángulo de conformado está dada por: cot () = L/h = (n – 1)(d/h)

Donde, d es distancia entre conjunto de rodillos, h la altura de sección, el ángulo de conformado, L la longitud de conformado y n el número de etapas necesarias.

El valor del ángulo de conformado depende de la ductilidad del material que se utiliza para el proceso de perfilado. Para los aceros dulces con bajo contenido de carbono se recomienda un valor promedio de 1,4 como resultado de los experimentos realizados.

Por lo tanto cot() = cot (1,5) = 40,5 y n = 40,5(h/d)+1


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Con la ayuda de ese estudio, se puede encontrar el número de etapas para una geometría específica. Sin embargo, es claro que este método simplifica en exceso el proceso de perfilado. Para encontrar el número necesario de etapas, Ona y Jimma [3] desarrollaron otro método con un nuevo parámetro propuesto, denominado “factor de forma” que se define como: = F nt

Donde F es la longitud total de todos los elementos en la sección, n el número total de plegados y t el espesor de la sección.

Un elemento de una sección se define como un borde recto de una sección transversal sin ningún tipo de doblado. En el cálculo de la longitud F, se consideran sólo los elementos que se deforman. Por lo tanto, no se considera en el cálculo la banda inferior de una sección de canal. Después de encontrar el factor de forma, el valor se introduce en un gráfico que tiene los resultados experimentales de las operaciones de perfilado y se encuentra el número de etapas N que se requieren (figura 5).

Figura 5. Método del factor de forma [3]

Para llevar a cabo el diseño de un juego de rodillos de perfilado a fin de obtener una pieza de chapa determinada es necesario conocer la geometría y material del producto, así como las principales dimensiones y características de la máquina perfiladora en que se van a montar.

Las principales características que se deben tener en cuenta en el diseño de rodillos de perfilado para una perfiladora universal típica (con eje superior e inferior biapoyados en cada estación (figura 6) son las siguientes:

Número de pasadas disponibles.

Distancia entre estaciones o distancia entre centros horizontales.

Distancia entre los ejes superior e inferior de una misma estación o distancia vertical.

Distancia entre el eje inferior y la base de la máquina.

Longitud útil de los ejes o espacio para rodillos.

Relación de transmisión entre los ejes superior e inferior, si existe la posibilidad de accionar el superior. La velocidad de rotación de los rodillos superiores puede ser la misma o menor que la de los inferiores.


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Además, también son relevantes el diámetro de los ejes y las dimensiones de los chaveteros que transmiten la potencia de los ejes a los rodillos, ya que influyen en los diámetros máximos y mínimos que podrán tener las herramientas.

Figura 6. Principales partes y dimensiones de una perfiladora universal de 10 estaciones.

Como proceso de conformado por deformación plástica, en el perfilado las tensiones que se aplican al material para plegarlo deben estar por encima del límite elástico pero por debajo de la tensión de rotura. De este modo, las deformaciones inducidas serán permanentes y no aparecerá riesgo de agrietamiento o fractura. La otra característica mecánica relevante es la elongación o alargamiento a rotura del material. Cuanto mayor sea, menor será el riesgo de agrietamiento de las fibras externas de los pliegues. Estas tres propiedades se pueden obtener fácilmente a partir de información técnica proporcionada por el proveedor del material.

El metal será más fácil de perfilar (ya que la zona útil para el conformado será más amplia) en los siguientes casos:

Cuanto mayor sea la diferencia entre el límite elástico y la tensión de rotura.

Cuanto mayor sea la elongación a rotura.

Por tanto, se puede concluir que los materiales más difíciles de conformar son los de alto límite elástico y baja elongación a rotura. Los materiales que se emplean de forma más habitual en el proceso de perfilado de chapa metálica son aceros inoxidables y aleaciones de aluminio. En la Tabla 1 se ofrece una comparativa acerca de la conformabilidad de los metales más utilizados. Además, en perfilado se puede conformar con éxito chapa previamente recubierta, por ejemplo galvanizada, especialmente si se emplea lubricante. También es habitual emplear material prepintado, aunque la pintura es un recubrimiento más delicado que el cincado. Por ello, en este último caso el conformado debe ser más suave y progresivo.


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Tabla 1. Conformabilidad de los principales materiales a los que se suele aplicar el proceso de

perfilado de chapa metálica. (*) El titanio se perfila en caliente (por ejemplo, a 800 C).

Como es natural, también será necesario disponer de la información geométrica completa de la pieza objeto del diseño. Esto incluye las tolerancias tanto dimensionales como geométricas (Tabla 2). Los valores de referencia que aparecen en la tabla corresponden a las tolerancias que en muchos casos aseguran por defecto los fabricantes de productos por perfilado. Es posible bajar de estos valores, pero esto encarece el proceso. En el caso de las dimensionales de la sección transversal, es muy complicado obtenerlas por debajo de 0.1 a 0.3 mm.

Tabla 2. Tipos de tolerancias a tener en cuenta en piezas de perfilado. (*) Los valores más pequeños corresponden a chapa fina (hasta 0.75 mm) y los mayores a chapa gruesa (de 0.75

mm en adelante).

Desde el punto de vista del proceso, la característica geométrica más crítica es el radio de perfilado (radio de plegado). Si es demasiado reducido, el material puede agrietarse, por lo que los fabricantes suelen especificar para cada material su diámetro mínimo de mandril. Sin embargo, la recuperación elástica es superior cuanto mayor sea el radio, ya que el porcentaje de deformación elástica aumenta. De este modo, el


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diseñador del producto debe intentar no sobrepasar el valor mínimo del radio recomendado por el suministrador del material. Éste corresponde al plegado en prensa, aunque el perfilado suele ser menos restrictivo en ese sentido. En ausencia de información del proveedor, puede acudirse a tablas empíricas o calcular la elongación de la fibra más externa y compararla con la de rotura.

La tarea del diseño de rodillos de perfilado no es sencilla, ya que existen pocas reglas generales y cada caso es diferente, incluso en secciones que a priori parecen similares entre sí. Partiendo de la sección final, se eligen los ángulos de desplegado del perfil en cada etapa hasta llegar a la chapa plana inicial (flor). Finalmente, se diseña estación a estación la geometría de los rodillos que permitirá realizar el conformado de forma adecuada y dentro de las especificaciones requeridas.

El primer paso al diseñar los rodillos para un determinado perfil es decidir qué orientación va a tener la sección al salir de la perfiladora. Se escogerá normalmente aquélla que simplifique el conformado, aunque se debe facilitar la inspección visual de partes del perfil que sean críticas, como las pestañas del perfil. En ocasiones puede haber restricciones en la orientación procedentes de otros procesos que se realicen en la línea. Por ejemplo, si se va a realizar soldadura o marcado en la chapa interesa que las superficies sobre las que se ejecuten estos procesos queden hacia arriba, para facilitar su control por parte del operario.

La decisión del número de pasadas o etapas en que se realizará el conformado de la pieza a perfilar supone un compromiso entre la calidad del producto que se quiere obtener y el coste de la solución adoptada. Cuanto mayor sea el número elegido, el conformado es más progresivo, con lo que se reducen las tensiones internas que merman las tolerancias del producto y pueden ocasionar ondulación en la chapa. Además, se disminuye el riesgo de fractura en los pliegues. Por el contrario, como es lógico, el rodillaje necesario es menor cuantas menos estaciones se empleen y por ello la inversión requerida también lo es. Aunque se han intentado desarrollar fórmulas para estimar el número de estaciones necesarias, el factor clave a la hora de tomar esta decisión es la experiencia del diseñador. Las simulaciones mediante elementos finitos pueden suponer una gran ayuda, ya que permiten determinar si el número de etapas elegido es suficiente o si en cambio se necesita un número mayor de pasadas para conseguir alcanzar las especificaciones requeridas. Los principales factores de influencia de este parámetro y, por tanto, aquellos en función de los cuales se toma la decisión son los siguientes:

Las dimensiones y el espesor de la sección.

La complejidad del perfil.

Las propiedades mecánicas del material.

Las tolerancias que el producto debe alcanzar.

La presencia de agujeros prepunzonados, que puede aumentar el número necesario de estaciones, sobre todo si están en las cercanías de las líneas de plegado.

La existencia de recubrimientos previos que aconsejan emplear un conformado más progresivo.


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Para diseñar los rodillos de cada etapa es imprescindible conocer la anchura que tendrá la chapa plana que se introduce en la máquina, es decir, el ancho de banda necesario para obtener el perfil requerido. El ancho de banda se calcula como la suma de las longitudes desarrolladas que corresponden a cada uno de los elementos rectos y curvos que componen el perfil:

Se asume que los rectos no modifican su longitud durante el conformado, aunque en realidad el material adelgaza algo en sus extremos.

Para los tramos curvos no se puede considerar que la línea neutra (la que no está sometida ni a tensión ni a compresión) está en la línea media. A medida que se va plegando el material, va pasando de estar en ella a estar hacia el interior. Por tanto, si se tomara la línea media para el cálculo del ancho de banda, su valor sería superior al realmente necesario.

El método más empleado para calcular la longitud desarrollada de los pliegues es el denominado como fórmula estándar, basado en la estimación de un factor k que indica lo cerca que está esa línea neutra de la línea media con respecto al espesor total del material. La mayor parte de los métodos de cálculo de este factor están más orientados al plegado en prensas, con lo que los resultados no serán demasiado precisos para el perfilado. El parámetro k se puede estimar a través de diversos métodos, entre lo que se pueden citar: Método de la norma DIN 6935, Método de Bogojawlenskij, Método del engrapado (se aplica a pliegues de 180), Método de Oehler, Método de Proksa o el Método de la norma VDI. También existe la posibilidad de introducir directamente el valor del parámetro.

El diseño del layout de los rodillos consiste en seleccionar los valores de ciertas dimensiones que condicionan el posterior diseño geométrico de los rodillos. Estas condiciones son:

Diámetro de los separadores o distanciadores (figura 7). Estos elementos son rodillos que no participan en el conformado de la chapa: su única función es actuar como “relleno” en el eje en las posiciones en que no se van a colocar herramientas. Su empleo cumple dos objetivos:

1. Facilitar la alineación de los rodillos en la perfiladora, ya que el conjunto de los separadores y los rodillos de conformado se empuja contra los hombros de la máquina.

2. Reducir costes, ya que al no participar en el perfilado, los distanciadores se fabrican en un material mucho más barato y tienen un diámetro menor que el de los rodillos de conformado.

Cálculo del diámetro mínimo de los rodillos, limitado por dos aspectos: las dimensiones de la perfiladora y la resistencia necesaria para el conformado.

Cálculo del diámetro máximo de los rodillos, teniendo en cuenta la distancia vertical, la posición de la base de la máquina y la distancia entre estaciones.

Cálculo de los diámetros básicos o motrices que son los diámetros medidos hasta el punto en que la velocidad tangencial de los rodillos superiores se iguala con la de los inferiores. A través de ellos los rodillos transmiten la potencia de avance a la chapa, por lo tanto, estos diámetros básicos deben contactar con el material en las zonas más adecuadas del perfil.


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Figura 7. Separadores y rodillos de conformado empleados en una de las estaciones destinadas a la fabricación de un perfil en Z.

Fuentes usadas para este apartado

[1] Eduardo Cuesta, Pablo García, Vicente Castro, Pedro Fernández, Braulio Álvarez. Avances tecnológicos en el diseño de líneas de perfilado de la chapa. Deformación Metálica, Nº 310, 2010, 12-18

[2] Angel, R. T. Designing Tools for Cold Roll Forming, The Iron Age, Vol. 164, 1949, 83-88.

[3] Ona, H.; Jimma, T., Kozono, H. A Computer Aided Design System for Cold Roll Forming, Advanced Technology of Plasticiy, Vol. 1, 1984, 508-511.


La utilización del conformado por laminación está ampliamente extendido, es uno de los procesos de fabricación más empleados en la transformación de productos de chapa. Aplicaciones del conformado por laminación se pueden encontrar en muchos sectores industriales y de producción propiamente dichos, como por ejemplo en la industria de automoción, del mueble y en construcción naval. Además también se usan perfiles en la producción de vagones de ferrocarril, en construcción para la realización de elementos estructurales, barreras de seguridad, etc. e incluso en las lámparas convencionales.

A pesar de ello, es una tecnología que continúa su evolución, persiguiéndose el objetivo de optimizar sus condiciones de aplicación, abaratar costes y tiempos, mejorar las características finales del producto, así como ampliar el espectro de las geometrías producidas y materiales a utilizar. Debido precisamente a dicha permanente búsqueda de mejora es fácil comprobar, a partir del análisis de la actividad de protección intelectual a nivel mundial, que la investigación en dicho campo continua, especialmente la procedente de determinadas áreas geográficas.

Observando exhaustivamente las patentes publicadas en el periodo 2008-2011 (ver detalles de la búsqueda en el anexo correspondiente), destaca el liderazgo de las protecciones procedentes de Asia, representando éstas más de la mitad del total de


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familias publicadas a nivel global, durante el periodo considerado. En particular China resulta el país más destacado a este respecto, por delante de sus inmediatos seguidores asiáticos Japón y Corea. Pero la investigación en torno a esta tecnología también es destacable en otras áreas y países, como Alemania y Estados unidos, siendo éstos los dos países más destacados en cuanto a publicación de patentes, después de los mencionados asiáticos, aunque todavía a mucha distancia de China e incluso Japón (entre los dos países suman alrededor del 19% de familias de patentes, respecto a los datos globales).

En cuanto a la tendencia de la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión, en el caso de China ha ido en ligero aumento a lo largo del periodo estudiado, frente al ligero descenso experimentado por el resto de los principales países analizados.

Así pues, pese a ser una tecnología ampliamente extendida, se advierte que el interés por el desarrollo de la misma se mantiene, continuando la aparición de nuevas aplicaciones para la misma. Muchas de las patentes se refieren a mejoras sobre el proceso mientras que otras muchas son métodos o incluso dispositivos específicos para piezas específicas o un material determinado.

Al igual que en el caso de las tecnologías contempladas anteriormente, la mayoría de las empresas que continúan investigando en relación con este tipo de tratamientos, son grandes corporaciones que operan a nivel mundial, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D. Además, la mayor parte operan en sectores vinculados a la automoción y en general aquellos que producen grandes tiradas de piezas con características específicas como la construcción.

Es previsible que este tipo de proceso continúe su evolución para mantener su competencia y para satisfacer la creciente demanda de construcción ligera, funcionalidad y precisión dimensional. Aunque España no se caracteriza por su actividad en lo que a protección industrial se refiere en este campo tecnológico, su aplicación sí se encuentra extendida entre algunas empresas que producen este tipo de piezas para los sectores cliente mencionados. Es pues de esperar, que la extensión de la aplicación de este proceso también continúe su avance en nuestro país.


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4.3.5. Conformado por láser


El proceso de conformado láser se detalla en el diagrama de flujo siguiente:

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de conformado por láser [1]

En el conformado por láser cuando un rayo láser con una densidad de energía suficientemente alta, que tiene una distribución gaussiana, irradia una chapa metálica, ésta absorbe parte de la energía del láser en la superficie. Esta energía térmica se conduce en el metal y se establece un gradiente de temperatura entre las superficies superior e inferior de la chapa metálica. La zona del metal irradiada se expande en volumen debido a un aumento de la temperatura. Así como cambia la temperatura del material, también lo hacen sus propiedades mecánicas.

Cuando se alcanza una temperatura donde las tensiones térmicas del material exceden el esfuerzo de fluencia del metal a esa temperatura, se produce una deformación plástica. Después del barrido de irradiación, la zona calentada se enfría por conducción del calor en el material. Dado que no se trata de fusión, la pérdida de la radiación es insignificante. Debido al enfriamiento, el material se contrae de manera no uniforme debido a la distribución de la temperatura, lo que provoca grandes tensiones térmicas en el metal. La pieza metálica se deformará plásticamente para dar cabida a estas grandes tensiones y por lo tanto se deformará sin necesidad de aplicar fuerzas externas. El conformado láser limita la degradación del material a capas delgadas cerca de la superficie de la chapa.

Los factores que afectan el proceso de conformado láser son:

Potencia del rayo láser incidente

Diámetro del rayo láser

Distribución de la densidad de potencia del rayo láser

Absorbencia del metal

Velocidad de barrido del láser


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Número de repeticiones de barrido del rayo láser

Densidad del metal

Conductividad térmica del metal

Calor específico del metal

Coeficiente de dilatación térmica del metal

Límite elástico del metal

Módulo de elasticidad del metal

Relación de Poisson del metal

Exponente del endurecimiento por deformación del metal

Dimensiones de la muestra

Temperatura de fusión del metal

Resistencia a fractura del metal

A través de la investigación se han establecido tres mecanismos principales de flexión o doblado para explicar el conformado debido al calentamiento por láser [2]. Cada uno de los tres métodos se caracteriza por el gradiente de compresión creado por la distribución de calor a través del espesor de chapa.

Mecanismo de gradiente de temperatura (TGM)

Este mecanismo requiere el uso de un diámetro de haz pequeño y una rápida velocidad de procesamiento. Debido a la alta velocidad de procesamiento, el calor no tiene suficiente tiempo para penetrar hasta la parte inferior de la chapa, lo que se traduce en un gradiente de temperatura a través del espesor. Esto se produce en una región de compresión cónica a través del material. No hay pérdida de material y el área comprimida plásticamente forma una cresta en la cara caliente, mientras que la parte inferior de la chapa permanece, en gran parte, intacta. Esto da como resultado que la chapa se doble hacia el rayo láser.

Para crear este gradiente térmico el rayo láser debe atravesar la pieza moviéndose a una velocidad tal que la profundidad térmica (z), sea pequeña en comparación con el espesor de la pieza (s0). La profundidad térmica viene dada, aproximadamente, por un valor constante del número de Fourier (z2/t, donde es la difusividad térmica y t es el tiempo de interacción, t = D/v; D es el tamaño del foco y v la velocidad de desplazamiento). Por lo tanto, el mecanismo de gradiente de temperatura es muy probable que sea predominante si αD/(vs0

2 )≪1

La cantidad de flexión o doblado por barrido no es muy grande, aproximadamente entre 1 y 3º (figura 2). Es constante durante las primeras 10 a 20 pasadas para un material dado, potencia del láser y tamaño del haz. Después de este número de pasadas del ángulo de flexión empieza a caer por causa de un endurecimiento por trabajo y el engrosamiento del material en el borde doblado. El material aumenta su espesor debido a la deformación plástica.


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Figura 2. Ángulo de doblado en función del número de pasadas para una aleación de aluminio 2024 [2]

Se pueden crear ángulos de curvatura positivos fuera del plano (hacia el rayo láser) con la elección de los parámetros de potencia del láser y la velocidad de barrido que producen un doblado o curvado por TGM. La figura 3 muestra una ilustración esquemática del mecanismo de gradiente de temperatura.

Figura 3. Esquema del mecanismo de gradiente de temperatura

Las tensiones residuales presentes en la chapa metálica antes del proceso de conformado láser influyen en la dirección del ángulo de curvatura. Si hay tensiones de compresión en la superficie y tensiones de tracción en el centro de la chapa, la tensión liberada durante el calentamiento se traducirá en la generación de un pre-curvado positivo, avanzando a un ángulo de curvatura positivo en los barridos siguientes. Desde el TGM se ha observado que durante el calentamiento se desarrolla un ángulo de curvatura negativo [3]. El ángulo de curvatura positivo resulta debido a la relajación de las tensiones residuales, lo cual ocurre primero en la superficie irradiada de la chapa. Mientras esto ocurre, la chapa adquiere una forma cóncava, lo que conduce a un ángulo de curvatura positivo. Se logrará una curvatura máxima si las tensiones de compresión en una superficie están totalmente aliviadas [3]. Gradientes de temperatura pronunciados, que son promovidos por el flujo de calor tridimensional, crean tensiones no-uniformes, deformaciones o distribuciones de temperatura, causando flexión a través del TGM. Este mecanismo de flexión se produce cuando el radio (R) del haz es menor que el espesor (D) de la chapa.


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Mecanismo de pandeo

Este mecanismo se caracteriza por el doblado o flexión de la chapa lejos del rayo láser. Se pueden obtener mediante este mecanismo ángulos de curvatura positivos y negativos. La ausencia de un gradiente de temperatura a través del espesor del material, una condición establecida por un flujo de calor bidimensional, se traduce en una distorsión del material. Se emplea un diámetro de haz grande junto con una baja velocidad de procesamiento, lo que resulta en un calentamiento casi homogéneo. Los ángulos de curvatura son grandes y un solo barrido puede producir un ángulo de curvatura de hasta 15. El ángulo de curvatura es más redondeado que los producidos por el mecanismo de gradiente de temperatura. Este proceso se ilustra en la figura 4.

(a) (b)

Figura 4. (a) Esquema del mecanismo de deformación, (b) etapas del conformado láser por el mecanismo de deformación [1]

Mecanismo de recalcado

El mecanismo consiste en un calentamiento homogéneo que da lugar a una compresión plástica paralela, lo que provoca un acortamiento de la chapa. Este mecanismo se utiliza para conformar piezas espaciales como las que tienen forma de tazón, que requieren una pérdida de superficie. Este mecanismo se ilustra en la figura 5 y se conoce como “contracción en el plano”.

Figura 5. Esquema del mecanismo de recalcado

Los datos experimentales confirman la tendencia general de la relación entre el ángulo de doblado flexión y los parámetros de funcionamiento. Entre las relaciones más importantes tenemos:


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Efecto de la potencia. El doblado sólo puede comenzar cuando la capa superficial es lo suficientemente suave para deformarla plásticamente (aproximadamente 600C para la aleación Ti-6Al-2SN-4Zr-2Mo). Por lo tanto, hay un umbral de potencia requerido para una determinada velocidad de desplazamiento antes de que el proceso comience. El ángulo de doblado responde de forma casi lineal con el aumento de la potencia. Sin embargo, si la potencia supera un determinado valor, el ángulo de doblado comienza a disminuir debido a un sobrecalentamiento de la capa superior, causando recristalización, y el calentamiento de la capa inferior que se supuso fría totalmente. La expansión de la capa fría reducirá el ángulo de flexión al reducir la tensión sobre la capa de compresión en la ruta del mecanismo de gradiente de temperatura, pero representa el inicio de la ruta de pandeo. La fusión y recristalización pueden afectar el coeficiente de expansión. Un enfriamiento con chorros de aire o de agua puede mejorar la eficiencia del doblado. La figura 6 muestra estos efectos. En este caso, una aleación de aluminio con una alta conductividad térmica y baja velocidad se dobló por el mecanismo de pandeo, mientras que el acero se dobló a través del mecanismo de gradiente de temperatura.

Figura 6. Influencia de la potencia del láser en el ángulo de doblado de la aleación AlMg3 y de acero al carbono, ST12 [2]

Efecto de la velocidad – “energía de línea”. Se espera que el ángulo de doblado sea inversamente proporcional a la velocidad para el mecanismo de gradiente térmico e inversamente proporcional a la raíz cúbica de la velocidad durante el pandeo. Vollertsen [4] y otros han encontrado una relación más cercana a v-0.63. Dado que la velocidad se suele asociar con la potencia absorbida, AP, la energía por unidad de longitud o “energía de línea” AP/v [J/m], ha sido considerada como un posible parámetro para expresar los resultados de doablado. Los datos de Magee et al. [5], que se muestran en la figura 7, indican que por encima de cierta velocidad el ángulo de doblado o plegado es aproximadamente constante para una energía de línea fija. A velocidades más bajas el mecanismo de doblado se vuelve menos claro, bien podría ser una mezcla de pandeo y gradiente de temperatura. Esta relación cambia tan pronto como se produce otros factores como la expansión volumétrica debido a los cambios de fase (figura 8).


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Figura 7. Ángulo de doblado en función de la velocidad para una energía de línea constante (33 J/mm) y un solo barrido. La potencia del láser se varió de 250 a 1300 W y un haz de 10 mm

de diámetro [2]

Figura 8. Ángulo de doblado en función de la energía de línea para una aleación - Ti que muestra el efecto de los cambios de fase. Potencia del láser 1300 W, diámetro del haz 10 mm,

material Ti-6Al-4V, 1 mm de espesor, recubrimiento de grafito, cinco pasadas [2]

Efecto de los materiales. Las propiedades del material se agrupan en th/(Cp) en todas las relaciones. Un gráfico de este parámetro en función del ángulo de doblado se muestra en la figura 9.

Figura 9. Relación lineal entre el ángulo de doblado y el parámetro [coeficiente de expansión térmica/(calor específico densidad)] [2]


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Efecto de espesor – engrosamiento en el doblado. La dependencia prevista entre el ángulo de doblado y el espesor se da en la siguiente ecuación para el mecanismo de gradiente de temperatura:

∆ Δ 2

y en la siguiente ecuación para el mecanismo de pandeo:

36 /

El proceso de doblado o plegado es de compresión y de flujo plástico. Esto lleva a un engrosamiento de la línea de curvado o doblado, que es una de las principales diferencias entre el doblado láser y el plegado mecánico (figura 10). También es una de las ventajas del doblado por flexión, en particular para tubos a presión y elementos sensibles a la resistencia. Sin embargo, tiene el efecto, junto con el endurecimiento por trabajo, de reducir el ángulo de flexión por pasada después de diez o más pasadas. El porcentaje de engrosamiento por pasada es casi lineal (figura 11).

Figura 10. Engrosamiento de la aleación - Ti de 1 mm de espesor. El contorno muestra la zona afectada por el calor y la región del interior endurecida. (Potencia del láser de 250W,

diámetro del haz de 5 mm, velocidad de desplazamiento de 15 mm/s, recubrimiento de grafito, con enfriamiento entre pasadas [2]

Figura 11. Porcentaje de engrosamiento de la línea de doblado en función del número de pasadas

Efecto del número de pasadas. Se espera que el ángulo de doblado sea el mismo para cada pasada y por lo tanto el doblado total sería proporcional al número de


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pasadas (figura 2). Para las primeras pasadas es así, después el ángulo de doblado disminuye con el aumento del número de pasadas, debido al engrosamiento de las secciones dobladas, al endurecimiento por deformación y a la variación del tamaño del foco debido a un cambio de ángulo de incidencia a medida que crece la curva. Para muchos metales, como el aluminio, el módulo de sección aumentado debido al engrosamiento se compensa con la reducción de la dureza en el calentamiento y, por lo tanto, el efecto de varias pasadas se ve disminuido y se mantiene una relación casi lineal. Los resultados de las aleaciones que se endurecen, como la Ti-6Al-4V, son diferentes. Algunos resultados de Magee et al. [6] se muestra en la figura 12. Para una energía de línea más baja el ángulo de doblado total se satura ya que la energía suministrada no es suficiente para superar la resistencia requerida para el doblado. Una energía de línea más alta parece ser capaz de superar esto.

Figura 12. Variación del ángulo de doblado o curvatura con el número de pasadas para una aleación Ti-6Al-4V con energías de línea diferentes, mostrando el efecto de los cambios de

fase. Diámetro de haz de 10 mm, 1 mm de espesor, recubierto de grafito [2]


[1] Annelize Els-Botes. Material characterisation of laser formed dual phase steel components. Faculty of Engineering at the Nelson Mandela Metropolitan University, 2005.

[2] William M. Steen, Jyotirmoy Mazumder. Laser Material Processing, 4th Edition. Editorial Springer , 2010, 558 págs.

[3] Vollersten F, et al. The laser bending of steel foils for microparts by the buckling mechanism – a model. Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 1995, 107-119.

[4] Vollertsen F. Forming, sintering and rapid prototyping. In: Shoucker D (ed) Handbook of the Eurolaser Academy. Chapman and Hall, London, chap 6, 1998

[5] Magee J, Watkins KG, Steen WM, Calder NJ, Sidhu J, Kirby J. Laser bending of high strength alloys. J Laser Appl 10(4), 1998, 149–155

[6] Magee J, Sidhu J, Cooke RL. A prototype laser forming system. J Opt Laser Eng 34, 2000, 339–353.


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A partir de la realización del análisis de familias de patentes, publicadas en los últimos 4 años (2008 a 2011), que aluden al término laser y que están incluidas dentro de los epígrafes de la clasificación internacional de patentes, sobre procesos y/o operaciones mecánicas de productos metálicos (chapa, tubo, alambre, perfiles, etc.) (ver detalles de la búsqueda en el anexo correspondiente), se puede apreciar que aun estando dicha tecnología bastante extendida a nivel industrial, la mayoría de familias analizadas pertenecen a la industria, es una tecnología que se continúa desarrollando, ya que algunas de ellas proceden de universidades, principalmente chinas.

Observando de forma global las familias publicadas en el periodo 2008-2011, destaca el predominio de las protecciones procedentes de Asia, representando éstas más de la mitad del total de familias publicadas durante el periodo considerado. En particular Japón y China resultan ser los países más destacados a este respecto, muy por delante de sus inmediatos seguidores. Tanto en un caso como en otro, se observa que la actividad de protección en dicho campo ha aumentado a lo largo de los tres primeros años del periodo estudiado, comenzando a disminuir a fecha de cierre de este informe. La investigación en torno a esta tecnología también es destacable en otras áreas y países, como Alemania, Corea y Estados unidos, siendo éstos los más destacados, después de los mencionados asiáticos, aunque todavía a mucha distancia de Japón y China, en cuanto a publicación de patentes (las protecciones en estos países representan un 15%, un 10% y un 7%, respectivamente sobre el total analizado). La evolución de la actividad de protección en estos últimos países, mantiene una tendencia de forma similar a China y Japón. Las protecciones han ido en aumento de 2008 a 2010, para disminuir en 2011.

Atendiendo a la tipología de los solicitantes resulta significativo el hecho de que haya familias que procedan de universidades o centros de investigación y no solo de empresas, como suele ocurrir en el caso de tecnologías más maduras, lo que denota que es una tecnología con nuevas posibilidades de aplicación. Muchas de las patentes se refieren a mejoras sobre el proceso mientras que otras muchas son métodos o incluso dispositivos específicos para piezas específicas o un material determinado.

La mayoría de las empresas que continúan investigando en relación con este tipo de proceso, son grandes corporaciones que operan a nivel mundial, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D. Las principales empresas con actividad dentro de este campo están vinculadas al sector aeronáutico, del transporte, automoción y construcción.

La modelización en el proceso de conformado láser puede ayudar a proporcionar una base para determinar el patrón de calentamiento requerido, por lo tanto, hacer aplicaciones de conformado láser viables y rentables para la industria. Una de las principales ventajas del proceso son los precisos ajustes incrementales, así como la aplicación flexible y no mecánica del efecto del retorno elástico (springback). Este proceso ofrece un valor potencial para la industria como la aeroespacial, naval, microelectrónica, etc.

En España la tecnología está implantada en algunas empresas que dan un servicio integrado de corte y conformado por láser a los sectores industriales anteriormente mencionados. Es por ellos que la extensión de la aplicación de este proceso también continúe su avance en nuestro país.


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4.3.6. Tailored Blanks (TBs)


La idea principal del concepto Tailor Blanks (TBs) es que cada uno de los blanks utilizados para la producción de piezas estructurales pueden tener distintos espesores o estar compuestos por más de un material o incluso tener diferentes tipos de recubrimientos [1]. Es, por lo tanto, el montaje de chapa metálica que incluye áreas con diferentes espesores, materiales, recubrimientos, etc. Las chapas que constituyen el TB están soldadas o unidas con adhesivo. Por otra parte, una chapa o lámina monolítica se puede mecanizar para crear las variaciones de espesor requerido. A la unión, soldadura o proceso de mecanizado le sigue un proceso de conformado que le aporta al TB su forma funcional como pieza estructural.

La posibilidad de contar con una distribución heterogénea de materiales y/o propiedades geométricas dentro de la misma pieza estructural facilita la distribución óptima de los materiales implicando esto una significativa reducción de peso y costes. Por ejemplo, una pieza con condiciones de carga no uniforme se puede fabricar de un blank con dos secciones, con dos espesores diferentes (o materiales) de manera que la chapa o lámina más gruesa (más resistente) se utiliza en las zonas de mayor carga y el material o chapa más delgada (más débil) en los lugares con menor carga (figura 1). El ahorro de peso conseguido por la aplicación del concepto TB en la industria del automóvil está estimado entre 6 y 11% [2]. Además, la tecnología TB elimina la necesidad de un mecanizado excesivo de piezas, minimiza el desperdicio de material y el consumo de energía del proceso de mecanizado.

Figura 1. Ejemplo de aplicación del Tailored Blank en un en un panel lateral exterior [3]

El TB se está utilizando en la industria automotriz desde 1990. La aplicación de la tecnología TB se ha generalizado tanto que muchos de los coches hoy en día incluyen una o más piezas hechas a medida (tailor-made), existiendo empresas especializadas que se dedican a la producción a medida de ciertas piezas de carrocerías de automóviles.

Los TBs se fabrican por soldadura láser, soldadura por presión y soldadura por plasma. También se aplica la técnica de soldadura por inducción de alta frecuencia.

Para la soldadura láser la figura 2 muestra el rango donde se obtiene buenas soldaduras para unas chapas de acero dulce de 0.7 y 1.4 mm de espesor con un borde mecanizado y soldado, teniendo en cuenta la relación entre la posición del haz láser respecto de la línea de soldadura y la velocidad de soldeo. Cuanto más amplia es la distancia el rango para obtener una buena soldadura es menor, ya que se genera falta de material, porque el cordón de soldadura se hace más delgado que las chapas debido a la escasez de metal fundido. La figura 3 muestra la disminución de la conformabilidad debido a la disminución del espesor del cordón de soldadura, en un


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acero dulce, en función de la altura de conformado en el ensayo Erichsen. El espesor del cordón de soldadura debe ser más del 70% que el del material de base para evitar que la conformabilidad disminuya. Sin embargo, cuando se necesita un cordón de soldadura igual de resistente a fatiga que el material base, es necesario controlar su adelgazamiento a un mínimo debido a las tensiones que se concentran en el cordón de soldadura cóncavo.

Figura 2. Ancho del espacio y rango para

soldar [3] Figura 3. Influencia de la falta de material en el

conformado [3]

Además de la falta de material, la porosidad puede disminuir la conformabilidad. La figura 4 muestra un aumento en el número de poros cuando el haz láser es de alta densidad de potencia.

Figura 4. Cantidad de poros en función de la densidad de potencia [3]

En la actualidad, se utiliza un láser YAG para la fabricación de TBs. La longitud de onda de este láser es 1,06 m (1/10 de la del láser de CO2). Hay que tener en cuenta también que la capacidad de absorción de luz de la superficie del metal depende de la longitud de onda. En general, cuanto menor sea la longitud de onda, se absorbe la luz más fácilmente. Una comparación de eficiencia para fundir (volumen de líquido por unidad de energía) entre estos dos tipos de láser reveló que el YAG es dos o más


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veces mayor. Como resultado, es posible soldar con láser YAG a una velocidad superior.

En la soldadura por plasma, los parámetros utilizados son la velocidad de soldadura, la corriente de soldadura, el flujo de gas de protección y el diámetro de la boquilla. Las condiciones típicas de esta soldadura se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Condiciones de soldeo típicas para la soldadura por plasma [4]

En comparación con otros métodos de soldadura aplicada al TB, la soldadura por plasma es inferior en cuanto a eficiencia se refiere. Por lo tanto, se han estudiado diversas formas para mejorar la eficiencia, especialmente la velocidad de soldadura. El factor que determina la velocidad de soldadura es la aparición de una deposición irregular causada por la aplicación de una elevada corriente de soldadura como se muestra en la figura 5. Con el fin de mejorar la eficiencia de la soldadura por plasma, es necesario asegurar la penetración completa con una intensidad de soldeo moderada o reducir la presión del arco.

Figura 5. Efecto de la intensidad de soldeo y la velocidad de soldeo en la configuración de la

gota [4]

La soldadura por presión se ilustra esquemáticamente en la figura 6. Las condiciones básicas para este proceso son: intensidad de soldadura, presión aplicada (superposición de ancho, fuerza de soldadura) y velocidad de soldadura.

Figura 6. Esquema del proceso de soldadura por presión [4]


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La figura 7 muestra la influencia de la velocidad de soldadura en la intensidad de soldeo adecuada para obtener un cordón de soldadura sin defectos. Cuando la intensidad se incrementa gradualmente a una velocidad de soldeo constante, es posible obtener una buena unión, provocando la fractura en el metal base en un ensayo de tracción. La intensidad a la que se obtiene una unión soldada se llama intensidad límite inferior. Cuando la intensidad se incrementa aún más, se producen salpicaduras en la interfase de la junta. La intensidad a la que se produce este fenómeno se llama intensidad límite máxima. Cuando la velocidad de soldadura se incrementa, el tiempo durante el cual se conduce la corriente en la chapa disminuye, obteniendo una entrada de calor insuficiente. Como resultado, la intensidad límite se desplaza hacia el lado de intensidad más alta.

Figura 7. Efecto de la velocidad de soldadura en intensidad de soldeo [4]

Los resultados de los ensayos de conformabilidad se trazan en los “diagramas de límite de conformado”, valores de deformación mínimos y modos de fallo. La conformabilidad en el TB está influenciada por la microestructura de la soldadura y la zona afectada por el calor, en particular. En general, las aleaciones de aluminio son más frágiles cuando el tamaño de grano aumenta ya que ocurre la fractura intergranular con más facilidad. Sin embargo, este no es el caso de las aleaciones aluminio-magnesio, en el que un aumento del tamaño de grano genera grandes alargamientos bajo carga de tracción uniaxial. Sato et al [5], demostraron que hay un tamaño de grano óptimo para el que la conformabilidad es óptima. Nagasaka et al [6], informaron de que la embutición profunda de aceros de alta resistencia en los TBs se deteriora con el aumento del carbono equivalente. La relación de espesor también afecta la conformabilidad en el TB.

Tanto el método de soldadura como los parámetros de soldadura pueden influir en la conformabilidad. Miles et al [7] demostraron que la soldadura por fricción batida (FSW) de TBs se puede conformar mejor que TBs soldados con TIG.


[1] Amir Abbas Zad Poor. Tailor-made blanks for the aircraft industry. PhD Thesis of the Technische Universiteit Delft, The Netherlands, 2010, 246 págs.

[2] B. Rooks. Tailor-welded blanks bring multiple benefits to car design. Assembly Automation, vol. 21, 2001, 323-328.

[3] Yasunobu Miyazaki, Koji Hashimoto, Yukihisa Kuriyama, Junichi Kobayashi. Welding Methods and Forming Characteristics of Tailored Blanks (TBs). Nippon Steel Technical Report, Nº 88, 2003, 39-43.


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[4] Yasunobu Miyazaki, Tatsuya Sakiyama, Shinji Kodama. Welding Techniques for Tailored Blanks. Nippon Steel Technical Report, No. 95, 2007, 46-52.

[5] Y. S. Sato, Y. Sugiura, Y. Shoji, S. H. C. Park, H. Kokawa, and K. Ikeda. Post-weld formability of friction stir welded Al alloy 5052. Materials Science and Engineering A, vol. 369, 2004, 138-143.

[6] A. Nagasaka, K. I. Sugimoto, M. Kobayashi, K. Makii, and S. Ikeda. Press formability YAG laser welded TRIP/DP tailored blanks. Journal De Physique IV, vol. 115, 2004, 251-258.

[7] [29] M. P. Miles, B. J. Decker, and T. W. Nelson. Formability and strength of friction stir welded aluminum sheets. Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 35A, 2004, 3461-3468.


Aunque la aplicación industrial del Tailored Blank comenzó hace alrededor de 20 años, esta tecnología continua su evolución y desarrollo en la actualidad, debido principalmente al surgimiento de nuevas aplicaciones para el sector de la automoción, en el que resulta ser una buena alternativa. Atendiendo a las familias de patentes relacionadas con los términos tailored y blank (ver detalles de la búsqueda en el anexo correspondiente), correspondientes a los últimos 4 años (2008 a 2011), su número es muy bajo, especialmente si comparamos esta tecnología con algunas de las estudiadas en este informe.

Del análisis de las familias de patentes realizado que incluyen los términos mencionados, se advierte como Alemania, país predominante durante los años 2008-2009, ha cedido la primacía a Japón que en 2010 ha aumentado significativamente el número de familias de patentes publicadas. Así mismo se aprecia que tanto China como Estados Unidos mantiene la protección industrial de esta tecnología.

En la tabla siguiente pueden verse las familias de patentes identificadas de los países más destacados, según su fecha de publicación y país origen del solicitante.

Año de publicación

País origen del solicitante

Alemania Japón China USA 2008 2 4 1 2 2009 6 2 2 3 2010 4 8 2 2 2011 2 3 2 1

TOTAL 14 17 7 8 Fuente: elaboración propia con datos extraídos de Matheo Patent Software (datos disponibles hasta noviembre de 2011)

Así mismo en el análisis de las familias de patentes publicadas realizado se ha observado una evolución de algunas de las patentes estudias, en cuanto al ámbito geográfico de protección de las mismas. Es decir, patentes solicitadas en un año determinado a nivel nacional, en el país origen del solicitante, posteriormente han


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ampliado su protección a nivel europeo, mundial, o en países de origen asiático (para el caso de patentes no procedentes del citado origen).

En cuanto a la tipología de los solicitantes resulta significativo el hecho de que muchas de estas patentes procedan de universidades, principalmente chinas, y no solo de empresas, como suele ocurrir en el caso de tecnologías más maduras.

Las empresas interesadas por la tecnología en cuestión están relacionadas con la industria automotriz, siendo todas ellas fabricantes de automoción o empresas proveedoras de productos y/o materiales para la citada industria.

Cada vez más la industria de la automoción demanda componentes más ligeros, con el mismo rendimiento técnico, lo que contribuye a la reducción de peso y mejora de la seguridad de los automóviles.

Mediante esta tecnología se puede obtener lámina de acero para su posterior conformado a presión que combine varios grados y/o espesores diferentes y/o revestimientos diferentes, las distintas partes se unen mediante soldadura, con el fin de obtener el mejor material con el espesor adecuado, adaptado a un requisito específico (mayor resistencia, mejor resistencia a la corrosión, etc).

Mediante el uso de Tailored Blank es posible modificar las propiedades de cada una de las partes de la pieza, mejorar el rendimiento técnico sin aumentar el peso (mayor rigidez, mejor absorción de energía, mejor comportamiento al golpe) así como reducir el número de piezas que formen el conjunto, optimizando el uso de materiales (reducción del uso de materiales y menos producción de chatarra debido a la anidación) y acortando el proceso de fabricación, reduciendo el proceso de conformado y las herramientas de montaje necesarios.

La utilización de esta tecnología permitiría lograr avances significativos en un sector como el de automoción, cuyo objetivo de disminuir el consumo de combustible, aumentando al mismo tiempo la seguridad, le llevan a desarrollar componentes de acero cada vez más ligeros, sin pérdida de sus propiedades iniciales. En el caso particular de España, dada la importancia del sector de la automoción, dentro del sector del metal, las empresas vinculadas al mismo es previsible que se vieran afectadas de algún modo (en el uso de materiales, procesos, etc.), por un posible desarrollo de esta tecnología a nivel global.

4.4. FUNDICIÓN

Características de las empresas y tendencias generales

La fundición consiste en un proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero pueden ser de plástico también, que consiste en fundir un material e introducirlo en un molde donde se solidifica.

El proceso de fundición tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante y que una vez mezclada con arcilla adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el material fundido.

La fundición en arena consiste en colar un material fundido, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida. Para


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la fundición con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente más pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa.

La siguiente figura muestra el mapa de los procesos que se llevan a cabo en la función:

Figura 1: Mapa de los procesos en fundición

Fuente: Federación Española de Asociaciones de Fundidores (FEAF)

Existen una amplia variedad de sistemas de moldeo para la fundición de metales, que se utilizan en función de las características finales del producto que se pretenden obtener y del material que se está fundiendo. Según datos de la Federación Española de Asociaciones de Fundidores (FEAF), los sistemas de moldeo más comúnmente utilizados por las fundiciones españolas son los siguientes:

Moldeo en cáscara

Moldeo por centrifugación

Moldeo cerámico

Moldeo a la cera perdida

Moldeo por colada continua

FUNDICIÓN

PREPARAR

Máquinas y sistemas La Carga Hornos Arenas Moldes

Reconstrucciónde las Formas

Gravedad Inyección

Fusión

Colada

Enfriamiento

Solidificación

Operaciones de acabado

Tratamientos

Mecanizado

FUNDICIÓN FUNDICIÓN

PREPARARPREPARAR

Máquinas y sistemas

Máquinas y sistemas La CargaLa Carga HornosHornos ArenasArenas MoldesMoldes

Reconstrucciónde las FormasReconstrucciónde las Formas

GravedadGravedad InyecciónInyección

FusiónFusión

ColadaColada

Enfriamiento

Solidificación

Enfriamiento

Solidificación



TratamientosTratamientos

MecanizadoMecanizado


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Fundición en coquilla

Fundición por inyección

Disamátic

Moldeo manual

Moldeo mecánico

Modelo perdido

En cuanto a los materiales de fundición destacan los siguientes:

HIERRO ACERO NO FÉRREOS

Fundición gris Al Carbono Aluminio y aleaciones

Fundición nodular Baja aleación Cobre y aleaciones

Otras aleaciones Inoxidable Otras aleaciones

Refractario

Al Manganeso

Fundición blanca

Fuente: Federación Española de Asociaciones de Fundidores (FEAF)

Los sectores que más comúnmente hacen uso de los procesos de fundición de metales son industrias como la de automoción, de valvulería y accesorios para tuberías, la de energía eólica o la construcción.

Las empresas europeas más destacadas en el sector de la fundición comparten una serie de rasgos que las hacen más competitivas frente a sus homólogas ubicadas en el mismo continente. Estos rasgos comunes fueron analizados en estudios anteriores de este Observatorio (ver TECLA I y II). A continuación se indicarán las características más destacables identificadas entonces y que inciden directamente en la previsible evolución tecnológica del sector a medio y largo plazo.

Las inversiones en tecnología y en actividades de I+D son aspectos clave para las empresas punteras europeas del sector de la fundición. Las empresas y/o grupos empresariales suelen contar con su propio departamento o centro de I+D, además de colaborar habitualmente con universidades y centros de investigación. Esto les permite posicionarse en nichos de mercado con alto valor añadido y ofrecer productos y servicios más competitivos. Además, estas inversiones también les permiten innovar y mejorar en las tecnologías y procesos de fundición tradicionales, así como incorporar tecnologías novedosas. Por ello, en este apartado no solo se reflejan las tendencias detectadas como emergentes, por estar en periodo de expansión y desarrollo, sino


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también las correspondientes a tecnologías ya maduras que están en constante proceso de evolución.

Por otra parte, el diseño de los productos fundidos es también fundamental para gran parte de estas empresas punteras, incorporando en sus procesos herramientas de diseño, de cálculo y simulación, de prototipado rápido, etc.

En los últimos años, además, las cuestiones medioambientales se han convertido en factores determinantes del sector, especialmente las actividades relacionadas con la eficiencia energética y la disminución del consumo de energía en las empresas del sector. Teniendo en cuenta la tendencia hacia un mayor coste de la energía y el intensivo consumo de la misma que se da en este sector, las empresas apuestan cada vez más por procesos y tecnologías más eficientes energéticamente y que contribuyan a reducir su gasto energético.

Muchas de las empresas destacadas a nivel europeo son grandes empresas pertenecientes a grandes corporaciones, con excepción de aquellas que se dirigen a nichos de mercado. Este tamaño, les permite tanto abordar mercados internacionales como aprovechar sinergias entre diferentes empresas, pudiendo en este caso integrar procesos complementarios al de fundición (tales como los tratamientos térmicos o superficiales o el mecanizado).

Un gran número de las empresas más competitivas a nivel global cuentan con patentes propias, tal y como se puede observar en el análisis de patentes realizado. En general, se pretende incorporar tecnologías novedosas que faciliten el proceso de fundición, haciéndolo más flexible y adaptable a los requisitos de los clientes, así como a los requerimientos de los nuevos materiales. El objetivo, pues, es lograr la implantación de procesos innovadores que permitan flexibilizar la producción de manera competitiva para series cortas.

Finalmente, existen una serie de tecnologías consideradas horizontales en el marco del presente estudio y que también son de especial relevancia en la evolución del sector de la fundición. Entre otros, se tiende hacia una mayor automatización del los procesos y el uso de robots industriales, así como un creciente uso de sistemas sensores y TICs en la gestión y control de los procesos o la optimización del ciclo de vida completo a través de la simulación y modelización.

Los tres países más destacados a nivel europeo son Alemania, Italia y Reino Unido ocupando los tres primeros puestos en el ranking de países con mayor producción.. A éstos les siguen Francia y España

A pesar de la importancia del sector español, se debe realizar un importante esfuerzo para adaptarse a las innovaciones tecnológicas surgidas en los últimos años y para aplicar, a nivel industrial, tecnologías emergentes que empiezan a considerarse de extensa aplicación tanto en otros países europeos como fuera de las fronteras europeas.

Tendencias tecnológicas estudiadas

Actualmente, las tecnologías empleadas por las empresas de fundición son numerosas y diversas, adaptándose en gran medida a los requisitos de los materiales utilizados en la fundición y de los productos resultantes de ella. Las tecnologías de


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plasma, de fundición en semi-sólido, el procesado de espumas y materiales porosos, así como el de otros materiales compuestos y avanzados, son algunas de las tecnologías que están en evolución en este sector. Al tratarse de tecnologías diversas, su evolución tecnológica es distinta, así como su madurez. Por lo tanto, los campos de investigación que se están desarrollando son diversos: desde estudios relativos al desarrollo y procesado de materiales con propiedades más adaptadas a aplicaciones concretas, hasta los análisis sobre la mejora de la productividad y de la eficiencia energética y de ciclo de vida de los procesos de fundición. También resultan relevantes los avances en relación con procesos que permitan elaborar piezas de semi-acabadas (near-net-shape).

En general, en el sector de la fundición las tecnologías han ido evolucionando paralelamente a los requisitos establecidos por parte de los principales sectores clientes. Así, estos nuevos requisitos han supuesto la necesidad de adaptar los procesos tradicionales de fundición a nuevas aleaciones y/o a nuevos materiales, como es el caso de los Materiales Compuestos de Matriz Metálica. Además, en los últimos años también se están incorporado nuevas tecnologías que permiten hacer mejorar los procesos de fundición, aportando mayor flexibilidad y adaptabilidad al mismo tiempo que contribuyen a aumentar la competitividad de las empresas, como es el caso de las tecnologías de plasma. Estos desarrollos pueden suponer una alternativa a las tradicionales procesos de fundición o pueden complementarlos, por ello, su desarrollo es constante abriendo la puerta a nuevas investigaciones y desarrollo de patentes.

A pesar de que las tendencias técnológicas podrían ser tan numerosas y variadas como los materiales y los procesos utilizados en el sector de la fundición, para la elaboración del presente informe se ha realizado una selección de los mismos. Esta selección esta basada en un análisis de la evolución tecnológica del sector en los últimos cuantro años, atendiendo a las patentes, presentaciones en congresos científicos especializados, artículos científicos y recientes aplicaciones industriales. Todo ello, en el marco de la tecnología descrita en el apartado 2 de este estudio.

De esta manera, se han analizado y estudiado de manera más profunda las tecnologías que se enuncian a continuación, como exponente de la evolución tecnológica del sector y se han desestimado otras tecnologías que hubieran merecido también un estudio específico pero no ha sido posible abordarlo por el alcance de este trabajo.

Teniendo en cuenta la importancia tanto de los materiales como de las tecnologías de procesado en la fundición, las tecnologías analizadas en este informe, en términos de evolución tecnológica, han sido los siguientes:

o Tecnologías de plasma o Tecnologías de fundición near-net-shape

Rheocasting Thixoforming Belt Casting Technology

o Infiltración con presión (Squeeze Casting) para materiales avanzados y compuestos


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4.4.1. Tecnologías de plasma


La eficiencia energética y la minimización de los residuos marcarán la competitividad de las empresas del sector de la fundición en el futuro. El desarrollo y aplicación de procesos de fusión avanzados y energéticamente eficientes está tomando gran protagonismo en un sector en el que no ha habido grandes innovaciones en estos procesos en los últimos años.

Uno de los problemas del sector de fundición es la pérdida de calor de los materiales fundidos una vez fuera del horno de colada. Como posible solución a este problema, se observa una tendencia hacia la puesta en marcha de tecnologías que propicien un calentamiento de las aleaciones de manera eficiente y precisa, minimizando el uso de la energía invertida en el proceso y manteniendo las propiedades de los materiales fundidos. Así, el desarrollo de tecnologías y equipamiento basado en la aplicación de plasma térmico como una fuente de energía concentrada puede resultar una solución eficiente a los problemas relacionados con el uso de la energía y de materias primas en los procesos metalúrgicos y de fundición [1].

La aplicación de “antorchas de plasma” en el proceso de fundición, permiten calentar la cantidad de metal necesario, a la temperatura precisa y en el momento justo de la colada. La precisión en este proceso es fundamental, ya que un metal sobrecalentado se oxida fácilmente y puede perder sus características hasta el punto de invalidarlo para la producción de piezas. Por ello, la temperatura de fusión debe ser controlada al máximo.

La “antorcha de plasma” permite programar el rango de temperatura con el que se desea colar el metal y lo mantiene de forma automática durante todo el tiempo que dure la colada. Además, la característica exclusiva que aporta el plasma es que esta operación puede realizarse mediante un elemento de calentamiento externo, ajeno al propio horno, que facilita las labores de mantenimiento, y por tanto, reduce los costes generales de la colada.

Dependiendo del campo en el que se apliquen, las tecnologías de plasma térmico pueden dividirse en tecnologías de fundición y de reducción. A pesar de que en el presente estudio nos centraremos en el primer caso, a continuación se realizará una breve descripción del segundo y se mostrará una figura (Fig.2) en la que se muestran gráficamente ambas tecnologías.

Las diferentes tecnologías de plasma térmico aplicadas a la reducción, pretenden disminuir el uso de las materias primas en los procesos dado las crecientes limitaciones al acceso a materias primas de calidad. Además, su objetivo es procesar minerales de baja calidad, así como materiales de desecho. Por otra parte, su principal característica es que los materiales son procesados en polvo y, en la mayoría de los casos, están sujetos a una reducción previa. Por lo tanto, el objetivo de las diferentes unidades de plasma es el de conseguir un tiempo corto de fusión de la materia prima y un buen contacto entre el gas reductor y el material fundido.


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Figura 2: Representación gráfica de las tecnologías de plasma en metalurgia. Fuente: Thermal plasma

application in metallurgy (review)

Por lo que respecta a las tecnologías de plasma térmico de fundición, pueden clasificarse de la siguiente forma:

- Fusion con arco de plasma: se trata de una alternativa al tradicional arco eléctrico. Existen tres variantes de este tipo de proceso en base a su suministro de energía y la posición de la antorcha de plasma. En primer lugar, nos encontraríamos con hornos eléctricos clásicos restructurados donde los electródos de grafito son sustituidos por antorchas de plasma (cátodos) y alimentados independientemente con corriente eléctrica (DC) y un electrodo (ánodo) refrigerado por agua.[1]

El siguiente desarrollo en este campo se trata de hornos en los que cuatro antorchas de plasma DC están localizadas en los muros del horno orientados al baño en un ángulo específico. La desventaja principal en este caso es la situación de las antorchas de plasma que hace que muchas veces la chatarra impacte en las antorchas rompiéndolas. Por lo tanto, se trata de hornos que no tienen aplicación industrial.

Por último, existen hornos, como el desarrollado por KRUPP (Fig. 3), en los que una antorcha de plasma DC actúa como electrodo en una antorcha de plasma AC principal. La posibilidad de regular la inclinación de las antorchas de manera vertical en el horno mejora el proceso de calentamiento y disminuye el consumo de revestimiento refractario.[2]


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En comparación con el clásico arco eléctrico, el arco de plasma ofrece una serie de ventajas como son una mayor calidad del metal producido, una reducción del consumo de energía eléctrica , facilita la producción de aleaciones de bajo carbono y aumenta la asimilación de elementos de aleación y el rendimiento en general. Por otro lado, la principal desventaja que se plantea es el corto periodo de funcionamiento de las antrochas en altas densidades de corriente.

- Fusión con plasma por inducción: la fusión tiene lugar en un horno clásico de inducción que cuenta con una antorcha de plasma instalada en su crisol y actúa tras un esquema de arco transferido con electrodos-ánodos refrigerados por agua.[3]

Fig. 5: Horno de inducción por plasma

Fig. 3: Horno de plasma AC de KRUPP Fig. 4: Antorcha de plasma AC de KRUPP


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El uso de dos métodos de calentamiento, plasma e inducción, conlleva una reducción del tiempo de fusión en un 20-50% en comparación con el clásico horno de inducción. Además, mediante esta combinación en el proceso de calentamiento, se reduce el consumo de energía eléctrica en un 10-18%. También se consigue la producción de metal con poco sulfuro, gases e inclusión de contenido no-metálico.[4]

- Refusión con arco de plasma: se trata de la tecnología que más aplicación industrial tiene actualmente y está reconocida como un proceso básico de afino, compitiendo con los procesos de refusión con electroescorioas y refusión en arco al vacío. La tecnología consiste en fundir el lingote de metal mediante plasma en una cristalizadora de cobre refrigerada por agua y en obtener un lingote afinado con la estructura deseada y con menor cantidad de gas y contenido no-metálico. En comparación con la refusión en arco al vacío, este proceso tiene lugar bajo presión atmosférica o bajo presión aumentada y permite una aleación efectiva del metal.

-Plasma en hornos de cuchara y colada continua: en el caso de los hornos de cuchara, la sustitución de los electrodos de grafito por antorchas de plasma aporta una mayor calidad del metal producido además de facilitar un calentamiento más rápido del metal líquido. En el caso de la colada continua, se realiza un calentamiento de la cantidad necesaria de metal en la temperatura requerida y en el momento exacto de bastidor, cuando el metal fundido tiene que ser vertido del horno o del cucharón.[5]

Fuentes utilizadas en este apartado:

[1] Mihovsky, M. , Hadzhiyski, V., Todorov, L.. Electromagnetic and gas dynamic control of transferred plasma ARC in metallurgical plasma reactors and furnaces.High Temperature Material Processes, 11(3), 2007, 359-369.

[2] y [4] Mihovsky, M, Thermal plasma application in metallurgy (review). Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 45, 1, 2010, 3-18.

[3] Mihovsky, M, Plasma metallurgy - States of the art, problems and future. High Temperature Material Processes, 5 (1), 2001, 1-19.

5] Lei, H., Lei, S.-T., Zhuang, B.-X., New tundish heating equipment of horizontal continuous casting machine. Kang T'ieh/Iron and Steel (Peking), 43 (4), 2008, 43-45

[6] Kittaka, S., Sato, T., Wakida, S., Miyashita, M., Twin-torch type tundish plasma heater "NS-plasma II" for continuous caster. Nippon Steel Technical Report, 92, 2005, 16-21.


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A pesar de no ser una tecnología nueva, sí se trata de una tecnología emergente, con pocas aplicaciones a nivel industrial. Teniendo en cuenta las patentes publicadas en relación a los términos “plasma torch and casting” y “plasma torch and foundry” correspondientes a los últimos 4 años (2008-2011), su número es bajo.

Analizando las familias de patentes que incluyen los términos citados anteriormente, destacan aquellas procedentes de Japón, seguida por Estados Unidos y, a una mayor distancia, Israel, Corea y Francia. La mayoría de las patentes proceden tanto de empresas como de centros de investigación, por lo que podríamos concluir que se trata de tecnologías que se están utilizando cada vez más a nivel industrial.

En la tabla siguiente se han incluido los datos de familias de patentes, según su fecha de prioridad y país solicitante.

Año de publicación

País solicitante

EE.UU Japón Corea Israel Francia

2007 1 2 1 2008 2 3 - 2 2009 1 2 1 1 2010 1 - - 1 2011 - - -

TOTAL 5 7 2 2 2 Fuente: elaboración propia con datos extraídos de Espacenet (datos disponibles hasta noviembre de 2011)

A nivel global existen varias empresas que cuentan con esta tecnología en sus procesos productivos, tratándose generalmente de empresas de gran tamaño y altos niveles de producción. Sin embargo, se observa una mayor dificultad por parte de las pequeñas y medianas empresas del sector a la hora de incorporar estas tecnologías en sus procesos. Por otra parte el uso industrial de estas tecnologías comenzó hace más de 10 años, principalmente en Japón. Sin embargo en Europa su aplicación no está todavía generalizada, siendo escasas las empresas que ofrecen este tipo de tecnologías en dicho ámbito geográfico.

Observando la creciente tendencia que existe en el sector hacia la adopción de procesos productivos cada ver más eficientes energéticamente y que hagan un menor uso de materias primas, estas tecnologías se consideran una excelente oportunidad para alcanzar dichos objetivos. Sus principales características son la reducción del tiempo de calentamiento del metal y en el control de la temperatura en el momento de la colada, contribuyendo a un uso más eficiente de la energía, además de mejorar la calidad metalúrgica del metal fundido. Por todo ello, es previsible que estas tecnologías tengan una cada vez mayor aplicación a nivel industrial.

Por último, observando los resultados de la consulta realizada a expertos se puede decir que se trata de tecnologías que tendrán una mayor implantación en un plazo medio de tiempo y que seguirán desarrollándose en este sentido. La necesidad de


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reducir los costes energéticos en las empresas de fundición puede suponer un empujón definitivo en la industrialización generalizada de estas tecnologías.

4.4.2. Tecnologías de fundición near-net-shape

La mayor parte de la fundición de metales ligeros se realiza mediante procesos de fundición a alta presión, también conocido como High Pressure Die Casting (HPDC).La principal razón es que se trata de proceso menos costoso para la producción de grandes volúmenes de aluminio y magnesio fundidos. Se trata de procesos que cuentan con innumerables beneficios, sin embargo, no cumplen con las expectativas en el caso de la fundición de aleaciones ligeras de alta integridad. En este caso, se trata de procesos que minimizan las turbulencias de llenado, proporcionan presión durante la solidificación y producen productos que pueden ser tratados térmicamente sin formación de burbujas. Estos procesos se denominan High Integrity Die Casting y se trata principalmente de tres: fundición inyectada en vacío, squeeze casting y fundición en semisólido.

Todas ellas se consideran procesos “near-net-shape” pero en el presente informe principalmente se analizarán los procesos de moldeo en semisólido, es decir, rheocasting y thixoforming. También se analizará el proceso denominado Belt Casting Technology (BCT), dadas sus novedosas aplicaciones en la fundición de acero en colada continua y su capacidad de proporcionar productos de acero semi-acabados.

Los procesos en semisólido son capaces de producir productos casi acabados (near-net-shape), minimizando o eliminando la necesidad de mecanizado de los mismos y reduciendo sus costes de producción. Estos procesos reciben su nombre porque el fluido “barro metálico” de trabajo presenta un comportamiento tixotrópico. Los fluidos tixotrópicos se cizallan cuando el material fluye, pero son consistentes en reposo

Un sistema de inyección controlado introduce un metal en estado semisólido en una matriz metálica permanente, produciendo productos prácticamente finales. Estos procesos pueden ser más costosos que los tradicionales, sin embargo, la integridad de los componentes producidos es mucho mayor. En comparación con otros procesos que requieren aleaciones de gran pureza como A356, el semisólido tolera aleaciones secundarias y en base a chatarra, como 380 y 319, consiguiendo una gran resistencia y ductilidad con estas aleaciones. Además, mediante la aplicación de estos procesos se reducen los gases, la contracción de solidificación y se modifica la microestructura de la aleación.


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4.4.2.1. Rheocasting


El rheocasting implica la agitación de la aleación durante la solidificación para producir una mezcla semisólida con una microestructura no dendrítica. Luego, el barro o lodo metálico obtenido, es inyectado directamente dentro del molde ya sea por colada convencional o bien inyectándolo a presión (moldeo en matrices). Pueden utilizarse multitud de metales, tanto de fuentes primarias como secundarias, en forma de metal fundido o lingote, incluso chatarra.

Existen diferentes variantes del proceso de rheocasting entre los que cabe destacar los siguientes:

- New Rehocasting: también conocido como NRC, es una técnica patentada por Ube, Japón, que combina la tecnología de squeeze casting vertical con una nueva manera de procesar el material globular precursor.

El líquido fundido se coloca en un horno caliente y se cuela en un carrusel de crisoles especialmente diseñado, bombeando el aluminio desde el horno de mantenimiento. Los crisoles se enfrían mediante chorros de aire homogéneamente distribuidos en su entorno. La estructura globular se obtiene controlando el enfriamiento del material durante el proceso de solidificación. En la etapa final del carrusel se alcanza el estado semisólido, y la temperatura se homogeniza en todo el crisol mediante un horno de inducción. Un brazo robotizado coge la lingotera e invirtiéndola, deja caer el material en la máquina NRC y a continuación se inyecta. [1]

Este proceso se utiliza principalmente para el procesamiento del aluminio pero se extiende su uso para el procesado de otras aleaciones ligeras, como el magnesio. [2 y 3]

- Sub Liquidus Casting (SLC): se trata de otro proceso con lodo de entrada y coste bajo. Su desarrollo pertenece a la empresa THT Presses y combina el diseño del equipo y la utilización de afinadores de grano, con un procesado simple del metal fundido por medio de un cuidadoso control de temperatura.

Se trata de máquinas de inyección vertical y la partición del molde es vertical. El material entra directamente del horno de mantenimiento o fusión a la máquina de inyección. El material líquido se introduce en la máquina a baja temperatura, próxima a la temperatura requerida en el estado semisólido y mediante el control de la temperatura y la incorporación de afinadores de grano, se forma el lodo. Éste se introduce en la máquina por uno o varios canales de inyección.


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Fig 6: Ilustración esquemática del Sub Liquidus Casting de THT

Los principales beneficios de esta tecnología provienen de la inyección directa que reduce el flujo del lodo y las distancias rechupe-alimentación, lo que reduce la presión necesaria para llenar las cavidades y producir piezas sólidas. Además, se produce una separación de la mazarota y la colada durante la expulsión. [4]

- Continuous Rheoconversion Process (CRP): este proceso, desarrollado por WPI, elimina la necesidad de refinado de grano químico. La colada es vertida con un recalentamiento específico en un reactor CRP que proporciona la extracción de calor y convección forzada durante el inicio de la solidificación. Esto produce una abundante nucleación y la formación de las deseadas estructuras globulares para el procesado semisólido.

El proceso es simple y flexible pero proporciona un buen control sobre la evolución de la estructura en semisólido. Se trata de un proceso que puede ser utilizado solo o junto con el desarrollo de los lodos (rheocasting) o lingotes (thixocasting). También ha sido utilizado en combinación con el proceso Sub Liquidus Casting para garantizar una estructura globular fina y propiedades mecánicas uniformes. Además, el CRP ha tenido éxito en la generación de estructuras globulares semisólidas en aleaciones tradicionalmente difíciles de fundir y de gran resistencia, como por ejemplo A 206. [5] Esto aumenta la posibilidad de que este tipo de aleaciones puedan ser procesadas mediante rheocasting.


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[1] Observatorio Tecnológico del Metal- OTEA. Fundición a presión de Aluminio. Nuevos procesos y aleaciones especiales. 2007

[2] Dieringa, H., Kainer, K.U. Magnesium- Future material for automotive industry? Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 38 (2), 2007, 91-96

[3] Zhang, Y., Ma, Q., Xie, S., Geng, M., Xu, J., Guo, H. , Zhao, H.. Investigation in rheocasting-rolling for semi-solid magnesium alloy used by slope Advanced Materials Research 146-147, 2011, 1561-1564

[4] y [5] Jorstad, J.L., Aluminum Future Technology in Die Casting. Die Casting Engineering,September 2006, 18-25


El uso del proceso de rheocasting para el procesado de metales en estado semisólido se trata de una alternativa a los procesos convencionales de fundición. Se trata de una tecnología que comenzó a ser utilizada principalmente en Japón y Estados Unidos pero su aplicación en Europa es reciente y aún no está generalizada a nivel industrial.

A pesar de ello, continúa su evolución especialmente en cuanto a la reducción de los costes de su aplicación en comparación con los procesos tradicionales. No obstante, la creciente necesidad de producir productos semi-acabados y los beneficios que aporta este proceso en este sentido, se trata de un proceso que demuestra un alto interés por parte de la industria y que sigue siendo analizado y desarrollado por la comunidad científica. Esto se demuestra en el análisis de la actividad de protección intelectual a nivel global, que muestra que la investigación en dicho campo procede especialmente de determinadas áreas geográficas.

En este sentido, la mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años (2008-2011) corresponden a empresas de Corea, Japón y Estados Unidos, muy por delante del resto de países. La mayor parte de dichas empresas, son grandes corporaciones internacionales, con miles de trabajadores y sede en numerosos países

Fig. 7: Microestructura de A206 resultante de CRP


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a nivel global, que ofrecen una gran variedad de servicios integrales, relacionados con la producción de piezas complejas.

Además, este dominio de las empresas coreanas, japonesas y estadounidenses en cuanto a la publicación de patentes, se traslada también a la importancia de los centros de investigación de dichos países en relación a esta tecnología, contando con gran cantidad de publicaciones y líneas de investigación en este ámbito.

Tratándose de una tecnología que permite una mayor eficacia en la fundición de aleaciones ligeras tales como las de Aluminio y Magnesio, se prevé que su implantación en empresas que producen componentes para los sectores de automoción y aeronáutica vaya en constante aumento. Se trata de sectores que requieren componentes cada vez más ligeros y resistentes y una producción crecientemente personalizada. Todo ello puede ser alcanzado mediante la aplicación de los procesos de rheocasting.

Según los resultados obtenidos de la encuesta realizada a los expertos en esta materia, será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo y en las que la posición de partida de las empresas españolas se considera regular. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.

4.4.2.2. Thixoforming de aceros

El thixoforming requiere que la microestructura en el estado semisólido consista de esferoides de sólido en una matriz líquida. De esta manera, el material se comporta de manera tixotrópica, es decir, cuanto más se someta a esfuerzos de cizalla, más disminuye la viscosidad.

El proceso de thixoforming se denomina thixoforging cuando la fracción sólida es alta y thixocasting cuando esta fracción es baja.

En el caso de aleaciones, como el Aluminio y el Magnesio, los procesos de thixoforming han sido desarrollados extensivamente, ya que se trata de materiales que se muestran dóciles en estos procesos. Sin embargo, la aplicación de estos procesos para las aleaciones de alta temperatura, como el acero, ha sido investigado y desarrollado de manera menos prioritaria.

Sin embargo, a vista de los beneficios que pueden ofrecer estos procesos para el procesado del acero, se considera que se trata de una tecnología que tendrá una mayor implantación en los próximos años.


Desde principios de los años 90 se han llevado a cabo diferentes trabajos de investigación con el objetivo último de desarrollar procesos de thixoforming para el acero. Estos esfuerzos pasaron desde el análisis del potencial de moldes cerámicos para el thixoforming de aleaciones de alta temperatura [1] hasta posibilidad de utilizar


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el proceso de thixoforming, sin necesidad de aplicar ningún tratamiento especial, con barras de acero rápido pudelado.[2]

El proceso de thixoforming requiere tener en cuenta una serie de factores que se analizarán seguidamente y que se muestran gráficamente en el siguiente diagrama:

Uno de los factores que más interés suscita es si el acero puede ser procesado mediante thixoforming en el estado en el que se recibe del proveedor. Bulte y Bleck [3] no han encontrado dificultades significativas en este sentido. Por otra parte Omar et al. [4] han demostrado que el acero de alto rendimiento HP9/4/30, que es muy difícil de procesar mediante otros procesos, puede ser transformado mediante thixoforming en el estado en el que se recibe del proveedor.

Tras el análisis de diagramas de fase para la identificación de los aceros más adecuados, la investigación se centró en los aceros de alta aleación y altos en carbono.[5]

Puttgen y Bleck [6] han realizado diferentes experimentos DTA llegando a la conclusión de que el acero X210CrW12 y el acero HS 6-5-4 tienen una amplia area semisólida pero que otra serie de aceros tiene regímenes de semisólido más reducidos. Por otra parte, el acero para rodamientos 100Cr6 es también muy apropiado para el thixoforming. Por lo tanto, este último y el acero X210CrW12 han sido analizados extensivamente en cuanto a formación de fase durante el procesado.

Otro de los factores importantes de análisis ha sido la modelización del procesado en thixoforming. Las diferentes investigaciones han concluido que la modelización del llenado del molde no está suficientemente desarrollado, dadas las dificulatadas para obtener parámetros experimentales. Sin embargo, los principios deberían ser similares a los de la modelización de semisólido en general.[7]

El desarrollo industrial del proceso de thixoforming para acero debe estar acompañado de conocimiento y control sobre los varios parámetros del proceso:


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- la identificación de los tipos de aceros;

- el calentamiento homogéneo del lingote o pieza en bruto a alta temperatura antes de la deformación. Para ello se requiere un calentamiento por inducción. Además, el plan de calentamiento debe permitir alcanzar los requemientos obteniendo la temperatura deseada en el menor tiempo posible. Es la operación de calentamiento la que condiciona la productividad del proceso. Para que la productividad de este proceso pueda competir con la de otros procesos, además del calentamiento por inducción deberá calentarse las piezas en un carrusel.

- concepción o re-concepción de la pieza para adaptarla al proceso;

- los parámetros de formación, que incluyen la velocidad del pistón, el tiempo de mantenimiento y la presión al final de carrera y, finalmente, la temperatura y material del molde;

- el sistema de manipulación es también importante ya que permite que el lingote o pieza en bruto sea transferida, en estado semisólido, entre la zona de calentamiento y la de conformado, así como trasladar la pieza una vez formada para asegurar su tratamiento térmico.

El proceso de thixoforming del acero presenta una condiciones especialmente severas para los moldes. El proceso se caracteriza por altas temperaturas, gradientes térmicos y estrés considerable. Por ello, requiere materiales con resistencia a la corrosión por alta temperatura y capacidad de resistencia al choque térmico para poder cumplir con los requisitos de rendimiento y durabilidad. Se requieren moldes que puedan soportar repetidas veces el contacto con materiales en formación a unos 1250°C. Los moldes deben tener resistencia mecánica a alta temperatura y propiedades de resistencia al desgaste, fatiga, fluencia, choque, corrosión y oxidación.

Para lograr dar cumplimiento a estos requisitos se han analizado una serie de posibles soluciones que incluyen: recubrimientos PVD de óxido en TZM (aleación basada en Mo) [8], películas de aluminio mediante Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition (PACVD) en acero caliente [9] e inserciones cerámicas (Si3N4, ZrSiO4) [10].


[1] Kirkwood, D.H. Thixotropic materials European Patent No 0305375[p]. 1988.

[2] Cabeza, M.M, Verdeja J.I, Pero-Sanz, J.A., Plaza, D. The role of characterization in understanding environmental degradation of materials [C]// Proc 30th Annual Technical Meeting of theInternational Metallographic Society, Seattle, WA: ASM International,1997, 452-428.

[3] Bulte, R., Bleck, W. Effects of pre-processing on thixoformability of steel grades 100Cr6 [J]. Steel Res Int, 2004, 75: 588-592.

[4] Omar,M.Z., Palmiere, E.J., Howe, A.A., Atkinson, H.V., Kapranos, P. Thixoforming of a high performance HP9/4/30 steel [J]. Mater Sci Eng A, 2005, 395: 53-61.

[5] Rassili, A., Atkinson, H.V. A review on steel thixoforming. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20(2010) s1048-s1054


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[6] Puttgen, W., Bleck, W. DTA-Measurements to determine the thixoformability of steels [J]. Steel Res Int, 2004, 75: 531-536.

[7] Atkinson, H. V. Modelling the semisolid processing of metallic alloys [J]. Prog Mater Sci, 2005, 50: 341-412.

[8] Lugscheider, E., Honig, T., Kopp, R., Kallweit, J., Moller, T. Oxide PVD-coatings for use on dies for semi-solid metal (SSM-) forming of steel [J]. Adv Engng Mats, 2001, 3: 998-1001.

[9] Kurapov, D., Schneider, J. M. Adhesion and Thermal Shock Resistance of Al2O3 Thin Films Deposited by PACVD for die protection in semi-solid processing of steel. op. cit.[50] 577-580.

[10] Beherens, B. A., Haller, B., Fischer, D. Thixoforging of steel using ceramic tool materials. op. cit.[50]561-568.


A pesar de no tratarse de una tecnología nueva, su aplicación para el procesado del acero puede considerarse relativamente reciente y con un gran nivel de desarrollo e interés en los últimos años. De la investigación y desarrollo realizado hasta el momento se desprende que a pesar de ser una tecnología muy prometedora, aún tiene varios aspectos que mejorar, especialmente en relación a la protección de los moldes. Además, se observa la necesidad de mejorar su implantación industrial, ya que a pesar de que el interés de la comunidad científica se ve reflejada en el número de artículos científicos y presentaciones en congresos, el número de patentes encontradas respondiendo a los términos de “thixoforming”, “thixoforming steel” y “semisolid processing and steel”, correspondientes a los años 2008-2011, es bajo.

En este sentido, la mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a entidades de China, seguida a gran distancia diferentes coreanas (según la búsqueda realizada en el presente informe, ambos países suman el 70% del total de familias publicadas a nivel global durante el periodo considerado). Especialmente en el caso de China se ha mantenido, incluso aumentado la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión

Por otro lado cabe destacar que la mayoría de estas patentes han sido solicitadas por universidades y centros de investigación, quedando relegadas a un segundo plano las empresas industriales.

La mayor parte de dichas empresas, son grandes corporaciones internacionales con sede en numerosos países a nivel global, que ofrecen una gran variedad de servicios integrales.

A pesar de no estar reflejado en el número de patentes publicadas, la creciente necesidad de producir productos semi-acabados y los beneficios que aporta este proceso en este sentido, convierte al proceso de thixoforming en un proceso de un alto interés por parte de la industria y que sigue siendo analizado y desarrollado por la comunidad científica. Esto se demuestra en el análisis de la actividad de protección intelectual a nivel global y en el número de publicaciones científicas en dicho campo, especialmente de determinadas áreas geográficas.


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A nivel europeo, cabe destacar el creciente interés que despierta esta tecnología en diferentes agentes del sistema de ciencia y tecnología, siendo los centros de tecnológicos y universidades alemanas las que más activas se muestran en las actividades de investigación en este campo.


4.4.2.3. Belt Casting Technology

A diferencia de otros materiales, el acero está sujeto a un aumento constante en cuanto a requerimientos. Los componentes de alta tecnología fabricados en acero ya ofrecen una variedad de aplicaciones pero la fabricación de productos innovadores requerirá la disponibilidad de aceros con mejoras significativas en sus propiedades. En especial, los sectores de automoción, aplicaciones off-shore y la industria química requerirán el uso de aceros de alta y muy alta resistencia que además cumplan con los requisitos de ligereza que piden los citados sectores.

Por lo tanto, los productores de aceros tendrán que hacer frente a los retos de desarrollar nuevas aleaciones que cumplan con los nuevos requerimientos, mientras cumplen con los estándares medioambientales. Estas nuevas condiciones exigen el desarrollo de nuevos procesos y equipamientos, incluso un cambio en el planteamiento del concepto de planta.

Belt Casting Technology (BCT) pretende dar respuesta a estas necesidades y facilitar la producción de acero near-net-shape, abriendo las posibilidades a la colada horizontal de bandas de aceros. Las máquinas de colada BCT permiten diferentes rendimientos de producción y gran variedad de tamaños de productos, estando especialmente destinadas a aleaciones de acero que hasta ahora no podían ser producidas mediante colada continua. De esta manera, aceros con alto contenido en Mn, Si y Al podrán ser fundidos a escala industrial [1]. Además, la rápida solidificación en una atmósfera inerte abre las posibilidades para el procesado de una gran variedad de materiales [2].


Las principales características de las máquinas BCT son la velocidad de colada, un molde móvil consistente en cintas transportadoras y limitaciones laterales, completa inertización y flujo de material horizontal.

La banda transportadora de la parte inferior es constantemente refrigerada con agua y opera a una velocidad de 30m/minuto. De esta manera, se requiere un molde no-oscilante por lo que no es necesario un flujo de colada adicional. Sobre la banda transportadora una atmósfera de gas inerte protege la solidificación del acero y al final de la colada una mezcla definida de gas incide en la estructura de solidificación.


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Por otra parte, sobre la banda transportadora se instalan unidades electro-magnéticas que inciden sobre el flujo del acero. Un agitador transversal facilita la distribución uniforme del acero líquido hasta las limitaciones laterales. Además, un agitador longitudinal sincroniza el movimiento de la banda con el del flujo del acero.

El fleje colado abandona la banda transportadora horizontalmente y es guiada por un rodillo superior y tres pares de rodillos de aplanamiento. Tras el paso por los rodillos, se miden el grosor y el perfil del fleje, que luego se introduce en un camino de rodillos sellado donde se garantiza la completa inertización del proceso.

Posteriormente, el fleje pasa por dos unidades de rodillos de arrastre y un looper intermedio. La segunda unidad de rodillos pasa el fleje a una cizalla hidráulica. Para la realización del corte, la velocidad de cizalla se ajusta a la velocidad en la que circula el fleje, cortándolo en la longitud deseada.

Las piezas, que tienen una longitud máxima de 9m, pasan rápidamente por un camino de rodillos hasta ser trasladados a una mesa elevadora hidráulica que ayuda a almacenarlos.

Este proceso cuenta con importantes características que lo diferencia de los procesos convencionales de colada continua y que supone importantes mejoras:

- alimentación del metal fundido en el molde: uno de los aspectos de calidad esenciales para el posterior procesado de los productos colados es su perfil. Por razones del proceso, la precisión geométrica de este proceso comienza con la alimentación del metal fundido en el molde horizontal en movimiento, es decir, en la banda transportadora con limitaciones laterales.

Se debe asegurar la apropiada distribución del metal fundido en relación a la anchura y espesor del molde. La anchura de apertura de salida es menor que la del molde. Además, el metal fundido se contrae como resultado del estrés de superficie que surge cuando el metal fundido excede el nivel de la cerámica de la boquilla. Dependiendo de la aleación que se pretende fundir en esta atmósfera, el comportamiento del flujo cambia. Las aleaciones especiales que contienen muchos elementos de afino de

Fig. 9: Representación gráfica proceso de colada con BCT.


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oxígeno, sufren contracción. Esto es causado por la oxidación del metal fundido que tiene como consecuencia una capacidad limitada de flujo hacia los bordes del molde.

Estos dos fenómenos pueden ser atajados con varias acciones. Por un lado, la protección contra la re-oxidación mediante la incorporación de gas inerte, el diseño de la geometría de la boquilla y la influencia electromagnética sobre el metal fundido. Por otro lado, las soluciones relacionadas con la parte mecánica son apoyadas mediante simulaciones de flujo. El flujo simulado del metal fundido puede ser representado como una función del flujo de masa, de la geometría y del campo electromagnético.

- condiciones de enfriamiento y solidificación: esta tecnología puede incorporar una sección de enfriamiento primario de 11m de longitud. El molde refrigerado indirectamente permite que el acero se solidifique durante su movimiento horizontal. El fleje de 15mm no está sujeto a ningún estrés externo y el proceso de solidificación está controlado por medio de la extracción de calor. Además de la inclusión del agua en varias zonas del proceso, la estructura de apoyo a la banda de transporte y el equipamiento mecánico facilitan el sistema de refrigerado a lo largo de todo el proceso. La energía térmica se disipa de encima de la banda de transporte mediante radiación y convección del equipamiento mecánico de la estructura superior.

El diseño de la sección de refrigeración de los componentes mecánicos adjuntos se realiza en base a cálculos térmicos. Tanto la temperatura de fleje como de la banda móvil pueden ser determinados.

- monitorización del proceso: un sistema integrado de sensores realiza un importante trabajo de monitorización y control del proceso. Se da especial importancia al sistema de alimentación, desde el cual el metal fundido es cargado en la banda transportadora móvil. Una serie de sistemas de medición son instalados que hacen posible la adquisición de las variables del proceso. Además de la temperatura y de la posición de la boquilla, se mide el nivel de llenado del metal fundido. Por lo tanto, el proceso incorpora una medición a tiempo real del nivel del acero líquido, lo que es una parte esencial del sistema de control del flujo de masa.

El molde también es monitorizado on-line en una serie de posiciones definidas y se analiza, además, la atmósfera por medio de análisis de gases y de la posición de la banda transportadora.


[1]. Wans, J. Bausch, J., Hecken, J., Schlüter, J. Near-net-shape casting of steel- The Belt Casting Technology. Materials Science Forum 638-642, 2010, 3634-3639

[2] Spitzer, K.-H., Rüppel, F., Viščorová, R., Scholz, R., Kroos, J., Flaxa, V. Direct strip casting- an option for the production of new steel grades, Steel Research International 74 No. 11/12, 2003, 724-731.


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A pesar de no tratarse de una tecnología nueva, su aplicación para el procesado del acero puede considerarse relativamente reciente y con un gran nivel de desarrollo e interés en los últimos años. De la investigación y desarrollo realizado hasta el momento se desprende que a pesar de ser una tecnología muy prometedora, aún tiene varios aspectos que mejorar, especialmente en relación a una mayor implantación a nivel industrial de la misma. A pesar de que el interés de la comunidad científica se ve reflejada en el número de artículos científicos y presentaciones en congresos, el número de patentes publicadas correspondientes a los años 2008-2011, es bajo.

En este sentido, la mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a empresas alemanas, seguidas a una relativa distancia de empresas chinas. Especialmente en el caso de se ha mantenido, incluso aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión.

Al igual que en el caso de las tecnologías contempladas anteriormente, la mayoría de las empresas que continúan investigando en relación con este tipo de procesos, son grandes corporaciones que operan a nivel global, con centros o unidades específicas de I+D. No obstante, también hay algunas empresas de menor tamaño que se muestran muy activas en este ámbito mediante una activa colaboración con otras empresas y centros de investigación. Además, la mayor parte operan en sectores vinculados a la automoción, energía o la industria química.

El acero está sujeto a un aumento constante en cuanto a requerimientos. Los componentes de alta tecnología fabricados en acero ya ofrecen una variedad de aplicaciones pero la fabricación de productos innovadores requerirá la disponibilidad de aceros con mejoras significativas en sus propiedades. En especial, los sectores de automoción, aplicaciones off-shore y la industria química requerirán el uso de aceros de alta y muy alta resistencia que además cumplan con los requisitos de ligereza que piden los citados sectores. Por lo tanto, la evolución prevista de esta tecnología es muy prometedora, tanto por los beneficios que ofrece como por la tracción que se prevé que lleven a cabo los sectores mencionados con el fin lograr las propiedades que requieren.

Según los resultados obtenidos de la encuesta realizada a los expertos en esta materia, será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el largo plazo ya que se trata de una tecnología que requiere mayor desarrollo técnico e implantación industrial. Por otra parte, la posición de partida de las empresas españolas se considera regular. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.


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4.4.3. Infiltración con presión (Squeeze Casting) para materiales avanzados y compuestos

Los Materiales Compuestos de Matriz Metálica (MCMM) están reconocidos por sus relevantes propiedades, sin embargo es necesario superar ciertas barreras técnicas que posibiliten una mayor implantación de los mismos. Lo mismo ocurre con otros materiales avanzados tales como los materiales reforzados con fibras cortas, partículas, nanotubos, etc.

Los MCMM son aquellos constituidos por fibras continuas o discontinuas de refuerzo, generalmente cerámicas, embebidas en una matriz metálica. Las estructuras así formadas consiguen combinar las propiedades de los refuerzos cerámicos, en especial su elevada rigidez, con una buena transmisión de esfuerzos en la matriz, cuya principal misión no es soportar grandes tensiones sino transmitirlas entre los refuerzos individuales. La principal ventaja que se obtiene mediante este refuerzo es la consecución de unos materiales más ligeros que poseen unas propiedades relevantes entre las que se pueden citar; resistencia y rigidez específicas en altas temperaturas, elevada dureza y resistencia al impacto, incremento de la máxima temperatura de utilización, mejora en las prestaciones frente al choque térmico, mejora de la resistencia al desgaste, la posibilidad de obtener unas propiedades direccionales, y posibilidad, en cierta medida, de diseñar materiales que oferten unas características concretas, dado que el porcentaje de refuerzo y matriz determina los valores de la mayoría de las propiedades físicas del material [1].


El proceso de infiltración con presión, más conocido como Squeeze Casting, conduce a la obtención del compuesto en un solo paso, sin la necesidad de ser transformados mediante la utilización de diversas tecnologías. Este proceso combina en una operación las características de la fundición y de la forja. El proceso consiste básicamente en el vertido del metal fundido en un molde seguida de la aplicación de presión, lo cual disminuye o elimina la presencia de porosidades internas. Aplicando una refrigeración adicional se incrementa la transferencia de calor, facilitando la rápida solidificación y minimizando la segregación. La microestructura que se obtiene de esta forma es mucho más fina y se consiguen unas tolerancias más estrechas. Este proceso puede usarse en una gran variedad de sistemas metálicos que incluyen las aleaciones de aluminio habitualmente, las de magnesio y cobre en algunas industrias, e incluso aceros y superleaciones en casos y condiciones muy particulares [2].

El Squeeze Casting se trata de un proceso que ya ha probado su eficacia en la fundición de Aluminio y Magnesio y la tendencia actual es hacia el procesado de materiales y aleaciones avanzadas y MCMM, especialmente de Al y Mg [3]


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Existen dos enfoques en cuanto al proceso, la infiltración con presión directa o direct squeeze casting y la infiltración con presión indirecta o indirect squeeze casting. En el primer caso, el metal fundido es vertido directamente en un molde abierto, seguido por la aplicación de la presión. La mayor ventaja de este proceso es que la presión es aplicada a la totalidad del metal líquido durante su enfriamiento, consiguiendo una mayor densidad. Se consigue una mayor transferencia de calor y la microestructura es más fina y se consiguen tolerancias más estrechas [4]. Sin embargo, no hay control sobre el estado de llenado del molde lo que resulta en un flujo turbulento y películas de óxido frágiles en superficie. Además, el tiempo que transcurre desde el vertido hasta la presurización conlleva una prematura solidificación. Por lo tanto, se requiere un sistema de medición muy exacto para controlar las dimensiones de la pieza moldeada.

En lo que respecta al indirect squeeze casting, el proceso de presión es más difícil de aplicar. El metal líquido es inyectado en fondo de la cavidad mediante un cilindro hidráulico. El flujo del metal puede ser controlado por medio de la velocidad de inyección y la aplicación de la presión comienza una vez que el molde está lleno. La pieza moldeada se forma dentro del molde cerrado y las dimensiones de la misma son más fáciles de controlar [6].

Fig. 10:Diagrama ilustrativo de proceso directo e indirecto de squeeze casting. Fuente [5]


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Además de las máquinas de infiltración con presión vertical o Vertical Squeeze Casting (VSC), existe el sistema de HVSC (Horizontal-Vertical Squeeze Casting), tratándose de un molde de apertura horizontal con un sistema de inyección horizontal. El proceso consiste en verter el producto en la cámara, forzar el metal lentamente hacia una cavidad pre-calentada y aplicar la presión durante el proceso de solidificación. La lenta velocidad de inyección minimiza la turbulencia durante el proceso y reduce las ampollas de aire. Además, la aplicación continua de presión durante la solidificación, ayuda a reducir la porosidad.

Fig. 11: Máquina de Infriltración con presión indirecta Vertical. Fuente: Ube Machinery Inc


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El proceso de Squeeze Casting se trata de un proceso, llamado de “alta integridad”, que proporciona una serie de cualidades a los metales que otros procesos no logran: reduce la porosidad en la matriz metálica, logra propiedades mecánica elevadas y mejora la resistencia a la fatiga. Además, las piezas pueden ser tratadas térmicamente.

En la siguiente imagen se puede observar las diferencias en la microestructura de piezas moldeadas mediante (a) molde permanente y (b) squeeze casting. En el primer caso dendrita gruesa y en el segundo es dendrita ultrafina.

Han sido varias las investigaciones que han probado eficacia a la hora de procesar MCMM. Park et al.[8] analizaron la fabricación de MCMM AZ91 con refuerzos de nanotubos de carbono mediante squeeze casting. Realizaron estudios de microestrucutra y ensayos de tracción para composites de matriz Mg. Caracterizaron las propiedades de fatiga y analizaron las posibles aplicaciones en automoción (motor y transmisión). La conclusión fue que la técnica de squeeze casting era apropiada para la fabricación de estos materiales, reduciendo defectos tales como la porosidad y la separación de interface matriz/refuerzo.

Por su parte, Sachdeva et al. [9] realizaron una caracterización de la microestructura y la del Mg AM50 procesado mediante squeeze casting. El estudio se centró en el posible uso de las piezas fabricadas con dichas aleaciones en componentes de chasis. Realizaron una comparación entre los procesos de squeeze casting y moldeo por alta presión (HPDC) para dichas aleaciones. Aunque las tasas de corrosión son algo más altas en el primer caso, las piezas producidas de esta manera estaban prácticamente exentas de porosidad, ofreciendo resultados muy prometedores.


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[1]. Garcia-Romero, A. Optimización y estudio de un composite aluminio-silicio reforzado con fibras cortas de alumina. Tesis Doctroral E.T.S.E.I.B. Universitat Politécnica de Catalunya (1996).

[2] Kulkarni K. M. "Squeeze casting comes of age" Foundry Men and Technology, Aug. 76 - 79, (1984)

[3] y [5] Ghomashchi, M.R., Vikhrov, A. Squeeze casting: an overview. Journal of Materials Processing Technology 101 (2000) 1-9

[4] Garcia-Romero, A., Irisarri, A.M., Anglada, M. Estudio de las propiedades mecánicas de un material compuesto de matriz aleación de aluminio. Anales de mecánica de la fractura, vol. 19. 2002

[6] Iyer, A., Squeeze casting: the future. ISS Institute Inc. April 2011

[7] Schwam, D et al., Microstructure & Mechanical Properties of Squeeze cast & Permanent Mold Cast A356 Aluminium alloy-A comparative Study, Die Casting Engineer, November 2006, 18–27.

[8] Park, Y.-H., Park, Y.-H. , Park, I.-M., Oak, J.-J. , Kimura, H. , Cho, K.-M. Fabrication and characterization of AZ91/CNT magnesium matrix composites. Materials Science Forum. 2009, Vol. 620-622)

[9] Sachdeva, D., Tiwari, S., Sundarraj, S., Luo, A.A. Microstructure and corrosion characterization of squeeze cast AM50 magnesium alloys


A pesar de tratarse de una tecnología relativamente madura, su aplicación para el procesado de MCMM y otros materiales avanzados puede considerarse relativamente reciente y con un gran nivel de desarrollo e interés en los últimos años. De la investigación y desarrollo realizado hasta el momento se desprende que a pesar de ser una tecnología muy prometedora, aún tiene varios aspectos que mejorar, especialmente en relación a una mayor implantación a nivel industrial de la misma. A pesar de que el interés de la comunidad científica se ve reflejada en el número de artículos científicos y presentaciones en congresos, el número de patentes publicadas correspondientes a los años 2008-2011, es medio.

Realizando una observación más exhaustiva de las patentes publicadas en el periodo 2008-2011, destaca la preponderancia de las protecciones procedentes de Asia. En particular China y Japón resultan ser los países más destacados a este respecto, seguidos por Corea (según la búsqueda realizada en el presente informe, ambos países suman el 80% del total de familias publicadas a nivel global durante el periodo considerado). Tanto en uno como en otro caso, se ha mantenido, incluso aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con el proceso en cuestión

En este sentido, la mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a universidades y centros de investigación de los países anteriormente citados. Las pocas empresas con patentes en este ámbito, son empresas


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especializadas en la fundición de aleaciones de Aluminio que han incorporado en sus procesos la fundición de MCMM y otros materiales avanzados.

Estos materiales poseen unas propiedades relevantes entre las que se pueden citar; resistencia y rigidez específicas a altas temperaturas, elevada dureza y resistencia al impacto, incremento de la máxima temperatura de utilización, mejora en las prestaciones frente al choque térmico, mejora de la resistencia al desgaste, la posibilidad de obtener unas propiedades direccionales, y posibilidad en cierta medida de diseñar materiales que oferten unas características concretas, dado que el porcentaje de refuerzo y matriz determina los valores de la mayoría de las propiedades físicas del material. De esta manera, tanto estos materiales como los procesos para fabricarlos son de especial interés para los sectores de alto valor añadido como el de aeronáutica, la energía eólica y la automoción.

Por lo tanto, la evolución prevista de esta tecnología es muy prometedora, tanto por los beneficios que ofrece como por la tracción que se prevé que lleven a cabo los sectores mencionados con el fin lograr las propiedades que requieren.

Los expertos consultados en el presente estudio consideran que para la transformación de los materiales mencionados será generalizada en un plazo de tiempo medio y que la posición de las empresas españolas para llevar a cabo la incorporación de las mismas, es buena. En cuanto a la inversión que se requerirá para incorporar estas tecnologías, los expertos consultados consideran que será una inversión media aunque necesitará el impulso por parte de las empresas tractoras, que establecerán requerimientos para los que será necesaria la incorporación de tecnologías más avanzadas.

4.5. FORJA


La forja consiste en deformar plásticamente un determinado material de partida (llamado taco) entre dos utillajes (llamados troqueles, matrices o estampas) sujetos, respectivamente, a la “mesa” y a la “maza” de la máquina de forja.

A pesar de que el objetivo primario de la forja sea la obtención de piezas con una forma determinada, el trabajo del metal en frío o en caliente constituye un tratamiento termomecánico que afecta positivamente a la estructura y, por lo tanto, a las características del material de partida.

Atendiendo a la temperatura de transformación, la forja se ha dividido tradicionalmente en forja en caliente, forja en frío y forja en semi-caliente. Por otra parte, según el tipo de matrices empleados, se puede tratar de forja libre o forja por estampación.

La forja es un proceso esencial es para una serie de industrias tales como la de automoción, la de construcción y en sectores energéticos.

Si se analizan los factores de competitividad de las empresas europeas más destacadas en este sector (labor ya realizada en los estudios anteriores TECLA I y


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TECLA II), se pueden extraer una serie de condiciones que convierten a estas empresas en más competitivas que sus homólogas.

Por un lado, se trata de empresas especializadas en un solo sector de valor añadido y con un alto nivel de colaboración con sus clientes. Así, debido a las exigencias de estos clientes principales y de la evolución de sus necesidades, estas empresas punteras dedican importantes esfuerzos a I+D, la innovación y la mejora continua. Esto les permite incorporar tanto nuevas tecnologías como mejoras o adaptaciones a las tecnologías más maduras.

Por otro lado, desde el punto de vista de los procesos, se trata de empresas que incorporan un amplio rango de tecnologías de forja (forja en caliente, en semi-caliente, en frío y procesos combinados), aportando una gran variedad de soluciones y productos a sus clientes.

Además, el diseño del producto es un factor importante para las empresas de forja más punteras en Europa. Por ello incorporan en sus procesos herramientas avanzadas tales como herramientas de diseño en 3D, de simulación y de prototipado.

En los últimos años, varios factores de índole ambiental se están convirtiendo en factores determinantes para el sector. La mejora de la eficiencia energética del proceso es uno de esos factores como también lo son la necesidad de reducir el uso de materia prima o el mejor aprovechamiento de la misma y el uso de lubricantes avanzados que mejoren los procesos medioambientalmente.

La mayoría de las empresas destacadas a nivel europeo son grandes empresas pertenecientes a grupos empresariales. Por ello, cuentan con ventajas a la hora de internacionalizarse, ya que pueden aprovecharse de su tamaño y de las sinergias que pueden establecerse entre las diferentes empresas del grupo. Estas sinergias facilitan el desarrollo y la incorporación de nuevas tecnologías e innovaciones en las empresas de forja.

Un gran número de las empresas más competitivas a nivel global cuentan con patentes propias, tal y como se puede observar en el análisis de patentes realizado. En general, se pretende incorporar tecnologías novedosas que ayuden a hacer frente a los retos que presenta la fabricación de productos con mayor valor añadido y que tiene como consecuencia el incremento de la complejidad de los procesos de forja (nuevos materiales, productos semi-acabados, requisitos de calidad y precisión, etc.).

En general, las empresas de forja tienen el objetivo de incorporar tecnologías novedosas que permitan procesos flexibles y adaptables, que faciliten la producción de piezas forjadas near-net-shape, así como la incorporación de nuevos desarrollos en la fabricación de los moldes y matrices.

Por último, existen una serie de tecnologías consideradas horizontales en el marco del presente estudio y que también son de especial relevancia en la evolución del sector de la forja. Entre otros, se tiende hacia una mayor automatización de los procesos y el uso de robots industriales, la incorporación de sistemas de simulación y modelización.


Actualmente, las tecnologías empleadas por las empresas de forja son numerosas y diversas, adaptándose en gran medida a los requisitos de los materiales utilizados y


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de los productos resultantes de ella. Las tecnologías avanzadas que faciliten la producción de piezas forjadas near-net-shape, así como las tecnologías que faciliten la incorporación de nuevos desarrollos en la fabricación de los moldes y matrices serán importantes para la evolución del sector en los años siguientes. Se trata de tecnologías diversas, su evolución tecnológica es distinta, así como su madurez.

Por lo tanto, los campos de investigación que se están desarrollando son diversos: desde estudios relativos al desarrollo y procesado de materiales con propiedades más adaptadas a aplicaciones concretas, hasta los análisis sobre la mejora de la productividad y de la eficiencia energética y de ciclo de vida de los procesos. También resultan relevantes los avances en relación con procesos que permitan elaborar piezas de forma final (near-net-shape).

Además, se extienden una serie de nuevos conceptos en el sector de forja que suponen la incorporación de nuevas y variadas tecnologías, incorporando a los procesos de mecanizado tecnologías de otros sectores, como por ejemplo, las TICs, así como herramientas de simulación y modelización.

En general, en este sector las tecnologías han ido evolucionando con el fin de poder transformar y procesar una serie de materiales nuevos materiales con características extremas, tales como los materiales ligeros o superaleaciones y materiales compuestos.

Aunque las tendencias tecnológicas a estudiar podrían ser tan numerosas y variadas como las tecnologías y técnicas específicas del sector de forja, tal y como se ha explicado en párrafos anteriores, para la realización de este informe se ha llevado a cabo un análisis de la evolución de este tipo de procesos en los últimos cuatro años, atendiendo a las patentes, presentaciones en congresos especializados, artículos científicos y aplicaciones industriales de nueva implantación. Todo ello en el marco de la metodología descrita en el apartado 2 de este estudio.

Tecnologías servo-drive para forja

Tecnologías Rapid Tooling para forja

4.5.1. Tecnologías servo-drive para forja


Los sistemas servo-drive electro-mecánicos han sido utilizados en máquina herramienta desde hace varias décadas. Recientemente, algunos constructores de prensas, especialmente en Japón [1, 2] y Alemania [3], han desarrollado prensas de forja que utilizan la tecnología mecánica servo-drive.

Dado que todas las acciones de la prensa, como el iniciado, el cambio de velocidad y la parada, los realiza el servo-motor, la prensa servo-mecánica cuenta con una cadena de mando más simple, sin volante, embrague ni freno. De esta manera, el mantenimiento de estas prensas en más sencillo. Además, estas prensas aportan mayor productividad, precisión y fiabilidad.

Las primeras prensas servo-drive tenían baja capacidad de carga por lo que se empleaban principalmente en forja en frio, que requiere baja fuerza de forjado por el


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pequeño tamaño de los productos. Los recientes desarrollos de servo-motores robustos han posibilitado la construcción de servo-prensas para forja en caliente de piezas grandes. [4]

Las aplicaciones de las servo-prensas pueden ser diferentes dependiendo de los diferentes procesos de forja:

- Forja libre: tradicionalmente este tipo de proceso se ha realizado mediante forjado por martillado para forjar productos de gran tamaño, utilizando grandes prensas hidráulicas con capacidades de 50-200MN. Actualmente, combinando servo-prensas con un robot, el proceso mencionado puede ser utilizado eficientemente para la producción de piezas pequeñas. Para ello, los robots serán utilizados para manejar las piezas en el posicionamiento. Wang et al. han demostrado la eficacia de la utilización en combinación de servo-prensas para forja incremental [5]

- Forja en matriz cerrada: dado que la servo-prensa puede detectar la carga de trabajo y detenerse antes de que llegar al fondo si se da una carga excesiva, se trata de una tecnología adecuada para este tipo de proceso.

- Forja en frio con ejes múltiples: se ha investigado el uso de servo-prensas AC para la forja en frio de ruedas cónicas. Logró extenderse la vida útil de la matriz por 3 y el consumo de energía se redujo en la mitad mediante la sustitución de una prensa hidráulica por una servo-prensa mecánica [6]


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- Forja en caliente: en este proceso, se considera que una alta velocidad de deslizamiento es deseable para evitar el enfriamiento del lingote y el calentamiento de las matrices como consecuencia del contacto entre el lingote caliente y la matriz fría. Por otra parte, el estrés de flujo es sensible a la velocidad de conformación en altas temperaturas. Además, la deformación a baja velocidad conlleva un fuerza baja de conformad. Por lo tanto, la velocidad apropiada de conformado se determina por la temperatura y la conductividad térmica de la matriz. Maeno et al. analizaron los efectos de la velocidad de deslizamiento en la forja de varillas con una aleación de Al mediante el uso de una servo-prensa [7]. Así, se comprobó que estas prensas podrían ser utilizadas a una velocidad óptima en función del equilibrio de refrigeración de la matriz y la generación de calor por deformación plástica.

Esta tecnología aporta las siguientes ventajas al proceso de forja:

- Debido a que todos los movimientos de la prensa, como el cambio de velocidad de partida y parada, se llevan a cabo solo por el servo-motor, la servo-prensa mecánica tiene una cadena de mando más simple, sin volante, embrague y freno que son esenciales para una prensa mecánica convencional.

- El movimiento de deslizamiento flexible permite el movimiento más adecuado para cada método de conformado o producto. El movimiento puede optimizar y ampliar los límites del conformado, aumentar la productividad y mejorar la precisión del producto.

- Debido a la reducción de la fricción del embrague y el freno, la reutilización de la energía cinética durante la desaceleración y el movimiento de deslizamiento optimizado, el consumo de energía durante el conformado se reduce.

- Una servo-prensa con múltiples ejes posibilita la incorporación de operaciones en matrices que reducen el número de pasos de conformado y hace posible la formación de piezas más complejas y precisas en una sola prensa.


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- Debido al control de los servo-motores por ordenador, muchas servo-prensas pueden ser conducidas con diferentes movimientos para maximizar la eficiencia de la producción.


[1] Ando, H., Application of Servo System in Recent Press Machines. Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity 45(526), 2004 877–882

[2] Japan Machinery Federation, Japan Forming Machinery Association Standardization of Servo-Motor Drive Press Machines, 2005

[3] Altan T, Groseclose A. Servo-Drive Presses–Recent Developments, 10. Umformtechnisches Kolloqium Darmstadt. (2009)

[4] Osakada K, Ishikawa K, Ono M, Morishita K, Ando H, (Eds.), Precision Forging. Nikkan Kogyo Shimbun, Ltd. (in Japanese).,2010.

[5] Wang X, Yukawa W, Yoshida N, Sukeda Y, Ishikawa TT. Research on Some basic Deformations in Free Forging with Robot and Servo Press. Journal of Materials Processing Technology 209(6): 2009, 3030–3038.

[6] Amino H, Ro G. Development Passage of Servo Press and Introduction of Servo Press. Journal of the Japan Society for Technology of Plasticity 45(526):882–886. 2004

[7] Maeno T, Fujii H, Mori K, Sato M Control of Slide Motion in Hot Impression Die Forging of Aluminium Alloy Billets Using Servo Press, Steel Research International. Supplement Metal Forming 2010, vol. 81, no. 9, 2010, 354-357


A pesar de que los sistemas servo-drive electro-mecánicos han sido utilizados en máquina herramienta desde hace varias décadas, recientemente, algunos constructores de prensas, especialmente en Japón y Alemania, han desarrollado prensas de forja que utilizan la tecnología mecánica servo-drive. Por lo tanto, se trata de una tecnología con un gran nivel de desarrollo e interés en los últimos años. De la investigación y desarrollo realizado hasta el momento se desprende que se trata de una tecnología muy prometedora y con gran potencial de aplicación a nivel industrial.

En este sentido, la gran mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a empresas de Japón y China, ambos países suman alrededor del 80% del total de familias publicadas a nivel global durante el periodo considerado). Especialmente en el caso de China ha aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión.

Por otro lado, cabe destacar el interés que suscita esta tecnología en diferentes centros de investigación y desarrollo alemanes, siendo especialmente activos en publicaciones científicas y el desarrollo de diferentes líneas de investigación en este ámbito. Sin embargo, esta actividad no tiene reflejo en la publicación de patentes, que


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son escasas. Cabe destacar de igual manera, el interés de sectores tales como el aeronáutico y el eólico en la implantación industrial de estas tecnologías.

A pesar del creciente interés mostrado por diferentes agentes en esta tecnología, se considera aún emergente en cuanto a su nivel de implantación industrial y por el número relativamente bajo de patentes publicadas. Sin embargo, los beneficios que aporta esta tecnología, en especial facilitando producción de piezas forjadas near-net-shape, hacen pensar que tendrá un desarrollo e implantación industrial muy prometedora.

Según los resultados obtenidos de la encuesta realizada a los expertos en esta materia se considera que la utilización de estas tecnologías se generalizará en un plazo de tiempo medio pero que la posición de las empresas españolas para llevar a cabo la incorporación de las mismas, es regular. Las empresas españolas del sector no parecen estar preparadas para la aplicación de estas nuevas tecnologías en sus procesos.

4.5.2. Tecnologías Rapid Tooling para forja


Las aplicaciones de Rapid Tooling han sufrido un nuevo impulso con el emerger de tecnologías de Fusión Selectiva por Láser (FSL) y de Sinterizado Directo de Metal por Láser (DMLS), capaces de fabricar por capas partes y útiles completamente densos, basados en aceros refractarios altamente aleados. Las aplicaciones en moldes son las que han sido analizadas con éxito en primer lugar, así como la producción en pequeñas series.

Las matrices para forja, como otra de las posibles aplicaciones para el utillaje fabricado por capas, está siendo uno de los desarrollos que se está llevando a cabo en estos momentos. El mercado de forja por estampación está demandando productos forjado en plazo cada vez más cortos (una semana) por lo que la aplicación de estas tecnologías podría dar respuesta a estos requerimientos.

Hasta ahora se han llevado a cabo pocas investigaciones en relación a las posibilidades de aplicar los utillajes fabricados mediante láser a los procesos de conformado de metales [1]. Sin embargo, la exitosa aplicación en el moldeado por inyección y el moldeo a presión de metales ligeros, sugiere que el Rapid Tooling se extenderá a otras aplicaciones.

La forja por estampación requiere unas características similares a las que requiere el moldeado a presión en cuanto a la resistencia térmica y de fatiga de sus utillajes. Por otra parte, no existe la necesidad de enfriamiento de la estampa, las geometrías son más simples y los requisitos de calidad de superficie y de precisión dimensional no son tan altas en comparación con el moldeo.

Estas menores demandas en cuanto a las superficies y dimensiones abre la posibilidad de evitar el paso de mecanizado, lo que supone un gran ahorro de tiempo en el proceso de Rapid Tooling.


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Por lo tanto se está desarrollando el proceso para la producción de utillaje (estampas para forja) mediante fusión por láser y que puedan ser utilizadas con éxito en los procesos de forja.

Los estudios han probado que se pueden desarrollar insertos de matriz en las matrices de forja y se han realizado prototipos de insertos de matriz producidos por fusión por láser. A pesar de eso, la presente tecnología necesita aún un mayor desarrollo con el fin de disminuir los costes de este proceso y hacerlo rentable. Será crucial para estas aplicaciones el aumento de las tasas de productividad y la reducción del precio de los materiales en polvo.

Además, será necesario proseguir con la investigación en los siguientes aspectos:

- Será necesaria realizar una estructuración inteligente de los insertos de matriz mediante resultados de simulaciones y ensayos reales.

- Es necesario tener en cuenta conceptos de utillaje híbrido para reducir los esfuerzos de fusión por laser al mínimo, en términos de tiempo y coste, para operaciones complejas.

- Serán necesarias tecnologías innovadoras de unión para unir los insertos de matriz procesados mediante láser a una matriz-madre universal de forma rápida y sencilla.


[1] Stanchev, S.. Fertigung von Blechteilen durch den Einsatzgenerativer Verfahren im Werkzeugbau. 2006. München: Hieronymus.

[2] Dimitrov, D., Moammer, A. & Mabogo, M. Thermal Management of Moulds and Dies – State of the Art and Future Perspectives. Laboratory for Rapid Product Development, Department of Industrial Engineering, University of Stellenbosch, South Africa – Paper. 2008


A pesar de no tratarse de una tecnología nueva, su aplicación para la fabricación de utillajes para procesos de conformado de metales se considera muy reciente y con un creciente nivel de desarrollo en los últimos años. De la investigación y desarrollo realizado hasta el momento se desprende que a pesar de ser una tecnología muy prometedora, aún tiene varios aspectos que mejorar, especialmente en relación a una mejor estructuración de los insertos de matrices y mejorando la unión de las matrices procesadas por láser y la matriz-madre.

A pesar de que el interés de la comunidad científica se ve reflejada en el número de artículos científicos y presentaciones en congresos, el número de patentes publicadas correspondientes a los años 2008-2011, es muy bajo. Esto refleja el carácter emergente del uso de estas tecnologías en las aplicaciones señaladas.

En este sentido, la mayoría de las pocas patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a centros de investigación alemanes. En este caso, se ha


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producido un ligero aumento de la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión.

La mayoría de las empresas que continúan investigando en relación con este tipo de tecnologías son empresas que lo hacen en estrecha colaboración con centros tecnológicos y de investigación ya que al tratarse de tecnologías emergentes el riesgo de inversión es alto.

Sin embargo, se prevé que las tecnologías que proporcionen utillajes flexibles y adaptables sigan desarrollándose y avanzando hacia una mayor implantación industrial.

Los expertos consultados en la elaboración del presente estudio prevén que sea una tecnología cuya implantación general se dé en un plazo medio o largo de tiempo y consideran que la posición de las empresas españolas ante esta situación es regular. Su implantación generalizada dependerá del impulso proporcionado por las empresas tractoras y sus requerimientos a sus proveedores, así como de la labor de los centros de investigación para dar a conocer los beneficios de dichas tecnologías y de apoyo para su implantación industrial

4.6. MECANIZADO


El proceso de mecanizado es uno de los más relevantes procesos de fabricación en términos de consumo de recursos y piezas mecanizadas. El proceso genérico de mecanizado comprende un amplio número de procesos específicos que tienen en común dar forma a una pieza quitando el material en forma de viruta de diferente forma y tamaño. Se consideran procesos de mecanizado, entre otros, el taladrado, torneado, fresado, rectificado, eletroerosión, etc.

La caracterización del subsector del mecanizado es muy compleja, si no imposible, ya que además de abarcar diferentes procesos, las operaciones de mecanizado se utilizan sobre diferentes materiales, en piezas con tamaños de diferentes órdenes de magnitud desde micras hasta metros. A este número de variantes le tenemos que añadir los requerimientos de precisión dependientes del uso de las pieza y que van, por ejemplo, desde piezas de instrumentación científicas hasta palas de cavar. Finalmente a todo esto añadir la diversidad de la complejidad geométrica de las piezas lo que lleva a introducir los ejes de trabajo de las máquinas como un factor más de análisis.

Los sectores que más comúnmente hacen uso de los procesos de mecanizado son industrias como la de automoción, aeronáutica, el sector de valvulería y accesorios para tuberías, la de energía eólica o la construcción.

Las empresas europeas más destacadas en el sector del mecanizado comparten una serie de rasgos que las hacen más competitivas frente a sus homólogas ubicadas en el mismo continente. Estos rasgos comunes fueron analizados en estudios anteriores de este Observatorio (ver TECLA I y II). A continuación se indicarán las características más destacables identificadas entonces y que inciden directamente en la previsible evolución tecnológica del sector a medio y largo plazo.


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Las inversiones en tecnología y en actividades de I+D son aspectos clave para las empresas punteras europeas de este sector. La innovación y la I+D permite a estas empresas contar con un amplio rango de tecnologías de mecanizado, incluyendo una gran variedad de máquinas. Además, al encontrarse especializadas en sectores de gran valor añadido, los requerimientos de sus clientes hacen que la incorporación de innovaciones tecnológicas en estas empresas sea una de las claves para su competitividad.

Por ello, en este apartado no solo se reflejan las tendencias detectadas como emergentes, por estar en periodo de expansión y desarrollo, sino también las correspondientes mejoras en los procesos convencionales de mecanizado, que están en constante proceso de evolución.

Por otra parte, el diseño de los productos es también fundamental para gran parte de estas empresas punteras, haciendo uso en sus procesos herramientas de diseño en 3D o incorporando al diseño de productos procesos de ingeniería concurrente.

En los últimos años, además, las cuestiones medioambientales se han convertido en factores determinantes del sector, especialmente las actividades relacionadas con la eficiencia energética y la contaminación. Es destacable, también, la tendencia hacia el uso de materiales menos contaminantes y la incorporación de procesos que faciliten la reutilización y el reciclado de los materiales.

La implementación de la fabricación ecológica, como el primer paso hacia una producción sostenible, está creciendo en importancia en los últimos años y se prevé que vaya en aumento durante los próximos años. Se ponen de relieve las oportunidades competitivas para los fabricantes que adoptan seriamente a este movimiento en auge. Se pueden destacar algunas mejoras como los avances/velocidad para minimizar la energía durante el desbaste y mecanizado de acabado, minimizar el uso de consumibles, un eficiente diseño del husillo/herramienta para obtener una alta productividad y de mínima energía. Por otra parte, se puede hablar también de un nuevo concepto para el diseño de máquinas herramienta: la eco-productividad. Las características serían, máquina productiva, precisa, fiable y eco-eficiente. Esta eco-eficiencia consiste en que la máquina emplee la menor cantidad de recursos energéticos y materiales en sus fases de construcción y uso, sin que ello repercuta en su funcionalidad ni en su fiabilidad.

Muchas de las empresas destacadas a nivel europeo son grandes empresas pertenecientes a grandes grupos industriales, lo que les permite tener un claro enfoque internacional, contando con ingenierías propias.

Un gran número de las empresas más competitivas a nivel global cuentan con patentes propias, tal y como se puede observar en el análisis de patentes realizado. En general, se pretende incorporar tecnologías novedosas que ayuden a hacer frente a los retos que presenta la fabricación de productos con mayor valor añadido y que tiene como consecuencia el incremento de la complejidad de los procesos de mecanizado (nuevos materiales, geometrías complejas, requisitos de calidad y precisión, etc.). En resumen, se trata de fabricar más rápido, mejor y más barato para cumplir con las exigencias de los clientes.

Finalmente, existen una serie de tecnologías consideradas horizontales en el marco del presente estudio y que también son de especial relevancia en la evolución del


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sector del mecanizado. Se tiende, especialmente, hacia un mayor uso de las TICs en los procesos de fabricación, que permitan una fabricación ágil y a medida de los requerimientos de los clientes, así como una fabricación en red y conectada globalmente. También será clave el uso de estas tecnologías para la optimización del ciclo de vida, mediante herramientas de simulación y modelización.

Los tres países más destacados a nivel europeo son Alemania, Italia, Polonia y Reino Unido ocupando los primeros puestos en el ranking de países en relación con el número de empresas dedicadas a este sector (según datos de Eurostat de 2010). Por lo que respecta a nivel mudial, China es el mayor consumidor de máquina herramienta y en 2009 se convirtió en el principal productor. Japón sigue siendo el segundo productor mundial de máquina herramienta, siendo Alemania el tercero.


La tecnología relacionada con el mecanizado ha evolucionado mucho en los últimos años con mejoras que afectan a múltiples campos como las herramientas de corte, la tecnología del mecanizado, los medios de producción, el CAD/CAM o la sensórica. Sin embargo, aún existe margen de mejora en los procesos de mecanizado a través del aprovechamiento de las nuevas tecnologías, como pueden ser el micromecanizado láser o el mecanizado rotatorio por ultrasonidos, así como mediante la optimización del proceso en base a un mayor conocimiento del mismo.

Además, se extienden una serie de nuevos conceptos en el sector del mecanizado que suponen la incorporación de nuevas y variadas tecnologías, incorporando a los procesos de mecanizado tecnologías de otros sectores, como por ejemplo, las TICs. Por lo tanto, en los próximos años se hablará de máquinas inteligentes y sistemas “self-learning”, así como de máquinas portables y fabricación sostenible.

En general, en este sector las tecnologías han ido evolucionando con el fin de poder transformar y procesar una serie de materiales duros y difíciles de procesar pero muy extendidos en diversos sectores dadas sus excepcionales propiedades tecnológicas. Se trata de superaleaciones, materiales compuestos y cerámicas que debido a sus buenas propiedades y comportamiento en las aplicaciones más exigentes, tienen cada vez más demanda pero que en su procesado presentan problemas que limitan la precisión y elevan los costes de producción. Por esta razón el mecanizado de este tipo de materiales de una manera eficiente se enmarca dentro del marco de innovación tecnológica de las empresas.

Aunque las tendencias tecnológicas a estudiar podrían ser tan numerosas y variadas como las tecnologías y técnicas específicas del sector del mecanizado, tal y como se ha explicado en párrafos anteriores, para la realización de este informe se ha llevado a cabo un análisis de la evolución de este tipo de tecnologías en los últimos cuatro años, atendiendo a las patentes, presentaciones en congresos especializados, artículos científicos y aplicaciones industriales de nueva implantación. Todo ello en el marco de la metodología descrita en el apartado 2 de este estudio.

Así, se han considerado y estudiado más a fondo los grupos de tecnologías y procesos que se enuncian a continuación, como exponente de la evolución tecnológica del sector, desestimando otros grupos que merecerían también un estudio específico, pero no ha sido posible abordar por el propio alcance de este trabajo:

o Procesos no convencionales


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Micromecanizado láser Mecanizado rotatorio por ultrasonidos Mecanizado electroquímico

o Mejoras en procesos convencionales Optimización de procesos de mecanizado en duro Simulación en procesos de mecanizado

o Conceptos del mecanizado del futuro Máquinas multitask (MTM) Máquinas portables

4.6.1. Procesos no convencionales

4.6.1.1. Micromecanizado láser


El micromecanizado láser compite con tecnologías como el mecanizado de alta velocidad (MAV) o la electroerosión por penetración (EDM) [1], siendo su principal ventaja frente a éstos que al ser una radiación electromagnética la que incide en el material, no existe contacto físico alguno entre la herramienta de trabajo y el material, siendo los esfuerzos generados sobre el sistema (de naturaleza térmica) mucho menores al corte por herramienta. Por lo que respecta a la precisión en el mecanizado, dependiendo de las características del sistema láser, se puede disponer de un diámetro de haz en el punto focal de dimensiones ≤ 50 µm, logrando precisiones inalcanzables mediante MAV. Como consecuencia de estas dimensiones, se concentra una gran densidad de energía en una zona muy localizada, lo que se traduce en una mayor capacidad de procesado de materiales duros y difíciles de mecanizar mediante tecnologías convencionales. Fuentes láser pulsadas con duración de pulso corta y ultracorta (microsegundo: µs y picosegundo: ps) son las empleadas frecuentemente en el micromecanizado de precisión de materiales cristalinos y amorfos.


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El mecanizado láser se fundamenta en la eliminación de material en el intervalo de tiempo que dura el pulso, y dependiendo de la duración de éste, los procesos físicos que se generan en el material son de distinta naturaleza. Para el caso particular de considerar tiempos de pulso mayores que 1 nanosegundo, los procesos térmicos son los que dominan la interacción radiación–materia, invirtiéndose la energía en el paso de los átomos desde el estado sólido al gaseoso, pasando por el estado fundido. Este proceso térmico genera una dinámica del material fundido que, debido a la tensión superficial de la superficie, provoca la acumulación de material en torno a la cavidad generada por el láser (recast layer) y la existencia de una zona afectada térmicamente (Heat Affected Zone (HAZ)), microgrietas y ondas de choque. Por otro lado, el mecanizado láser con pulsos ultracortos se caracteriza por una elevada calidad superficial, efecto asociado al aumento de energía por pulso y número de fotones por unidad de tiempo provocando la ablación fría del material, que reduce los inconvenientes que existen con pulsos más cortos.[2]

La tecnología de micromecanizado láser aporta ventajas significativas al sector moldista, debido a la rapidez en el mecanizado y el grado de precisión alcanzado.

En el ámbito aeronáutico y de automoción, la tecnología de micro-taladrado y texturizado por láser ha demostrado sus buenas capacidades en la obtención de superficies y componentes funcionales. El micromecanizado láser de agujeros de taladrado (dimensiones de entrada del agujero inferiores al espesor del material a tratar) se emplea en la mejora de las propiedades de refrigeración de cámaras de combustión, aerodinámica de estructuras de avión y obtención de difusores que favorezcan el ahorro y optimización de combustible. La técnica de texturizado láser, por su parte, muestra sus ventajas frente a métodos químicos en la obtención de superficies funcionales que prevengan el desgaste de componentes sometidos a fricción continua. Dentro de este campo, la tecnología se orienta hacia la obtención de geometrías precisas que reduzcan la superficie de contacto en servicio, actúen como pequeños depósitos de lubricante o retengan partículas desgastadas (en sistemas sin lubricación). [3]

Fuentes usadas para este apartado:

[1] Kumar P., Han P., Ramkumar J., Nagahanumaiah, Ehmann K.F. Comparative assessment of the laser induced plasma micro-machining (LIP-MM) and the micro-EDM processes, 2011,ASME 2011 International Manufacturing Science and Engineering Conference, MSEC 2011.

[2] Allegre O.J., Perrie W., Edwardson S.P., Dearden G., Watkins K.G.,Ultra-short pulse laser micro-machining of metals with radial and azimuthal polarization, 2011, 30th International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics, ICALEO 2011.

[3] Garcia-Ballesteros, J.J., Molpeceres, C., Lauzurica, S., Micromecanizado laser de componentes de gran calidad de acabado superficial. Anales de Ingeniería Mecánica, 1. Año 16. 511 - 516.


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[4] Gonzalo, O., Quintana, I., Maiztegi, I., Sanz, C. Nuevas tendencias para el mecanizado.


El uso del proceso de micromecanizado láser se trata de una alternativa a otras tecnologías como el mecanizado de alta velocidad (MAV) o la electroerosión por penetración (EDM) siendo su principal ventaja frente a éstos que al ser una radiación electromagnética la que incide en el material, no existe contacto físico alguno entre la herramienta de trabajo y el material.

Se trata de una tecnología que está en constante evolución y que tienen una relativamente alta implantación industrial, especialmente en Estados Unidos, Japón, Corea y China, seguidos por Alemania. Además, es un proceso que demuestra un alto interés por parte de la industria y que sigue siendo analizado y desarrollado por la comunidad científica. Esto se demuestra en el análisis de la actividad de protección intelectual a nivel global, que indica que la investigación en dicho campo procede especialmente de determinadas áreas geográficas.

En este sentido, la mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años (2008-2011) corresponden a empresas de Estados Unidos, Japón y Corea, así como a universidades y centros de investigación chinos, muy por delante del resto de países. La mayor parte de dichas empresas, son grandes empresas y que ofrecen una gran variedad de servicios integrales, relacionados con la producción de piezas complejas.

Además, este dominio de las empresas coreanas, japonesas y estadounidenses en cuanto a la publicación de patentes, se traslada también a la importancia de los centros de investigación de dichos países en relación a esta tecnología, contando con gran cantidad de publicaciones y líneas de investigación en este ámbito.

Se considera que es una tecnología que seguirá desarrollándose y cuya implantación industrial será cada vez mayor, especialmente en los ámbitos geográficos en los que no lo ha hecho aún. Además, en el ámbito aeronáutico y de automoción, la tecnología de micro-taladrado y texturizado por láser ha demostrado sus buenas capacidades en la obtención de superficies y componentes funcionales, lo que apoya las perspectivas del aumento de su implantación industrial.



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4.6.1.2. Mecanizado rotatorio por ultrasonidos

Como se ha comentado anteriormente, el reciente crecimiento del uso de materiales de alta dureza, gran resistencia mecánica y resistencia a la abrasión a altas temperatura, ha introducido la necesidad del procesado de los mismos. De este modo, el mecanizado de materiales duros y frágiles se ha convertido en un problema tecnológico y se presenta como un reto importante. Las propiedades avanzadas de materiales como las cerámicas técnicas, vidrios, carburos sinterizados, piedra, etc. dificultan en gran medida su transformación.

El mecanizado de este tipo de componentes se realiza habitualmente empleando procesos de rectificado o electroerosión, y en promedio suponen entre el 30-60% del coste total de producción. A pesar de la importancia de estos procesos, debido a sus capacidades, existen limitaciones técnicas a la hora de conseguir geometrías complicadas, tolerancias ajustadas y costes reducidos.


El mecanizado rotatorio por ultrasonidos o Rotary Ultrasonic Machining (RUM) se enmarca dentro de los procesos no convencionales de mecanizado que permiten el mecanizado de materiales duros y frágiles de una manera eficiente con costes moderados.

El RUM es un proceso que consiste en la eliminación de material utilizando una herramienta de superabrasivo mediante la combinación de tres movimientos: rotación, vibración axial ultrasónica (frecuencia 20 kHz y amplitud de 5-50 micras) y avance contra la pieza. Además, el proceso utiliza taladrina bombeada a través de la herramienta para eliminar las virutas de la zona de corte, evitando el embotamiento y refrigerando el proceso.


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El mecanismo de arranque de material en el RUM es la combinación de los mecanismos presentes en el rectificado con diamante y en el mecanizado por ultrasonidos tradicional (USM), presentando mejoras frente a ambos procesos. La introducción de la vibración en combinación con el proceso de rectificado con diamante permite obtener mejores rendimientos como el aumento de la rapidez del proceso, la reducción del desgaste de las herramientas y de las fuerzas de corte, la mejora de la rugosidad superficial o la práctica eliminación de las zonas afectadas térmicamente.

Las ventajas del RUM frente al rectificado se incrementan cuando se trata de realizar geometrías de pequeñas dimensiones o con formas en 3D, puesto que en estos casos se aprovechan las ventajas del proceso obteniendo piezas con mejores tolerancias, mejores acabados y menores costes de herramientas.

Las aplicaciones del RUM se centran principalmente en fabricación de componentes en materiales duros y frágiles como las cerámicas técnicas [1], los vidrios [2], metales endurecidos, piedra, Silicio, piedras preciosas, etc. Y están relacionadas con condiciones de trabajo muy diversas:

- Componentes sometidos a desgaste por fricción y alta temperatura

- Componentes aislantes térmicos o eléctricos para trabajar en condiciones extremas

- Componentes estructurales con muy alta estabilidad térmica

- Componentes ópticos


[1] Khoo, C.Y., Hamzah, E., Sudin, I. Review on the rotary ultrasonic machining of advanced ceramics. Journal Mekanikal No.25, 2008, 9-23.

[2] Zhang C., Feng P., Wu Z., Yu D., An experimental study on processing performance of rotary ultrasonic drilling of K9 glass , Advanced Materials Research 2011,230-232, 221.

[3] Cong W.L., Pei Z.J., Deines T., Wang Q.G., Treadwell C., Rotary Ultrasonic Machining of stainless steels: Empirical study of machining variables, International Journal of Manufacturing Research, Vol. 5, 2010, 370-386.


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El uso del proceso de mecanizado rotatorio por ultrasonidos se trata de una alternativa a otros procesos tales como los procesos de rectificado o electroerosión, y en promedio suponen entre el 30-60% del coste total de producción. A pesar de la importancia de estos procesos, debido a sus capacidades, existen limitaciones técnicas a la hora de conseguir geometrías complicadas, tolerancias ajustadas y costes reducidos.

Así, el mecanizado rotatorio por ultrasonidos representa un proceso no convencional de mecanizado que permite el mecanizado de materiales duros y frágiles de una manera eficiente con costes moderados.

Se trata de una tecnología que está en constante evolución y que tienen una relativamente alta implantación industrial, especialmente en China y Japón. Además, es un proceso que demuestra un alto interés por parte de la industria y que sigue siendo analizado y desarrollado por la comunidad científica. Esto se demuestra en el análisis de la actividad de protección intelectual a nivel global, que demuestra que la investigación en dicho campo procede especialmente los países anteriormente citados y de Estados Unidos.

En este sentido, la mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años (2008-2011) corresponden a empresas de los dos países mencionados anteriormente, muy por delante del resto de países. La mayor parte de dichas empresas, son grandes empresas y que ofrecen una gran variedad de servicios integrales.

Además, este dominio de las empresas chinas y japonesas y en cuanto a la publicación de patentes, se traslada también a la importancia de los centros de investigación de dichos países en relación a esta tecnología, contando con gran cantidad de publicaciones y líneas de investigación en este ámbito.

Se considera que es una tecnología que seguirá desarrollándose y cuya implantación industrial será cada vez mayor, especialmente en los ámbitos geográficos en los que no lo ha hecho aún. Se extenderá la implantación de estas tecnologías principalmente en la fabricación de componentes en materiales duros y frágiles como las cerámicas técnicas, los vidrios, metales endurecidos, piedra, Silicio, piedras preciosas,

Según los resultados obtenidos de la encuesta realizada a los expertos en esta materia, será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo y que requerirán un nivel de inversión elevado.


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4.6.1.3. Mecanizado electroquímico


El mecanizado electroquímico (ECM) utiliza la acción química para el arranque del material, y el proceso consiste en colocar la pieza a mecanizar sumergida en una cuba con líquido electrolítico (eléctricamente conductor) enfrentada con el electrodo (útil o herramienta) que tendrá la ‘forma negativa’ de la que se desea obtener en la pieza, estando ambos conectados a un generador de corriente continua, cerrando el circuito eléctrico a través del fluido electrolítico. Al establecerse la circulación de la corriente eléctrica, la pieza comenzará a disolverse de una manera selectiva, mediante electrólisis (disolución electroquímica controlada), empezando por las zonas de mayor densidad de corriente, que serán aquellas en las que la distancia interelectródica sea menor. Este paso de corriente se estabilizará uniformemente a medida que la pieza mecanizada va ‘acoplándose’ al electrodo.

La utilización de este proceso permite la obtención de formas complejas sin distorsión, grietas, rebabas, capa blanca, zona afectada térmicamente, ni tensiones residuales. Esta técnica puede ofrecer además una larga vida del electrodo o herramienta ya que el desgaste es inexistente, junto con altas tasas de arranque de material y buena calidad superficial. Sin embargo, la principal desventaja del ECM, al igual que el EDM, frente a la tecnología láser es la necesidad de que los materiales del electrodo y de la pieza sean conductores eléctricos.

Existen muchas variantes del mecanizado electroquímico, algunas de ellas son:

- Pulido electroquímico: es el mismo proceso que el ECM pero sin avance. Con velocidades de electrolito y densidades de corriente menores con lo que se generan superficies de acabado muy fino, con valores de Ra del orden de 0,25 a 0,30 µm.

- Taladro electroquímico: se emplea para producir agujeros de diámetro muy pequeño, para lo que se emplean voltajes elevados y electrolitos ácidos. La herramienta es una boquilla de vidrio estirado con electrodo interior, siendo el


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intersticio de 0,03 a 0,06 mm. Presenta la ventaja de que se pueden mecanizar simultáneamente múltiples agujeros. En materiales como el Ni y el Co se pueden obtener agujeros de 0,1 a 0,75 mm de diámetro.

- Rectificado electroquímico: en este caso el electrodo es una muela cuyo abrasivo son gránulos de diamante natural en bruto, siendo el aglomerante un metal. La misión del abrasivo es aislar las partes metálicas de los electrodos manteniendo el intersticio, barrer los residuos y arrancar viruta si la muela se pone en contacto con la pieza. Este proceso se aplica casi con exclusividad al afilado de herramientas de metal duro.

- Desbarbado electroquímico: la pieza a desbarbar se introduce en un tambor rotatorio aislado eléctricamente que contiene dos electrodos de corriente, añadiéndose al electrolito unas esferas de grafito que se cargan por introducción gracias a los electrodos, con lo que adquieren un potencial eléctrico suficiente de un lado a otro del intersticio esfera-pieza para provocar el mecanizado electroquímico. Como la densidad de corriente en los salientes de las rebabas es mayor que en las superficies lisas de la pieza, las primeras se eliminan preferentemente, produciéndose un pequeño cambio dimensional en la pieza.

Aunque en la actualidad, el ECM no es considerado como un proceso de precisión, mediante el uso de una potencia pulsada de duración relativamente corta (1-10ms) y distancias estrechas entre el electrodo y la pieza (GAP) de 10 a 50 µm, es posible alcanzar precisiones del orden de 5µm y acabados superficiales de hasta 0,03 µm de Ra. Esta nueva variante de ECM se denomina Mecanizado electroquímico pulsado o PECM. Esta forma de aplicación de energía en el proceso facilita el uso de una vibración mecánica en la herramienta que servirá para mejorar la limpieza de los sedimentos que se formen durante el mecanizado en el GAP de trabajo.

Las ventajas mencionadas del proceso de PECM, proporcionan una alternativa eficiente para la fabricación de una gran variedad de componentes como pueden ser alabes de turbina, implantes quirúrgicos, moldes, matrices e incluso microcomponentes.


[1] McGeough, J., Electrochemical Machining (EVM), 2005.


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El uso del proceso de mecanizado electroquímico se trata de una tecnología que ha tenido un largo desarrollo y que aún sigue en evolución continua. Utiliza la acción química para el arranque del material, y el proceso consiste en colocar la pieza a mecanizar sumergida en una cuba con líquido electrolítico (eléctricamente conductor) enfrentada con el electrodo, y permite la obtención de formas complejas sin distorsión, grietas, rebabas, capa blanca, zona afectada térmicamente, ni tensiones residuales.

Se trata de una tecnología que está en constante evolución y que tiene una relativamente alta implantación industrial, especialmente en Japón, Corea y China. Además, es un proceso que demuestra un alto interés por parte de la industria y que sigue siendo analizado y desarrollado por la comunidad científica. Esto se demuestra en el análisis de la actividad de protección intelectual a nivel global, que demuestra que la investigación en dicho campo procede especialmente de determinadas áreas geográficas.

En este sentido, la mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años (2008-2011) corresponden a empresas de chinas, seguidas por empresas de Corea, muy por delante del resto de países

Además, este dominio de las empresas chinas y coreanas, en cuanto a la publicación de patentes, se traslada también a la importancia de los centros de investigación de dichos países en relación a esta tecnología, contando con gran cantidad de publicaciones y líneas de investigación en este ámbito.

Se considera que es una tecnología que seguirá desarrollándose y cuya implantación industrial será cada vez mayor, especialmente en los ámbitos geográficos en los que no lo ha hecho aún. Además, estos procesos proporcionan una alternativa eficiente para la fabricación de una gran variedad de componentes como pueden ser alabes de turbina, implantes quirúrgicos, moldes, matrices e incluso microcomponentes, afectando a gran variedad de sectores industriales.



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4.6.2. Mejoras en procesos convencionales

Los procesos de mecanizado son muy conocidos y existen multitud de empresas dedicadas a la fabricación de componentes por este tipo de procesos. Este hecho hace que sea un proceso fácilmente asimilable por empresas de países menos industrializados y con costes más bajos. En esta situación, la fabricación por arranque de viruta se centra en la obtención de productos de mayor valor añadido y calidad, con costes y tiempos reducidos en materiales cada vez más exigentes que permitan competir contra la oferta de costes reducidos de otros países. Para lograr este objetivo se trabaja en la innovación en diversos aspectos de los procesos de mecanizado y en el desarrollo de nuevos sistemas de mecanizado que permitan aumentar las capacidades de los procesos convencionales.

4.6.2.1. Optimización de procesos de mecanizado en duro


El uso de materiales de alta dureza está indicado para componentes de alto rendimiento funcionando bajo altas cargas, en los que el proceso de acabado influye de manera muy importante en el comportamiento funcional; por este motivo, el acabado debe proporcionar componentes de alta calidad, tanto desde el punto de vista de las propiedades termomecánicas del material como del acabado e integridad superficial conseguida. Los procesos de acabado deben asegurar que el material mantiene sus propiedades mecánicas para soportar las cargas en uso, y al mismo tiempo no afectar a la integridad que pueda llevar a la aparición de problemas de fatiga o corrosión.

El creciente uso de materiales de altas prestaciones, como los aceros endurecidos y los carburos cementados (metal duro), ha planteado la necesidad de encontrar nuevos procesos de fabricación, que mejoren los utilizados habitualmente. El principal problema en la fabricación de componentes de materiales de cierta dureza se centra en los procesos de acabado que se realizan habitualmente mediante operaciones lentas y costosas como mediante procesos de rectificado y electroerosión. Como alternativa a éstos, en los últimos años se ha trabajado en el desarrollo de los procesos de fresado y torneado en duro que permiten transformar materiales de alta dureza (por encima de 55 HRC) obteniendo los acabados superficiales y tolerancias requeridos, con reducciones de tiempos en relación 1 a 3, y costes de maquinaría 3 veces más bajos frente a los procesos de rectificado y electroerosión. Los centros de mecanizado permiten dotar al proceso de mayor flexibilidad en relación con la capacidad de desarrollar múltiples operaciones, sin las restricciones que imponen otro tipo de máquinas como las de rectificado o de electroerosión. Además, la posibilidad de utilizar estrategias de mecanizado en seco permite reducir el uso de lubricantes consiguiendo una mejora medioambiental del proceso.

Los problemas que se presentan en el mecanizado de materiales de alta dureza y elevadas propiedades mecánicas, se centran en el material de la herramienta, el acabado superficial requerido y la productividad. Los últimos logros en el desarrollo de materiales de corte permiten disponer de herramientas suficientemente rígidas para el corte del material endurecido, y a la vez suficientemente tenaces para soportar las


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altas cargas mecánicas del proceso. Por otro lado, teniendo en cuenta la naturaleza del tipo de materiales a transformar, estas herramientas deben ofrecer la suficiente capacidad para soportar el desgaste y las elevadas temperaturas que se originan en este proceso. Los últimos desarrollos en herramientas, como el PCD y el PCBN, permiten obtener este tipo de características.

En el caso concreto del torneado en duro los problemas suelen estar relacionados con la obtención de la calidad y la integridad superficial requeridas que están asociados principalmente con el desgaste de la herramienta, las vibraciones y la rigidez de la máquina. Para el correcto desarrollo de un proceso de torneado en duro es necesaria la utilización de una máquina adecuada, principalmente de alta rigidez y potencia, pero normalmente se utilizan las máquinas disponibles por lo que la mejora del rendimiento del proceso pasa por seleccionar adecuadamente otros aspectos como las herramientas y las condiciones de corte.

Como ya se ha indicado anteriormente, además de la mejora del rendimiento del proceso, la integridad superficial y la microestructura del material son aspectos de gran importancia. Estos aspectos están relacionados con las altas temperaturas y cargas mecánicas que se dan en la zona de corte. En el caso de los aceros, el torneado en duro afecta a la microestructura superficial por la generación de tensiones residuales y zonas endurecidas en la superficie, también conocidas como capas blancas. Normalmente, estas capas vienen seguidas por una zona reblandecida a mayor profundidad. En ocasiones, dependiendo de las cargas de trabajo de la pieza, las capas endurecidas de la superficie pueden ser el origen de grietas que limiten la vida a fatiga del componente.

4.6.2.2. Simulación en procesos de mecanizado


Desde un punto de vista industrial o de aplicación el objetivo de mejora todo proceso de fabricación mecánica va encaminada a tres aspectos, por un lado a la mejora de aspectos tecnológicos (Precisión, calidad…), por otro a la mejora de los aspectos económicos de los procesos (tiempos, costes…), y en un tercer lugar se sitúan los aspectos medioambientales y las condiciones de trabajo. Los procesos de mecanizado son una actividad productiva y se rige fundamentalmente por criterios económicos y de competitividad, por lo que la optimización de los procesos está principalmente dirigida a la mejora de los aspectos tecnológicos y los aspectos económicos.

La optimización de los procesos de mecanizado en general se convierte en un problema complicado por la existencia de una gran cantidad de aspectos a considerar y la existencia de fenómenos físicos de diferente naturaleza (materiales, mecánica, tribología, química...) con interacciones entre ellos. Estas dificultades se ven incrementadas por el desconocimiento de los mecanismos básicos que rigen el proceso, y por las condiciones extremas en las que se desarrolla el proceso que no se producen en ningún otro proceso de fabricación (altas temperaturas y gradientes térmicos, grandes deformaciones plásticas a altas velocidades de deformación, escalas temporales y dimensionales variadas en el proceso…) y algunas de estas no son reproducibles por los métodos de ensayos actuales. En estas condiciones, lo


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normal es realizar la optimización del proceso mediante ensayos de prueba-error buscando nuevas condiciones basadas en parte en la experiencia previa y en la capacidad y tiempo disponible para realizar ensayos.

Antes estos problemas, en todos los campos de la tecnología están emergiendo las técnicas de modelizado y simulación que se presentan como herramientas clave en el soporte de la fabricación en el siglo XXI. Ninguna otra tecnología ofrece un potencial mayor para la mejora de productos, el perfeccionamiento de los procesos, la reducción del tiempo de salida a mercado y el abaratamiento de los costes de fabricación.

El modelizado y la simulación mediante el desarrollo de modelos predictivos se presenta como una alternativa a los ensayos experimentales en forma de herramientas de decisión industrial. Los objetivos que se buscan en los procesos de mecanizado son la mejora de las herramientas de corte, las estructuras de las máquinas, los accionamientos y la ingeniería de los procesos de fabricación. La mayor parte de los modelos desarrollados se centran en el estudio de alguno o varios de los aspectos implicados en el proceso de corte, por la complejidad del estudio global del mismo. En el presente informe se analizan dos tipos de modelos que permiten obtener información de diferente naturaleza:

- Los modelos numéricos basados en el método de los elementos finitos están enfocados al estudio de la zona cercana al filo de corte donde se produce el contacto entre la pieza, la viruta y la herramienta. Este tipo de modelos permiten la obtención de la distribución de tensiones, deformaciones y temperaturas en la zona de corte, las fuerzas de corte, la forma de la viruta o las tensiones residuales. Pueden ser utilizados para actividades tales como la optimización de las condiciones de corte, el diseño de la geometría de la herramienta, la identificación de las causas del desgaste de las herramientas o le diseño de rompevirutas.

- Los modelos mecanísticos o semiempíricos permiten principalmente el cálculo de las fuerzas de corte en operaciones con herramientas de geometría compleja. Este tipo de modelos están basados en la suposición de que las fuerzas de corte son proporcionales al espesor de viruta sin cortar, que básicamente es una relación de las condiciones de corte, la geometría del proceso y otras variables del mismo. Estas relaciones se obtienen de forma empírica y por lo tanto, cada operación se estudia por separado siendo necesaria la experimentación para la obtención de los coeficientes específicos de corte que relacionan las diferentes magnitudes y parámetros medidos. La predicción fiable del valor de las componentes de fuerzas en operaciones de mecanizado es fundamental para determinar los requisitos de potencia, los errores geométricos en los componentes mecanizados, las características de las vibraciones, los requisitos de resistencia de las herramientas de corte, el diseño de utillajes o el dimensionamiento de las propias máquinas de mecanizado, bien de manera directa o indirecta de manera que son un paso intermedio necesario para el cálculo de muchos aspectos en los procesos de mecanizado.

Estos modelos pueden ser utilizados para actividades tales como la optimización de las condiciones de corte, la definición de la geometría óptima de las herramientas, la identificación de problemas de deformaciones debidas a


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fuerzas cuasiestáticas, la identificación de problemas debidos a causas dinámicas (vibraciones forzadas y chatter) y la optimización de trayectorias de mecanizado.

4.6.3. Conceptos del mecanizado del futuro

4.6.3.1. Máquinas portables

Los sistemas de automatización más habituales conocidos hasta el momento consisten en grandes máquinas multieje amarradas al suelo, máquinas en general bastante caras y que tienen un gran número de limitaciones. Estas máquinas ocupan un espacio permanente en planta y es necesario acercar el componente a mecanizar a la máquina, operación bastante complicada normalmente ya que los componentes a mover son en general muy grandes. Los tiempos de trabajo, por lo tanto, se disparan.

Por otro lado, la flexibilidad en la planta es una característica muy apreciada entre los fabricantes, preferentemente del sector aeronáutico. Para conseguir esto, resulta de gran ayuda que los medios de producción sean móviles a lo largo de la planta. Las máquinas tradicionales, amarradas al suelo, no cumplen, obviamente, con esta condición. Además, debido al gran tamaño de las mismas, es complicado que alcancen valores de tolerancia deseados en todo el rango de trabajo, teniendo que ser referenciada la máquina respecto al producto varias veces durante el proceso, por medio de sistemas de visión, sistemas de alineamiento laser o similares. Esto también impactará de manera negativa en la eficiencia y en el coste del proceso.

Desde un punto de vista tecnológico, el aspecto que hace únicos y particularmente innovadores a las denominadas máquinas portables es, en general, la capacidad de moverse y estacionar de manera autónoma en las diferentes zonas del producto a mecanizar, limpiar, medir o pintar, en muchas ocasiones sin necesidad de ningún tipo de intervención manual, proporcionando una alta precisión de posicionamiento y estabilidad mecánica mientras dura el proceso en cuestión.

4.6.3.2. Máquinas multitask

La previsión de cara a los próximos años es que aumente el valor de las piezas mecanizadas. Los materiales de partida de estas piezas cada vez serán de mayor valor y más difíciles de mecanizar. Una de las características será que las geometrías sean cada vez más complejas y se necesitará más precisión (de la centésima a las pocas micras). Para ello, serán necesarias operaciones más complejas sobre piezas de mayor valor añadido. En los próximos años las máquinas serán Multitasking, en el que se realizan operaciones sencillas y complejas de torneado y fresado en una sola máquina.

Las ventajas de este tipo de máquinas son la reducción de la puesta a punto de las piezas, la mejora de la flexibilidad y rendimiento del proceso, mayor precisión en el mecanizado, menor demanda de fijaciones y herramientas, el corte desatendido y un


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coste menor de la pieza. Para este tipo de máquinas se requiere de un software CAD/CAM adecuado dada la complejidad de las operaciones. La combinación de la programación automatizada y de las aplicaciones integradas serán las próximas grandes áreas de crecimiento para el software debido a los requisitos de la fabricación.

5. TENDENCIAS TECNOLÓGICAS HORIZONTALES

Materiales

El extenso campo de aplicación de los materiales requiere aportar en cada escenario, las soluciones y requerimientos a las necesidades y desafíos que se plantean. Por lo tanto la ciencia y tecnología de los materiales es un área de actividad muy multidisciplinar.

Las bases del desarrollo actual y futuro se mantienen desde hace varias décadas, en la comprensión y dominio de las relaciones entre la composición química con la estructura macro-mico-nano y las propiedades de los materiales, basado todo ello en el control de los procesos de fabricación y transformación.

La competitividad de muchos sectores altamente estratégicos depende de las aportaciones que los materiales y nanomateriales pueden desarrollar, para incrementar prestaciones y otros requerimientos tecnológicos, mediante procesos de bajo coste. Por otro lado además están apareciendo nuevos retos relacionados con la legislación medioambiental, los requisitos de reciclado de materiales y productos, unido al aumento del coste energético y al incremento durante los últimos años, de las materias primas comunes.

La evaluación del ciclo de vida integral de un producto, incluido los costes de las operaciones de mantenimiento y de tratamientos de fin de vida (reciclado, reutilización, separación de elementos de valor estratégico o de tipo tóxico) es una tendencia que se está generalizando en el momento de la elección del tipo de material más adecuado para diversas aplicaciones.

Las tendencias actuales en relación con los materiales avanzados y nanomateriales muestran con bastante claridad, que su desarrollo y aplicación dependerán de la capacidad para abordar y superar con éxito las diferentes etapas y tareas necesarias para alcanzar el mercado con productos competitivos, en el contexto de la mundialización de la economía de mercado. En el presente informe, se destacarán las principales tendencias en relación con el desarrollo y aplicación de materiales. En este sentido, se podrían destacar las siguientes tendencias:

- El incremento de los atributos de los materiales, de modo que se produzcan materiales con más funciones y mayor cobertura a diferentes exigencias y condiciones extremas de uso. Cabe destacar los siguientes:

o Materiales multifuncionales: materiales basados en conceptos relacionados con la multifuncionalidad, en el sentido de contribuir en una misma aplicación con la cobertura de necesidades estructurales y funcionales demandados para cada aplicación (vibraciones, confort, estética, aislamiento térmico y acústico).


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o Multimateriales: para completar y mejorar las propiedades de ciertas aleaciones procede la combinación con otros materiales, tanto metálicos como no metálicos. Los diferentes conjuntos ofrecen una amplia gama de propiedades y capacidades para una óptima solución en diferentes usos.

o Materiales para condiciones extremas: nuevos materiales con capacidad de garantizar un buen comportamiento en condiciones extremas de uso, tales como temperaturas extremas (elevadas y bajas), altas solicitaciones mecánicas combinadas con desgaste y grandes rozamientos, ambientes altamente corrosivos, etc.

o Espumas y materiales porosos: la necesidad de aligeramiento de componentes y estructuras está priorizando la utilización espumas metálicas y materiales con porosidad controlada (porosidad abierta y cerrada). Estos materiales disponen de elevadas propiedades específicas (resistencia/densidad, por ejemplo), además de otras propiedades térmicas, acústicas, etc. de gran valor en numerosas aplicaciones

- La miniaturización de componentes y productos conlleva una evolución de los macro-micro-nano materiales, y los consiguientes procesos de fabricación. Se podrían destacar los siguientes desarrollos en materiales:

o Nanomateriales de bajo coste

o Materiales para aplicaciones micro

- Se prevé necesario el desarrollo de materiales para entornos inteligentes, lo que requerirá la una ampliación de las funciones de los materiales para la creación de estructuras y procesos inteligentes. Cabe destacar un mayor desarrollo de los siguientes materiales:

o Materiales inteligentes: aleaciones que dispongan además de capacidad sensora, la posibilidad de actuar ante ciertos estímulos externos (materiales con memoria de forma).

Simulación y modelización

El desarrollo y aplicación de herramientas de simulación y modelización se contempla como una tendencia con un notable potencial de desarrollo en los procesos de transformación y fabricación de componentes y semi-productos, incluyendo las condiciones físicas, mecánicas, químicas y combinaciones de las diferentes condiciones de procesamiento.

Se trata de herramientas que posibilitan la puesta en marcha de procesos de transformación y fabricación más productivos y eficientes, reduciendo los costes de producción y posibilitando una mayor calidad y detalle de los productos.

Estas herramientas podrían clasificarse en función de la fase, dentro del proceso de fabricación, en la que se aplican:


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- Herramientas para el diseño de piezas y componentes mediante simulación y modelización de procesos de fabricación: se trata de sistemas que contribuyen al diseño de piezas atendiendo a sus procesos de fabricación.

- Herramientas de simulación y modelización para el comportamiento de materiales: herramientas que posibilitan en análisis del comportamiento de materiales y componentes en condiciones de trabajo o aplicaciones específicas (fatiga, cargas, temperaturas, ambientes agresivos, etc.).

- Herramientas de simulación de los procesos de transformación: se trata de herramientas que permiten una mayor precisión con respecto a la fabricación real, minimizando las operaciones de puesta a punto de utillajes, moldes, etc. Mediante los pasos de prueba-error habituales.

- Herramientas de simulación del comportamiento de componentes en servicio

- Herramientas de simulación para la optimización del ciclo de vida: se trata de modelos de simulación avanzados que contemplan el conjunto del ciclo de vida de materiales y productos, aproximándose más a las situaciones y condiciones reales de uso y aplicación.

6. CONSULTA A EXPERTOS

6.1. DISEÑO DE LA CONSULTA

Tras el estudio y análisis realizado y, como continuación a la identificación de tendencias tecnológicas emergentes, se enunciaron una serie de hipótesis en relación con el futuro del sector del metal, en cada una de las áreas estudiadas. Dichas hipótesis sirvieron para elaborar dos consultas: una abordaba los temas relacionados con tratamientos térmicos, superficiales y deformación metálica plana, y la segunda de ellas los relacionados con forja, mecanizado y fundición. El contenido íntegro de las consultas puede consultarse en anexos. Para el enunciado de las hipótesis, se contó con la participacion de expertos de los centros partipantes en la elaboración del presente informe.

Los cuestionarios que constituyeron la consulta, se distribuyeron entre distintos expertos del sector, de diversas procedencias (industria, centros tecnológicos, etc.). Éstos tenían que dar su opinión sobre diversos factores en relación con las hipótesis planteadas. Así, para cada una de ellas, opinaron sobre su horizonte de materialización, la posición de España, los agentes que podrían ayudar a la industria al cumplimiento de la hipótesis o el nivel de inversión necesario para materializar la adaptación a lo planteado por la hipótesis en cuestión.

Se resumen a continuación las opiniones de los expertos recogidas, para cada una de las consultas.


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6.2. RESULTADO DE LA CONSULTA

6.2.1. Consulta sobre tendencias horizontales, tratamientos térmicos, superficiales y deformación metálica plana

Esta consulta se componía de 18 hipótesis, distribuidas del siguiente modo: 3 correspondientes a temas horizontales, 5 sobre tratamientos térmicos, 6 sobre deformación metálica plana y los 4 últimos sobre tratamientos superficiales.

Se resumen a continuación las opiniones de los expertos recogidas, en relación con cada una de las hipótesis.

EN RELACIÓN CON TENDENCIAS HORIZONTALES

H1: El compromiso medioambiental será una constante, en el desarrollo de nuevas tecnologías de aplicación en el sector del metal

Según los expertos, esta hipótesis se cumplirá a medio plazo, siendo la posición de España regular si se materializa. Sin embargo, los consultados señalaron que la Administración podría contribuir significativamente a que la industria se adaptara a esta nueva realidad, de igual modo que la legislación adecuada. En cuanto al nivel de inversión, los expertos opinaron mayoritariamente que sería necesario un esfuerzo medio, para conseguir esta adaptación.

H2: Se desarrollarán materiales metálicos con características mejoradas, tales como reducción de peso, propiedades mecánicas optimizadas, etc., que sustituirán a gran parte de los tradicionales

Esta hipótesis se materializará a medio plazo, siendo la posición percibida de España relativamente buena si esto ocurriera. El papel protagonista, como agente que podría ayudar en mayor medida a la industria en el supuesto de cumplimiento de la hipótesis, se comparte entre empresas tractoras y la Administración, siendo los centros de tecnológicos y de investigación el tercer agente destacado. Nuevamente, para todo ello, se estima necesario un nivel de inversión medio.

H3: Al igual que en otros sectores industriales, las tecnologías de simulación tendrán cada vez más influencia en el desarrollo nuevas técnicas, procesos y/o tratamientos, de aplicación en el sector del metal

Esta hipótesis es la única de las horizontales que se estima que se materializará a corto plazo, estimándose como relativamente buena la posición de España en relación con ello. Los centros tecnológicos, así como las empresas tractoras, pueden ser agentes fundamentales, para que la industria se adapte a esta realidad. Se estima como necesario un nivel de inversión medio para dicha adaptación.


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EN RELACIÓN CON TRATAMIENTOS TÉRMICOS

H1: Los tratamientos criogénicos llegarán a convertirse en una tecnología de uso común para ciertos materiales. Serán procesos integrados en los ciclos de tratamiento térmico, gracias a su bajo consumo de energía y la ausencia de producción de vertidos o residuos. Es de esperar que se conviertan en tratamientos complementarios a la mayor parte de tratamientos superficiales

La materialización de esta hipótesis aún se ve como lejana, estimándose que se cumplirá a largo plazo. La mayoría de los expertos opinó que la posición de España sería regular si esto ocurriera, aunque las empresas tractoras principalmente y los centros tecnológicos en segundo lugar, podrían ayudar en este supuesto. El nivel de inversión necesario sería medio.

H2: Los esfuerzos actuales en la producción de aceros de baja aleación están destinados a lograr altas cargas de rotura y altos límites elásticos mientras se mantiene un alargamiento suficiente y buena soldabilidad en estos materiales. Entre los tratamientos térmicos avanzados que pueden lograr este objetivo destaca el proceso Quenching and Partitioning (Q&P), siendo de esperar que se extienda su uso como una forma nueva de producción de aceros de alta resistencia

Es de esperar que esta hipótesis se cumpla a medio plazo, siendo la posición de España relativamente buena si ello se materializara. Los agentes que podrían ayudar a la industria en este caso, serían, por este orden, empresas tractoras, institutos tecnológicos y Administración. El nivel de inversión necesario se estima como medio.

H3: Se extenderá el desarrollo y aplicación de tratamientos como austempering o martempering, capaces de mejorar las propiedades mecánicas de las piezas tratadas, aumentando su ductilidad y resistencia al impacto, llegando a sustituir a procesos como el temple convencional

Según los expertos participantes, esta hipótesis se hará realidad a medio plazo, considerándose nuevamente relativamente buena la posición de España en ese caso. Las empresas tractoras se consideraron una vez más agentes fundamentales para contribuir a la adaptación de la industria a la nueva realidad, seguidas de los Institutos Tecnológicos/Universidades. Nivel inversión estimado como necesario: medio.

H4: Tratamientos térmicos específicos, ya consolidados y maduros, como los tratamientos por inducción, seguirán siendo de extensa aplicación para determinadas piezas industriales, no siendo previsible una disminución de su aplicación en los próximos años

Esta hipótesis destaca entre el resto de las incluidas en tratamientos térmicos, considerándose de inmediato cumplimiento. Además, es significativo que se señala la posición de España como buena, ante esta realidad previsiblemente inmediata. Empresas tractoras en primera instancia, seguidas de Institutos Tecnológicos, son los agentes que pueden ayudar a la industria, siendo necesario un nivel de inversión medio para la adaptación.


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H5: Será habitual el uso de hornos microondas en lugar de los hornos industriales tradicionales, llegando a sustituir a la mayoría de éstos, en la aplicación de tratamientos térmicos a metales en la industria

Este supuesto se incluye entre los de cumplimiento esperado a medio plazo. Considerándose la posición de España regular frente a esta realidad, las empresas tractoras son los agentes mejor percibidos por los expertos consultados, para ayudar a la industria a la adaptación en dicho caso. Nivel de inversión estimado como necesario: medio.

EN RELACIÓN CON DEFORMACIÓN METÁLICA PLANA

H1: Debido a la creciente complejidad del diseño de piezas metálicas, se extenderá el uso de tecnologías, como el hidroconformado, que permitan la realización de piezas complejas, con curvas especiales, incluso con formas inusuales a un coste menor

Este enunciado se espera que se cumpla a medio plazo. Sin embargo, tanto en este caso como en el siguiente, frente al resto de hipótesis incluidas en el grupo de deformación metálica plana, la posición de España frente a esta realidad, se percibe como buena. Como agentes de apoyo fundamentales en este caso, se identifica a las empresas tractoras, seguidos a cierta distancia por los Institutos Tecnológicos y Administración. La inversión necesaria para todo ello, sería media.

H2: Con el fin de eliminar y/o reducir los costes de utillaje, se extenderá el uso de tecnologías alternativas a las convencionales, como el conformado de chapa sin matriz, siendo posible eliminar las herramientas de soporte o abaratar el coste de las mismas

Los expertos consultados, manifestaron en este caso que la hipótesis se cumplirá a medio-largo plazo, considerándose la posición de España como relativamente buena. Empresas tractoras vuelven a señalarse como el agente destacado para ayudar a la industria en esta situación, siendo necesario además un nivel de inversión medio-elevado.

H3: Se extenderá la utilización del conformado electromagnético, ya que este proceso es capaz de mejorar la formabilidad del metal y reproducir pequeños microdetalles en las piezas

La hipótesis es de esperar que se materialice a medio-largo plazo, coincidiendo la mayoría de expertos consultados en que la posición de España sería regular, frente a dicha realidad. Empresas tractoras y un nivel de inversión medio-elevado, serían parte de los agentes y circunstancias que tendrían que confluir para ayudar a la industria a adaptarse a la situación tecnológica descrita por la hipótesis planteada.

H4: Tecnologías de deformación metálica plana, ya consolidadas y maduras, como el conformado por laminación, seguirán siendo de uso habitual en la producción de determinadas piezas industriales, no siendo previsible una disminución de su aplicación en los próximos años


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Esta hipótesis, se considerá que se cumplirá a corto-medio plazo. No solo esto es significativo en este caso, sino que, ante el cumplimiento de esta hipótesis, se considera que la posición de España sería buena e incluso muy buena, según algunos de los expertos consultados. Al igual que en el resto de hipótesis incluidas en este grupo de tendencias, las empresas tractoras son las que podrían convertirse en uno de los agentes que más podrían ayudar a la industria, estimándose necesario, además, un nivel de inversión medio.

H5: El conformado por láser, que a diferencia del conformado mecánico no requiere de herramientas o fuerzas externas y por tanto no produce retorno elástico (spring back), será un valor potencial para industrias como la aeroespacial, naval y microelectrónica, dada la posibilidad de realizar precisos ajustes incrementales

Hipótesis con un horizonte de materialización esperado a corto-medio plazo. La posición de España en este caso se percibe como relativamente buena y los agentes que podrían ser de ayuda para la industria en este supuesto, son, por este orden: empresas tractoras, Centros Tecnológicos y Administración. Algunos expertos señalaron también a las universidades y al mercado, como agentes a tener en cuenta en el proceso. El nivel de inversión necesario para adaptarse a la situación tecnológica planteada por la hipótesis, en caso de cumplirse ésta, se percibe como medio-elevado.

H6: La tecnología de tailor blank y/o sus variantes (patchwork blank - hybrid blank) llegarán a convertirse en una tecnología de uso común en la industria de la automoción, debido a su capacidad para la reducción del peso de las piezas manteniendo, e incluso aumentando, el rendimiento técnico de las mismas; así como por su capacidad para la simplificación en el proceso de producción de conjuntos, pudiéndose acortar los procesos de fabricación

Esta hipótesis se estima que se cumplirá a medio plazo, siendo regular la posición que mayoritariamente se percibe que tendría España en ese caso. Sin embargo, parte de los expertos consultados, manifestó que llegado el caso, nuestro país podría llegar a ocupar una posición buena o incluso muy buena, probablemente dependiendo de la evolución de la industria relacionada con este grupo de tecnologías y del papel que adoptaran las empresas tractoras. El nivel de inversión estimado necesario para la adaptación, se percibe a partes iguales, como medio o elevado.

EN RELACIÓN CON TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

H1: Gran parte de los tratamientos superficiales convencionales (tales como anodizado, niquelado, galvanizado, etc.) serán sustituidos o complementados por otros como PVD (Physical Vapor Deposition), debido a las ventajas de estos últimos: rapidez, mejoras relacionadas con el medio ambiente, seguridad (no requiere uso de productos químicos peligrosos) o flexibilidad (permite el tratamiento de un amplio rango de piezas con distintos recubrimientos)

El enunciado planteado será una realidad a medio plazo, según los expertos participantes. Éstos están divididos entre los que opinan que la posición de España sería regular y los que opinan que sería buena, siendo nuevamente las empresas


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tractoras determinantes para ayudar a la industria en el cumplimiento de la hipótesis, seguida por los institutos tecnológicos. El nivel de inversión estimado para todo ello, sería elevado.

H2: Tratamientos superficiales flexibles, como los tratamientos con láser, que permitan proteger herramientas y componentes del uso y la corrosión, se consolidarán como procesos usados habitualmente en la industria, para mejorar la vida útil de las piezas

Esta hipótesis se estima que se cumplirá a medio plazo, aunque no hay unanimidad entre los expertos y un gran número de ellos opinó tanto que se materializaría a corto, como largo plazo. La posición de España se estima entre regular y buena y aunque se destaca el papel de las empresas tractoras en este caso, también se señala a la Administración y los Institutos Tecnológicos, como posibles apoyos para la adaptación a la nueva realidad tecnológica. El nivel de inversión que se estimó como necesario sería medio-elevado.

H3: Los tratamientos químicos, como sol-gel, y electroquímicos continuarán su desarrollo con el fin de obtener nuevas aplicaciones y propiedades de las piezas tratadas

A pesar de que esta hipótesis se estima que se cumplirá a medio plazo, se percibe que la posición de España en dicho caso sería buena. De nuevo empresas tractoras, seguidas por institutos tecnológicos, se señalan como agentes apropiados para ayudar a la industria en este caso. El nivel de inversión necesario sería medio.

H4: Los tratamientos superficiales continuarán su avance, experimentándose un desarrollo cada vez mayor de tecnologías no convencionales, para tratar distintas piezas, tales como plasma, nanotecnologías, etc.

Esta hipótesis, que engloba en su enunciado varias tecnologías no convencionales de este grupo, es de esperar que se cumpla a medio plazo. Los expertos se encuentran divididos entre los que piensan que en ese caso la posición de España sería buena y los que opinan que sería regular. Al igual que en el caso anterior, empresas tractoras, seguidas por Institutos Tecnológicos y la Administración, serían los agentes que podrían ayudar a la industria en el cumplimiento de la hipótesis. En esta ocasión, el nivel de inversión necesario sería medio-elevado.

CONCLUSIONES GENERALES

Hipótesis horizontales

Dentro de las tres hipótesis horizontales planteadas, la única que se considera claramente de inmediato cumplimiento, es la relacionada con tecnologías de simulación. Es decir, este tipo de tecnologías se considera que ya tiene, y cada vez va a tener más, una destacable influencia en el diseño y desarrollo de nuevas técnicas y procesos en el sector del metal. Los centros tecnológicos se encuentran actualmente preparados para facilitar la adaptación tecnológica de las empresas que lo necesiten.

La generalización del “compromiso medioambiental” en el sector, así como el desarrollo de nuevos y mejorados materiales metálicos, cabe esperar que sean una


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realidad a medio plazo. Dicho lapso de tiempo, hasta su materialización, podría permitir la adaptación gradual de la industria española a la nueva realidad tecnológica, con la ayuda de la Administración, ya que se ha considerado fundamental el papel de ésta para contribuir a la mencionada adaptación.

La legislación y normativa apropiada serán fundamentales para propiciar y agilizar la adaptación de las empresas españolas al futuro tecnológico más próximo del sector, en particular en relación con requisitos medioambientales. Este aspecto puede llegar a ser distintivo, en términos de competitividad, para las nuevas tecnologías y tratamientos, especialmente en el marco geográfico europeo y como valor añadido frente a países emergentes. Dado que la posición de España se percibe como regular en este contexto, será necesario vigilar de cerca la evolución de esta hipótesis y la de la industria española en relación con ella, sin descuidar además el papel de la Administración, que será esencial para el éxito de la industria en relación con esta cuestión.

La adaptación de las empresas españolas a la realidad presentada por las hipótesis horizontales planteadas, que tendrán repercusión a nivel general en todo el sector del metal, podrá hacerse con un nivel de inversión medio. La posición de España no se percibe como mala en ninguno de los casos.

Tratamientos térmicos

Todas la hipótesis incluidas en este apartado, se considera que se cumplirán a medio plazo, salvo la H1 y H4. La H1, que alude a la generalización del uso de los tratamientos criogénicos, se considera que no será una realidad hasta dentro de muchos años. Sin embargo la hipótesis 4, que indica la continuidad en el tiempo de los tratamientos térmicos maduros, y más en particular los de inducción, se ha considerado como de cumplimiento a corto plazo, verificando que, efectivamente, ello es ya una realidad palpable.

Al igual que ocurría con las hipótesis horizontales, el nivel de inversión considerado necesario para la adaptación de la industria española a todos los supuestos planteados, es medio. Es destacable el papel de las empresas tractoras en todos los supuestos planteados para tratamientos térmicos, como agente fundamental para ayudar a la industria en la adaptación a la realidad tecnológica esperable a medio plazo.

Es destacable el hecho de que en cuatro de las cinco hipótesis planteadas se destaca también el papel de los institutos tecnológicos como posibles agentes, para facilitar la adaptación de la industria a la constante evolución tecnológica que se experimenta a nivel global en el sector.

Deformación metálica plana

De las seis hipótesis planteadas en relación con deformación metálica plana, solo dos se considera que serán una realidad a corto-medio plazo. En particular las relacionadas con la continuidad del conformado por laminación y con el crecimiento del conformado por láser.


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Destaca el hecho de que, en la mayoría de hipótesis planteadas en este subsector (en 4 de las 6), se estima necesario un esfuerzo económico relativamente importante para conseguir la adaptación de la industria española, ya que el nivel de inversión necesario sería medio-elevado.

Nuevamente, las empresas tractoras se consideran fundamentales en todos los supuestos del bloque, como agentes que contribuyan a la adaptación a la futura realidad industrial, mientras que se destaca como significativo el papel que los institutos tecnológicos y Administración pueden jugar, en particular en relación con las hipótesis 1 y 5 (alusivas al hidroconformado y conformado por láser respectivamente).

En el caso del conformado por laminación (hipótesis 4) se considera que la posición de España es buena-muy buena, en el caso de una generalización de su implantación a nivel industrial.

Tratamientos superficiales

Todas las hipótesis de este bloque tienen en común que se estima su cumplimiento a medio plazo y que las empresas tractoras se consideran agentes fundamentales, para que la industria española se mantenga al día en relación con la previsible evolución tecnológica del subsector.

El menor esfuerzo económico para adaptarse a la previsible realidad tecnológica, habría que hacerlo en relación con la hipótesis 3, es decir en relación con la evolución de tratamientos químicos y electroquímicos, como sol-gel. Además, es precísamente en este caso en el que se percibe que España ocuparía una mejor posición, frente al resto de los supuestos enunciados en tratamientos superficiales.

El papel de los institutos tecnológicos se destaca como importante para contribuir a la adaptación de la industria a la previsible evolución tecnológica en todo el bloque, señalándose también a la Administración, particularmente en el caso de las hipótesis 2 y 4 (relacionadas respectivamente con implantación generalizada de los tratamientos láser y con el desarrollo de tratamientos superficales no convencionales).

6.2.2. Consulta sobre fundición, forja y mecanizado

Esta consulta se componía de 14 hipótesis, distribuidas del siguiente modo: 3 correspondientes a temas horizontales, 5 sobre fundición , 3 sobre forja y los 3 últimos sobre mecanizado.

Se resumen a continuación las opiniones de los expertos recogidas, en relación con cada una de las hipótesis.

TENDENCIAS HORIZONTALES

H1- Se extenderá la aplicación de aleaciones férreas con capacidad de garantizar un buen comportamiento del material en condiciones extremas de uso, tales como temperaturas extremas, solicitaciones mecánicas combinadas con desgaste y grandes rozamientos, ambientes altamente corrosivos, etc.


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Se estima que esta hipótesis se cumplirá a corto plazo o medio plazo, no habiendo unanimidad entre los expertos consultados. Sin embargo, los expertos están de acuerdo a la hora de valorar que la posición de España es buena. También existe unanimidad en señalar que serán tanto las empresas tractoras como los centros tecnológicos los agentes clave a la hora de ayudar a las empresas españolas en la adaptación hacia el uso de estos materiales. En cuanto al nivel de inversión requerido, se estima que será medio-elevado.

H2- Cabe esperar la extensión de aleaciones más adaptadas al uso o aplicación (“materiales a la carta”). Entre otros, los multimateriales de base Aluminio, Titanio, Magnesio, en combinaciones diversas con otros materiales metálicos, plásticos, inorgánicos.

Se trata de una tendencia cuyo cumplimiento se prevé a medio plazo. En el caso de España, se considera que las empresas están en una situación regular para adaptarse a esta nueva tendencia que además requerirá un nivel de inversión elevado. También en este caso se considera que serán tanto las empresas tractoras como los centros tecnológicos los agentes clave a la hora de ayudar a las empresas españolas en la adaptación hacia el uso de estos materiales.

H3- Las necesidades de aligeramiento de peso planteado por diversos sectores y aplicaciones conllevarán el empleo de materiales de baja densidad (espumas, materiales porosos) de base acero y hierro.

Se prevé que esta tendencia se cumpla en un plazo corto de tiempo. Sin embargo, se considera que la posición de España en este ámbito es regular y que las empresas tendrán que enfrentarse a una inversión de nivel medio. Serán las empresas tractoras y los centros tecnológicos los agentes que principalmente podrán ayudar a la industria en su proceso de adaptación a estas nuevas tecnologías.


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FUNDICIÓN

H1- La adopción de tecnologías en el sector de fundición que permitan el procesado de aleaciones con elevadas propiedades mecánicas y que al mismo tiempo sean procesos más eficientes y que aporten mayor precisión (near-net-shape) se considera de gran interés.

Sin embargo, la adaptación de las empresas de fundición españolas a estas tecnologías va a requerir un esfuerzo importante por parte de las empresas y de otros agentes. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo y en las que la posición de partida de las empresas españolas se considera regular. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.

En el caso de BCT, los expertos consultados consideran que al ser una tecnología aún novedosa y en proceso de desarrollo, su implantación se prevé a más largo plazo y, teniendo en cuenta la complejidad técnica de dicha tecnología, el nivel de inversión necesario será alto. Por lo tanto será necesario un mayor apoyo por parte de las administraciones públicas apoyando a las empresas financieramente, así como un impulso por parte de las empresas tractoras y los centros de investigación para dar a conocer los beneficios de dicha tecnología y facilitar su implantación industrial.

Por lo que respecta a las demás tecnologías consideradas neart-net-shape (rheocasting y thixoforming), se considera que será por requerimiento de las empresas tractoras por lo que las demás empresas apuesten por realizar esta adaptación, que requerirá además del apoyo de los centros e institutos tecnológicos para facilitar la implantación en empresas de menor tamaño. La financiación por parte de las administraciones públicas también se prevé necesaria, haciendo hincapié en créditos y subvenciones que ayuden a mejorar los procesos y productos de las empresas en el corto/medio plazo y no tanto a promover la investigación y desarrollo en las mismas a largo plazo.

H2- Una de las tendencias detectadas que mayor repercusión puede tener en el sector de la fundición es la necesidad de incorporar procesos de fusión avanzados y energéticamente eficientes, que la reducción del consumo de energía utilizada durante el proceso y minimicen la producción de residuos (por ejemplo tecnologías de plasma) Se trata de una tendencia que responde no solo a requerimientos medioambientales, sino que supone una reducción de costes muy importante en las empresas del sector.

En este sentido, teniendo en cuenta tanto los beneficios inmediatos que puede aportar a las empresas como la posición del sector en España, se considera que se trata de tecnologías cuya implantación se dará en el medio plazo y para las que el sector empresarial de fundición español está bien posicionado.

Además, a pesar de que la inversión que requieren puede ser elevada, se trata de una inversión que será compensada con el ahorro en costes que puede proporcionar a las empresas. Sin embargo, se considera que la forma más eficiente para facilitar la adopción de estas tecnologías es mediante una legislación que establezca unas normas que las empresas deberán cumplir y así reducir tanto su consumo de energía como su producción de residuos.


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H3- La creciente utilización de los Materiales Compuestos de Matriz Metálica (MCMM) y otros materiales avanzados supone la necesidad de incorporar tecnologías que hagan posible una transformación eficiente y de bajo coste de las mismas. Una de las alternativas en este sentido es la aplicación de procesos transformación en semisólido, como el squeeze casting. En este caso, se trata de tecnologías que ya están siendo utilizadas para procesar principalmente aleaciones ligeras y que por lo tanto no se prevé que requieran grandes esfuerzos por parte de las empresas del sector.

En este sentido, se considera que la utilización de estas tecnologías para la transformación de los materiales mencionados será generalizada en un plazo de tiempo medio y que la posición de las empresas españolas para llevar a cabo la incorporación de las mismas, es buena.

En cuanto a la inversión que se requerirá para incorporar estas tecnologías, los expertos consultados consideran que será una inversión media aunque necesitará el impulso por parte de las empresas tractoras, que establecerán requerimientos para los que será necesaria la incorporación de tecnologías más avanzadas. Por su parte, la implicación de los centros e institutos tecnológicos en este camino también será relevante, ya que serán los agentes mejor posicionados para apoyar a las empresas de menor tamaño en la incorporación o adaptación de estas tecnologías y para realizar la transferencia tecnológica necesaria.

H4- La creciente necesidad de contar con materiales más ligeros y resistentes proveniente de sectores tales como el de automoción, aeronáutica o energía eólica, está impulsando la producción de materiales ligeros, tales como las espumas metálicas. Tras el éxito de la producción de espumas metálicas en base a Aluminio, se extenderá la producción de espumas de hierro y acero. Para ello será necesaria la adaptación de los procesos de fundición ya existentes y el desarrollo de nuevas tecnologías con el objeto de propiciar un uso competitivo de esta familia de materiales.

Teniendo en cuenta que se prevé que la tendencia se cumpla a medio plazo y la buena posición competitiva en la que se encuentra España en este ámbito, se considera que se trata de una buena oportunidad para las empresas españolas para mejorar su competitividad, diversificar clientes y crear productos de mayor valor añadido.

Sin embargo, los expertos consultados consideran que se requiere un mayor desarrollo de las tecnologías de fundición para el desarrollo de estas espumas. Por lo tanto, será necesaria la tracción de las grandes empresas de fundición, pero sobre todo, la tracción de las empresas clientes que requieren estos productos. Además, será imprescindible un mayor impulso por parte de centros de investigación en su esfuerzo de desarrollo y de transferencia de estas tecnologías a las empresas del sector de fundición.

H5- Debido a la creciente necesidad de procesos con mayor fiabilidad, reproducibilidad y reducción de costes se extenderán los sistemas de operaciones automatizadas, robotizadas que supongan una reducción del trabajo manual. Se prevé, por ejemplo, la extensión del uso de técnicas de visión artificial.


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Se trata de sistemas cuya implantación se está dando ya en la actualidad y que en plazo corto de tiempo se irá extendiendo a un mayor número de empresas del sector de fundición. Además, los expertos consultados consideran que la posición de las empresas españolas es buena.

Según la opinión de los expertos se trata de tecnologías generalmente desarrolladas con un enfoque general y por lo que será necesario llevar a cabo una tarea de adaptación de estas tecnologías a los sectores concretos en los que se quieran aplicar, como en este caso el sector de la fundición. Por lo tanto, será de vital importancia el trabajo de los centros tecnológicos y de investigación, promoviendo la transversalidad tecnológica y haciendo posible la adaptación de tecnologías horizontales a aplicaciones más específicas.

FORJA

H1- Llevar a cabo la fabricación de bajo coste para series cortas y media requiere el uso de tecnologías sin utillajes o utillajes flexibles y adaptables. Por ello se prevé la adopción de técnicas de “utillaje rápido” o Rapid Tooling en los procesos de forja.

Los expertos consultados prevén que sea una tendencia que se cumpla en un plazo medio de tiempo y consideran que la posición de las empresas españolas ante esta situación es buena. Además, se considera que no existe una gran dificultad técnica para la implantación de estas tecnologías y la inversión necesaria será media.

Su implantación generalizada dependerá del impulso proporcionado por las empresas tractoras y sus requerimientos a sus proveedores, así como de la labor de los centros de investigación para dar a conocer los beneficios de dichas tecnologías y de apoyo para su implantación industrial.

Sin embargo, en el caso del utillaje rápido de moldes y matrices de forja por medio de tecnologías basadas en láser, que han sido analizadas en el presente estudio, los expertos consideran que se trata de tecnologías aún en desarrollo por lo que su implantación se prevé a más largo plazo. Consideran, además, que será necesario un mayor apoyo por parte de las administraciones públicas apoyando a las empresas financieramente, así como un impulso por parte de las empresas tractoras y los centros de investigación para dar a conocer los beneficios de dicha tecnología y facilitar su implantación industrial. Se considera que tanto las administraciones públicas como los centros de investigación deberán impulsar las actividades de investigación y desarrollo en este ámbito.

H2- Se extenderá el uso de prensas de forja “inteligentes” y otro equipamiento pre y post-forja que facilite la producción de piezas forjadas near-net-shape. Para ello, será habitual el uso de procesos de control avanzados y de sensores para monitorizar y adaptar las operaciones durante el proceso de forja.

En este sentido, se considera que la utilización de estas tecnologías se generalizará en un plazo de tiempo medio pero que la posición de las empresas españolas para llevar a cabo la incorporación de las mismas, es regular. Las empresas españolas del


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sector no parecen estar preparadas para la aplicación de estas nuevas tecnologías en sus procesos.

Además, los expertos consultados consideran que la inversión requerida para incorporar estas tecnologías, será elevada. Uniendo este factor a la poca preparación de las empresas españolas del sector para la adopción de estas tecnologías, se considera muy importante la labor que pueden realizar las administraciones públicas en dos sentidos. Por una parte, y con la colaboración de diferentes centros de investigación, será muy importante dar a conocer los beneficios que pueden aportar estas tecnologías a la competitividad de las empresas españolas. Y, por otra parte, será fundamental el apoyo financiero de estas administraciones para que las empresas puedan incorporar dichas tecnologías.

Por su parte, los centros tecnológicos y de investigación también podrán contribuir en esta labor mediante la transferencia de tecnología y la colaboración cercana con las empresas del sector.

H3- Por último, otra de las tendencias detectadas en el sector de forja consiste en la necesidad de nuevos lubricantes que aumenten la vida útil de matrices, mejoren la eficiencia del proceso y la calidad, fiabilidad y previsibilidad del producto. Estos lubricantes también mejorarán los procesos de forja desde el punto de vista medioambiental.

Según la opinión de los expertos consultados, se trata de una tendencia que puede cumplirse en un plazo medio de tiempo y en el que la posición de las empresas españolas es regular.

Por otra parte, se trata de desarrollos y nuevas implantaciones a nivel industrial que no requieren un alto nivel de inversión pero que aportarán beneficios significativos, especialmente en términos medioambientales. Por lo tanto, se considera que la labor de las administraciones públicas es vital en este ámbito ya que por medio del establecimiento de normativas específicas y más restrictivas, puede impulsar tanto el desarrollo como la posterior implantación industrial de este tipo de mejoras.

MECANIZADO

H1- Los materiales de partida de las piezas mecanizadas cada vez serán de mayor valor y más difíciles de mecanizar, especialmente por su dureza. Una de las características será que las geometrías sean cada vez más complejas y se necesitará más precisión. Para ello, serán necesarias operaciones más complejas sobre piezas de mayor valor añadido. Por ello será necesaria la adopción de nuevos procesos no convencionales de mecanizado o la utilización de máquinas multitask que faciliten la realización de operaciones sencillas y complejas en una sola máquina.

Según los expertos consultados, la adaptación de las empresas de fabricación de máquina herramienta españolas a estas tecnologías va a requerir un esfuerzo importante por parte de las empresas y de otros agentes. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo y en las que la posición de partida de


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las empresas españolas se considera buena. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.

Los expertos destacan la importancia de las empresas tractoras en cuanto a la implantación de estas tecnologías. Por otra parte, los requerimientos de los clientes finales de los productos, como por ejemplo los sectores de automoción o energía eólica, harán que se extienda la implantación industrial de estas tecnologías. Además, la labor de los centros tecnológicos y de investigación en la transmisión de los conocimientos adquiridos y la transferencia de tecnología será vital a la hora de facilitar la adopción de esta tecnología por parte de las empresas españolas. La colaboración entre empresas a lo largo de toda la cadena de valor y de éstas con centros tecnológicos y de investigación se considera de vital importancia. Se hace hincapié en la necesidad de seguir apoyando proyectos de investigación en cooperación entre estos agentes.

H2- La flexibilidad en la planta es una característica muy apreciada entre los fabricantes, preferentemente del sector aeronáutico. Para conseguir esto será necesario que los medios de producción sean móviles a lo largo de la planta (máquinas portables). Estas máquinas tienen la capacidad de moverse y estacionar de manera autónoma en las diferentes zonas del producto a mecanizar, en muchas ocasiones sin necesidad de ningún tipo de intervención manual, proporcionando una alta precisión de posicionamiento y estabilidad mecánica mientras dura el proceso en cuestión.

Los expertos consultados consideran que se trata de una tendencia cuyo cumplimiento se dará en un plazo largo de tiempo y en que la posición de España es regular. Además se trata de incorporar un nuevo concepto de fabricación en las plantas existentes por lo que a pesar de los beneficios que ofrece, el nivel de inversión para adaptarse a estas tecnologías será alto.

Según la opinión de los expertos este nuevo concepto de fabricación y de concepción de la planta de producción requiere aún un gran esfuerzo por parte de los centros de investigación. Es necesario proseguir con las tareas de investigación y desarrollo comenzadas e ir implantando paulatinamente los cambios que faciliten a adaptación a este nuevo concepto. En este sentido, la administración pública también contará con un papel importante, siendo necesario su apuesta por invertir en actividades de I+D en este ámbito. Las empresas tractoras también serán esenciales, en el sentido de que serán sus requerimientos los que traccionen sobre los demás agentes.

H3- Será habitual que la optimización de las capacidades de los procesos se lleve a cabo mediante la incorporación en las máquinas de sistemas de sensores y controles de calidad. Esto hará posible que la máquina cuente con sistemas de “self-learning” y pueda mejorar su rendimiento de manera continua.

Se trata de sistemas cuya implantación a nivel industrial se prevé se dé en plazo medio. Según la opinión de los expertos consultados, se considera que la posición de las empresas españolas en este ámbito es regular.

Según la opinión de los expertos se trata de tecnologías generalmente desarrolladas con un enfoque general y por lo que será necesario llevar a cabo una tarea de adaptación de estas tecnologías a los sectores concretos en los que se quieran aplicar, como en este caso el sector de la máquina herramienta. Por lo tanto, será de


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vital importancia el trabajo de los centros de investigación, promoviendo la transversalidad tecnológica y haciendo posible la adaptación de tecnologías horizontales a aplicaciones más específicas.

CONCLUSIONES GENERALES

Hipótesis horizontales

La mayor parte de las hipótesis analizadas en este apartado se cumplirán en un plazo medio de tiempo. A pesar que la posición de España no es mala en este ámbito, la opinion de los expertos refleja que se necesitará un nivel de inversión elevada en todos los casos. En estas circunstancias, se requerirá el apoyo y la tracción de empresas tractoras y centros de investigación para que las tendencias analizadas lleguen a buen puerto en España.

Fundición

A excepción de una, las hipótesis de este apartado se cumplirán a medio plazo y, de igual manera, se percive que la posición de partida de España en ellas es buena. Por lo que respecta a la inversión necesaria, será necesaria una inversión media o alta en todos los casos. Por ello, se considera que el apoyo de la administración puede ser clave en este sector en dos sentidos. Por una parte, por medio de un apoyo financiero a las empresas que quieran adoptar las tecnologías analizadas y, por otra parte, su papel puede ser fundamental mediante el establecimiento de normativa que acelere la adopción de ciertas tecniologías (especialmente las que pueden tener un impacto positivo en el medio ambiente). Por último, la implicación de empresas tractoras y centros tecnológicos también se percibe como clave para una exitosa adaptación de las industrias españolas a las tendencias y tecnologías analizadas.

Forja

Se prevé que todas las hipótesis analizadas se cumplan a medio plazo y la percepción de los expertos es que la posición de las empresas españolas es regular en este ámbito. Por ello, y teniendo en cuenta de que la inversión necesaria para la adopción de dichas tecnologías es media o elevada, se considera necesario un importante apoyo por parte de la administración pública, principalmente por medio de financiación. También se considera que la administración pública puede ser una agente clave en el caso de ciertas tecnologías, impulsando nueva normativa ambiental.

Mecanizado

Las hipótesis de este apartado se cumplirán a medio plazo y la percepción de los expertos muestra que la posición de las empresas españolas es regular para hacer frente a estos cambios. Ademas, el nivel de inversión necesaria para las empresas a la hora de adoptar estas tecnologías será elevado. En estas circustancias, se considera que los agentes que pueden ser claves para apoyar a las industrias en su adaptación


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hacía estas tecnologías son los centros tecnológicos. Las acciones de transferencia de tecnología y de colaboración industrial serán imprescindibles.

Conclusiones generales

Tras el análisis realizado anteriormente, se puede concluir que no se percibe que la posición de España sea mala. Sin embargo, las necesidades de inversión pueden llegar a ser altas en la mayoría de los casos, lo que puede resultar una barrera para la adopción de estas nuevas tecnologías. En esta situación, el apoyo de la administración se considera importante, especialmente como agente legislador, pero resulta más crítico el apoyo de los centros de investigación y desarrollo en su labor de facilitar la transición tecnológica de la industria española. Para ello es previsible que se requiera un apoyo financiero por parte del sector publico.


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7. RECOMENDACIONES

Se enuncian a continuación una serie de recomendaciones para el sector, elaboradas a partir de los resultados del estudio, plasmados en el presente informe.

o Dado que se espera una generalización del uso de tecnologías de simulación, en relación con la mayoría de procesos del sector del metal, deberá fomentarse y apoyarse la adaptación tecnológica de las empresas españolas en relación con dichas tecnologías, como modo de mejorar su conocimiento de diseño de procesos y productos. Dicho apoyo se recomienda que se vehiculice especialmente a través de centros tecnológicos y entidades de investigación, que se encuentren ya preparados para facilitar la adaptación tecnológica de las empresas que lo necesiten.

o La Administración debería fomentar la adopción por parte de la industria de un “compromiso medioambiental”, considerando la legislación y normativa como instrumentos fundamentales para propiciar y agilizar la adaptación de las empresas españolas. Se considera necesario mantener una “vigilancia” especial, a nivel global, de la evolución de los aspectos medioambientales y de ecoeficiencia como elemento distintivo de competitividad, y de la industria española en relación con ella.

o Se recomienda facilitar la adaptación tecnológica de ciertos tratamientos térmicos ya maduros, a la realidad industrial actual, a través de los institutos tecnológicos especializados en la materia y ya preparados para ello.

o Se considera fundamental fomentar las alianzas y cooperación entre PYMEs y grandes empresas tractoras, ya que estas últimas son las que pueden propiciar que gran parte del sector industrial español del metal evolucione más o menos en paralelo al avance tecnológico experimentado a nivel global.

o Se deberá poner a disposición de la industria información tecnológica actualizada y permanente, en relación con los últimos avances detectados a nivel global en el sector. Los institutos tecnológicos y universidades serán el mejor vehículo para ello.

o En los casos en que se ha considerado que la posición de España es buena o muy buena (como ocurre en relación con el conformado por laminación), debería hacerse un esfuerzo especial para apoyar a la industria española y facilitar que ello se constituya como un elemento tecnológico diferenciador y de competitividad. Esto podría llevarse a cabo a través del apoyo de líneas de investigación en este campo, fomento de proyectos relacionados o incluso medidas de difusión que contribuyan a informar sobre la excelencia de España en este campo.

o Se considera necesario fomentar la colaboración y las alianzas entre empresas clientes y proveedoras, incorporando además centros tecnológicos y de investigación, con el objetivo de llevar a cabo una transición hacia la adopción de las innovaciones tecnológicas mencionadas en el presente informe.

o Será importante impulsar el papel tractor de las empresas clientes, así como fomentar el apoyo de los centros tecnológicos a la hora de llevar a cabo la


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implantación tecnológica. Esto será de especial importancia para hacer llegar la innovación tecnológica a las pequeñas y medianas empresas.

o Será necesario dar a conocer las tecnologías identificadas como innovadoras y promover la transferencia tecnológica. En este sentido, las administraciones públicas y otros agentes como asociaciones empresariales, plataformas tecnológicas etc. tendrán un papel fundamental.

o Se deberá hacer énfasis en el trabajo de concienciación e información hacia las empresas, en relación a las mejoras que puede suponer la incorporación de estas tecnologías en las empresas, tanto en cuestión de una mayor eficiencia de sus procesos como en la reducción de los costes. Se considera que esta será una labor principalmente de asociaciones empresariales, plataformas tecnológicas y centros tecnológicos y de investigación especializados en cada una de los sectores o tecnologías.

o Muchas de las tecnologías analizadas en el informe requerirán de una fuerte inversión por parte de las empresas para su efectiva implantación. Partiendo de esta premisa, será necesario el apoyo de las administraciones públicas a la hora de financiar dichas operaciones. Sin embargo, teniendo en cuenta la coyuntura económica actual, es posible que sea necesaria la incorporación de nuevos esquemas de financiación y colaboración en los que tanto la administración pública como las empresas privadas financien la adopción de estas tecnologías o se incorporen otros agentes interesados (empresas tractoras, capital riesgo, etc.) a la financiación de dichas operaciones.

o En el caso de las tecnologías que además de mejorar los procesos de producción tengan un impacto favorable en el medio ambiente (por ejemplo, la reducción del consumo de energía por medio de los procesos de fusión por plasma en el sector de fundición), las administraciones públicas pueden acelerar la industrialización de dichas tecnologías mediante el establecimiento de una legislación que establezca ciertos requisitos a cumplir por las empresas.

o La incorporación de estas nuevas tecnologías requerirá contar con personas formadas que sean capaces de adaptarse a las nuevas técnicas e implementarlas. Esto requiere, por una parte, la adaptación de la formación reglada a esta nueva realidad. Por otra parte, será necesario el impulso a la formación continua en estos ámbitos tecnológicos innovadores.


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8. ANEXOS

8.1. Texto íntegro de la consulta a expertos en relación con tendencias horizontales, tratamientos térmicos, superficiales y deformación metálica plana


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8.2. Texto íntegro de la consulta a expertos en relación con tendencias horizontales, fundición, forja y mecanizado


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8.3. Tablas resumen de tendencias


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TENDENCIAS TECNOLÓGICAS HORIZONTALES

EL COMPROMISO MEDIOAMBIENTAL SERÁ UNA CONSTANTE, EN EL DESARROLLO DE NUEVAS TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN EN EL SECTOR DEL METAL

Líneas tecnológicas afectadas por la tendencia Todos los tratamientos y procesos del sector que tengan impacto sobre el medio ambiente Posición de España

Según los expertos, la posición de España será regular si la hipótesis se materializa. Sin embargo, los consultados señalaron que la Administración podría contribuir significativamente a que la industria se adaptara a esta nueva realidad, de igual modo que la legislación adecuada.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Es de esperar que esta tendencia tenga una implantación generalizada a medio plazo, siendo el nivel de inversión estimado para la adaptación medio.

SE DESARROLLARÁN MATERIALES METÁLICOS CON CARACTERÍSTICAS MEJORADAS QUE SUSTITUIRÁN A GRAN PARTE DE LOS TRADICIONALES

Líneas tecnológicas afectadas por la tendencia Prácticamente todas las del sector Posición de España Según los expertos consultados la posición percibida de España para esta realidad es relativamente buena. Los agentes que podrían ayudar en mayor medida a la industria en el supuesto de cumplimiento de la tendencia, son principalmente empresas tractoras y la Administración, siendo los centros de tecnológicos y de investigación el tercer agente destacado. Expectativas / Evolución posible según los expertos Esta tendencia se materializará a medio plazo, siendo medio el esfuerzo en inversión necesario para la adaptación de la industria a esta realidad.

LAS TECNOLOGÍAS DE SIMULACIÓN TENDRÁN CADA VEZ MÁS INFLUENCIA EN EL DESARROLLO DE NUEVAS TÉCNICAS, PROCESOS Y/O TRATAMIENTOS DEL METAL

Líneas tecnológicas afectadas por la tendencia La mayor parte de las relacionadas con el sector del metal Posición de España Según los expertos consultados la posición percibida de España para esta hipótesis es relativamente buena. Los centros tecnológicos, así como las empresas tractoras, pueden ser agentes fundamentales, para que la industria se adapte a esta realidad. Expectativas / Evolución posible según los expertos Esta tendencia es la única de las horizontales que se estima que será una realidad a corto plazo, siendo medio el esfuerzo de inversión necesario para adaptarse a ella.


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TENDENCIAS TECNOLÓGICAS EN TRATAMIENTOS TÉRMICOS

LOS TRATAMIENTOS CRIOGÉNICOS SERÁN UNA TECNOLOGÍA DE USO COMÚN PARA CIERTOS MATERIALES, SIENDO DE ESPERAR QUE SE CONVIERTAN EN

COMPLEMENTARIOS DE LA MAYOR PARTE DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Breve descripción técnica Los tratamientos criogénicos son tratamientos térmicos caracterizados por la aplicación de bajas temperaturas a los materiales a tratar, con el fin de modificar sus propiedades, según las necesidades requeridas. La temperatura alcanzada en el proceso es de unos -196ºC, temperatura correspondiente al nitrógeno líquido. Tecnologías incluidas en la tendencia Tratamientos criogénicos convencionales o secos Tratamientos húmedos o de inmersión Tratamientos múltiples Aplicaciones e innovación que supone Se pueden usar para tratar numerosos materiales: aceros, fundición, aleaciones ligeras, materiales cerámicos, etc. Sobre aceros de herramienta aumentan significativamente resistencia mecánica y a desgaste. Mejor productividad frente a tratamientos más tradicionales y mayor eficiencia en el consumo de nitrógeno líquido (comparados con otros que también usan este producto). Permiten tratar desde pequeñas series a grandes volúmenes. Suponen ahorro de costes y tiempo y una mejora de la productividad y prestaciones de los productos tratados. En la actualidad ya se emplean en numerosos sectores y aplicaciones: motores, herramientas de mecanizado, material quirúrgico, electrodos, etc. Países destacados Estados Unidos China Características de las empresas más relevantes a nivel global Grandes corporaciones internacionales, con miles de trabajadores y sede en numerosos países a nivel global, que ofrecen gran variedad de servicios integrales, relacionados con la producción de piezas complejas, especialmente tratadas para responder específicamente a los requisitos del cliente. Situación en relación con IPR La mayoría de patentes de los últimos cuatro años (2008-2011), corresponden a empresas de Estados Unidos y China, muy por delante del resto de países. Para dicho periodo se han identificado también numerosas patentes procedentes de universidades asiáticas, ya que estos tratamientos son actualmente objeto de numerosas investigaciones y se hallan en permanente evolución, con el fin de mejorar su aplicabilidad a nivel industrial y eficiencia. Posición de España La posición de España se percibe como regular en el caso de materialización de esta tendencia, siendo de esperar que tanto las empresas tractoras en primer lugar, como los centros tecnológicos en segundo término, contribuyeran a la adaptación tecnológica frente a este escenario. Expectativas / Evolución posible según los expertos La materialización de la tendencia aún se percibe como lejana, considerándose que, llegado el caso, se requeriría un nivel de inversión medio


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SE EXTENDERÁ EL USO DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS AVANZADOS, TALES COMO QUENCHING AND PARTIONING, COMO NUEVA FORMA DE PRODUCCIÓN DE ACEROS

DE ALTA RESISTENCIA

Breve descripción técnica Quenching and Partioning (o proceso se temple y partición) es un tratamiento térmico alternativo para los aceros de baja aleación. En general, el tratamiento se realiza en tres fases: temple rápido del material (entre las temperaturas de inicio (Ms) y final (Mf) de la transformación martensítica), tratamiento de partición por encima de Ms y enfriamiento. Tecnologías incluidas en la tendencia Quenching and partitioning Aplicaciones e innovación que supone Este tratamiento térmico avanzado permite obtener una excelente resistencia y ductilidad, sin la necesidad de usar aceros de alta aleación. Permite producir aceros de baja aleación con altas cargas de rotura y elevados límites elásticos, manteniendo un alargamiento suficiente y buena soldabilidad de estos materiales. Su perfeccionamiento y desarrollo a nivel industrial puede permitir lograr avances significativos en sectores como el de automoción, cuyo objetivo es desarrollar componentes cada vez más ligeros, sin pérdida de sus propiedades iniciales Países destacados China Japón Corea Gran Bretaña Características de las empresas más relevantes a nivel global No se han detectado empresas especialmente relevantes en relación con esta tendencia, aunque si existen consorcios entre empresas y centros tecnológicos, que están explorando las posibilidades que puede ofrecer este tipo de tratamientos a nivel industrial. Situación en relación con IPR Existe una clara preponderancia de patentes procedentes de países asiáticos, destacando China, seguida muy de lejos por Japón, Corea y Gran Bretaña. Resulta significativo el hecho de que muchas de estas patentes proceden de universidades, principalmente chinas y en menor medida japonesas, y no solo de empresas, como suele ocurrir en el caso de tecnologías más maduras. Posición de España En el caso de materializarse de un modo generalizado esta tendencia, la posición de España sería relativamente buena, siendo, por este orden, empresas tractoras, institutos tecnológicos y Administración, los agentes que podrían contribuir a una mejor adaptación a esta realidad industrial. Expectativas / Evolución posible según los expertos Es de esperar que esta tendencia se generalice a medio plazo, considerándose necesario un nivel de inversión medio para la adaptación.


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SE EXTENDERÁ EL DESARROLLO Y APLICACIÓN DE TRATAMIENTOS COMO AUSTEMPERING O MARTEMPERING, CAPACES DE MEJORAR LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS PIEZAS,

LLEGANDO A SUSTITUIR PROCESOS COMO EL TEMPLE CONVENCIONAL

Breve descripción técnica El austempering es la transformación isotérmica de una aleación ferrosa a una temperatura inferior a la de formación de perlita y por encima de la formación de martensita. El martempering es un temple interrumpido desde la temperatura de austenización de ciertas aleaciones, fundiciones, herramientas y aceros inoxidables. El objetivo es retrasar el enfriamiento, justo por encima de la transformación martensítica, durante un periodo de tiempo suficiente para igualar la temperatura en toda la pieza. Tecnologías incluidas en la tendencia Austempering y martempering Aplicaciones e innovación que supone La aplicación industrial del austempering se asocia a diversas ventajas: aumento de la ductilidad, tenacidad y resistencia para una determinada dureza, disminución del tiempo de mecanizado posterior de las piezas tratadas o ahorro de energía al implicar un ciclo de tiempo total más corto. El martempering puede llegar a ser de gran interés y aplicación en sectores tales como construcción, elementos mecánicos móviles, automoción o aeronáutica. En particular, puede ser especialmente significativo en los dos últimos, por las posibilidades que puede ofrecer en relación con la disminución de impacto ambiental y consumo energético de las tecnologías empleadas para la obtención de piezas finales, que respondan específicamente a las características requeridas por los clientes. Países destacados Austempering: China y Estados Unidos Martempering: Alemania, Francia y China Características de las empresas más relevantes a nivel global En el caso de austempering, las empresas más destacadas proceden de sectores muy diversos: metalurgia, automoción, electrodomésticos y construcción entre otros. En su mayoría son grandes grupos industriales internacionales, con centros de producción e investigación a nivel mundial y miles de empleados repartidos en sus distintas sedes. En relación con martempering, se trata de grandes grupos industriales europeos, con centros de producción e investigación a nivel mundial. Tienen en su mayoría miles de empleados a nivel global en diferentes países, con centros de I+D trabajando en distintas especialidades. Situación en relación con IPR Austempering: la mayor parte de patentes (de 2008 a 2011), proceden de China, seguida de Estados Unidos. Aunque parece haber comenzado un descenso del número de patentes, en países como Japón, se observa el mantenimiento de la actividad e incluso un ligero aumento, en detrimento de otros países como China. Otros países comienzan también a destacar en este campo: Corea, Canadá o Alemania son algunos de ellos. Martempering: la mayoría de las patentes tienen origen europeo, siendo Alemania el país más destacado. Le sigue Francia, aunque a cierta distancia. Posición de España Se considera como relativamente buena, frente al escenario planteado por esta tendencia. Las empresas tractoras se consideran fundamentales para contribuir a la adaptación, seguidas por los Institutos Tecnológicos/Universidades. Expectativas / Evolución posible según los expertos Se espera que la tendencia se generalice a medio plazo, siendo necesario un nivel de inversión medio para conseguir la adaptación a la misma.


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TRATAMIENTOS TÉRMICOS YA CONSOLIDADOS Y MADUROS, COMO LOS TRATAMIENTOS POR INDUCCIÓN, SEGUIRÁN SIENDO DE EXTENSA APLICACIÓN PARA

DETERMINADAS PIEZAS INDUSTRIALES

Breve descripción técnica El calentamiento por inducción electromagnética es un método para suministrar calor de forma rápida, limpia, controlable y eficiente, para distintas aplicaciones de fabricación, sobre piezas, partes metálicas o materiales conductores de electricidad. Tecnologías incluidas en la tendencia Endurecimiento superficial Revenido y alivio de tensiones Normalización y recocido Endurecimiento por precipitación Refinamiento de grano Aplicaciones e innovación que supone Destacan las siguientes ventajas: ausencia de contacto físico, generación del calentamiento en el lugar requerido, ausencia de pérdidas en transferencias calóricas, rapidez y precisión, fácil automatización y control del ciclo de trabajo. Aplicaciones industriales más extendidas: tratamientos térmicos (recocido, templado, endurecido superficial, etc.), fusión, forjado en caliente, soldaduras de bronce o termoplásticos, expansión para embutido, alivio de tensiones, aplicación de revestimientos, curado o secado. Países destacados Japón China Características de las empresas más relevantes a nivel global Las empresas que continúan investigando en relación con este tipo de tratamientos son mayoritariamente grandes corporaciones que operan a nivel global, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D. La mayor parte opera en sectores vinculados a la automoción, energía y en general aquellos que producen grandes tiradas de piezas con características específicas: construcción, minería, agricultura, semiconductores, etc. Situación en relación con IPR Destaca la preponderancia de las protecciones procedentes de Asia, siendo Japón y China los países más destacados, muy por delante de sus inmediatos seguidores (según la PTO, ambos países suman más del total de familias publicadas a nivel global, entre 2008 y 2011). En los dos casos se mantiene, incluso parece ir en aumento, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con el tratamiento en cuestión. La investigación en torno a este grupo de tecnologías continúa aumentando también en otras áreas y países, como Alemania, Estados Unidos y Corea. Posición de España La posición de España se percibe como buena ante esta tendencia, señalándose como agentes que pueden ayudar a la industria empresas tractoras en primer término, seguidas de institutos tecnológicos. Expectativas / Evolución posible según los expertos Esta tendencia es la única de las incluidas entre los tratamientos térmicos, que se señala como de inmediato cumplimiento. El nivel de inversión que se estima necesario para la adaptación es medio.


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SERÁ HABITUAL EL USO DE HORNOS MICROONDAS EN LUGAR DE LOS INDUSTRIALES TRADICIONALES, LLEGANDO A SUSTITUIR A LA MAYORÍA DE ÉSTOS,

EN LA APLICACIÓN DE TRATAMIENTOS TÉRMICOS A METALES EN LA INDUSTRIA

Breve descripción técnica En los métodos de calentamiento por microondas, la energía se aplica directamente al material a través de la interacción molecular con el campo electromagnético. Se produce así una trasformación de energía electromagnética en energía térmica, en lugar de una mera trasferencia de calor. Tecnologías incluidas en la tendencia Todas aquellas relacionadas con calentamiento por microondas en proceso industriales del sector del metal Aplicaciones e innovación que supone El uso de microondas supone, entre otras ventajas, ahorro en costes (tiempo y energía), rapidez interna de calentamiento, precisión y control del mismo, mejora de calidad y propiedades, etc. Además, permite obtener propiedades no posibles con procesamiento convencional: penetración de la radiación, distribución de campo controlable, calentamiento rápido y selectivo, reacciones autolimitadas, reducción de los tiempos de reacción, altos rendimientos, incremento de la pureza de productos o eliminación de residuos contaminantes de los medios de reacción. Ello proporciona alternativas para el procesamiento de amplia variedad de materiales que incluyen gomas, polímeros, cerámicas, metales, aleaciones, composites, etc. Dentro de su uso en los procesos metalúrgicos, destaca la posibilidad de desarrollar y optimizar los parámetros del proceso, así como el diseño de equipos. Países destacados China Japón Estados Unidos Características de las empresas más relevantes a nivel global La mayoría de empresas que tienen líneas de investigación en este campo, son agrupaciones muy conocidas a nivel global, con miles de empleados y sedes distribuidas por todo el mundo. En muchas, su especialidad original no es el tratamiento de piezas o metales. Gran parte son empresas que elaboran y comercializan productos finales (electrodomésticos, componentes electrónicos o de automoción) pero que han integrado este tipo de tecnología para optimizar sus procesos e investigan y desarrollan su aplicación en alguna de sus divisiones. Situación en relación con IPR Durante el periodo 2008 a 2011, la actividad de protección ha sufrido cierto descenso paulatino alcanzando en 2011, menos de la mitad de familias de patentes registradas en 2008 ó 2009. La mayoría de las protecciones son asiáticas, destacando China, seguida de Japón. Estados Unidos ocupa el tercer lugar y ha mantenido su actividad, al menos durante los tres primeros años del periodo contemplado. Corea ocupa el cuarto puesto y es el único país que ha continuado su actividad durante todo el periodo. Numerosas empresas protegen tecnologías relacionadas con esta tendencia, pero sin fines comerciales propiamente dichos, no ofertándola como servicio, sino que la utilizan para mejorar sus propias piezas o productos finales. Posición de España En España su uso se encuentra relativamente extendido entre algunas de las empresas que ofrecen tratamientos térmicos o superficiales, para mejorar el acabado y propiedades finales de las piezas. La posición de España se percibe como regular frente a esta tendencia, siendo las empresas tractoras los agentes mejor considerados para ayudar a la industria en la adaptación. Expectativas / Evolución posible según los expertos Se espera el cumplimiento a medio plazo de la situación planteada en la tendencia, estimándose medio el nivel de inversión necesario para la adaptación.


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TENDENCIAS TECNOLÓGICAS EN DEFORMACIÓN METÁLICA

SE EXTENDERÁ EL USO DE TECNOLOGÍAS, COMO EL HIDROCONFORMADO, QUE PERMITAN LA REALIZACIÓN DE PIEZAS COMPLEJAS A UN COSTE MENOR

Breve descripción técnica Tecnología que utiliza un fluido hidráulico a una presión muy alta, como herramienta para transformación de chapa y tubos, montados en una matriz diseñada a tal efecto. El empuje ejercido por el fluido permite que el metal se adhiera a los lados del molde y así adoptar la forma requerida. Tecnologías incluidas en la tendencia Hidroconformado de tubos. Hidroconformado de chapa. Hidroconformado por explosión. Aplicaciones e innovación que supone Estas tecnologías representan una alternativa a los métodos convencionales mecánicos por razones de flexibilidad (simplificación de utillajes), lo que implica ahorros derivados del coste más bajo de las matrices y equipamiento auxiliar, mejora de condiciones de proceso (esencialmente reducción de fuerzas de fricción), que permiten mayores deformaciones, mejor precisión, mejoras en las tensiones residuales y finalmente posibilitan la obtención por deformación de piezas imposibles de producir hasta hoy por los procedimientos convencionales (particularmente en la fabricación de piezas a partir de elementos tubulares y en componentes donde es crítica la relación peso-resistencia). Países destacados China Alemania Japón Corea Estados Unidos Características de las empresas más relevantes a nivel global Las empresas más relevantes son fabricantes de automoción o grandes corporaciones proveedoras de productos y/o materiales. Esta tecnología se ha extendido a otros sectores, como el de generación de energía, fontanería, instrumentos musicales, médico–quirúrgico, armamento, deportivo, etc, donde representa una alternativa al conformado tradicional. Situación en relación con IPR Predominan las protecciones procedentes de países asiáticos, aunque en el caso de China, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados ha ido en descenso. En el resto de países, a excepción de Alemania, también se detecta cierto descenso, aunque de un modo menos acusado que en China. En el caso de Alemania sin embargo, ha ido en aumento, siendo esta tendencia más acusada en los últimos dos años. Posición de España Dentro de las tendencias de deformación metálica, ésta es una de las dos únicas, para las que se considera que la posición de España es buena. Las empresas tractoras son los principales agentes destacados para contribuir a la adaptación de la industria, seguidos a cierta distancia por los Institutos Tecnológicos y Administración. Expectativas / Evolución posible según los expertos Esta tendencia tendrá una mayor implantación a medio plazo, estimándose necesario para ello un nivel de inversión medio.


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CON EL FIN DE ELIMINAR Y/O REDUCIR LOS COSTES DE UTILLAJE, SE EXTENDERÁ EL USO DE TECNOLOGÍAS, COMO EL CONFORMADO DE CHAPA SIN MATRIZ

Breve descripción técnica Proceso de conformado que permite la fabricación rápida y directa de piezas de chapa de perfil complicado, bien mediante la técnica de deformación incremental y tecnología de control numérico, aplicando pequeñas deformaciones en zonas localizadas, o bien mediante tecnologías de rapid manufacturing, fabricando las piezas por capas directamente a partir de una definición CAD 3D. Tecnologías incluidas en la tendencia Conformado incremental de dos puntos (TPIF). Conformado incremental de un solo punto (SPIF) Aplicaciones e innovación que supone El conformado de chapa sin matriz es una tecnología eficiente para la producción de piezas únicas o series cortas. La utilización de esta tecnología reduce de forma radical los esfuerzos y costes de los utillajes, en comparación con los procesos tradicionales de transformación de chapa. Permite la reducción del espesor de chapa de forma local y permite trabajar con o sin herramienta de soporte, dependiendo de la complejidad de las piezas y la exactitud dimensional deseada. La herramienta de soporte se puede fabricar con materiales de bajo coste (plásticos, madera, por fundición o combinación de ellos). Países destacados China Corea Japón Características de las empresas más relevantes a nivel global Las empresas más relevantes son grandes grupos industriales focalizados en el mercado asiático, proveedores de la industria de la automoción, la aeronáutica y la microelectrónica. Situación en relación con IPR Predominan las protecciones procedentes de países asiáticos, siendo China el país más destacado. La tendencia en los últimos dos años es claramente descendente, destacando el hecho de que Japón no haya publicado ninguna desde 2009 y que hasta el momento de cierre del informe sólo se haya publicado una procedente de China.

Una gran parte de los solicitantes de los países más destacados, son universidades, institutos de investigación y empresas especializadas en transferencia de tecnología y explotación de resultados de investigación, ya que aún se están explorando las posibilidades de esta tecnología innovadora.

Posición de España Según los expertos, para esta tendencia la posición de España se ha considerado mayoritariamente como buena. Se señalan las empresas tractoras como el agente destacado para ayudar a la industria en esta situación.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Es de esperar que esta tendencia tenga implantación a medio-largo plazo y se estima necesario un nivel de inversión medio-elevado.


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SE EXTENDERÁ EL USO DEL CONFORMADO ELECTROMAGNÉTICO, DEBIDO A SU CAPACIDAD PARA MEJORAR LA FORMABILIDAD DEL METAL Y REPRODUCIR

PEQUEÑOS MICRODETALLES EN LAS PIEZAS

Breve descripción técnica Proceso de conformado de alta velocidad. La deformación se debe a la interacción de una corriente inducida en la pieza de trabajo con el campo magnético generado por una bobina cercana a ella. Un banco de condensadores cargado se descarga, provocando que una corriente variable en el tiempo fluya a través de una bobina que está junto a la pieza de trabajo. Se generan fuerzas de Lorentz por la corriente de descarga, provocando un campo magnético transitorio que induce la corriente de Eddy en la pieza de trabajo. Estas corrientes que fluyen opuestas unas a otras, desarrollan las fuerzas que gobiernan la deformación de la pieza. Tecnologías incluidas en la tendencia Conformado de componente tubular (pieza con simetría axial). Conformado de chapa metálica plana. Sistemas híbridos Aplicaciones e innovación que supone Se trata de un proceso de alta productividad, bajo coste de procesamiento, centrándose en bajos volúmenes de producción a través de la minimización de los costes de inversión y una mayor flexibilidad de fabricación. Aumenta significativamente la conformabilidad. Permite tolerancias dimensionales muy ajustadas, se puede minimizar o incluso eliminar cualquier recuperación elástica (springback). Debido a que no hay contacto en el proceso de conformado existe menor deterioro superficial. El coste de la matriz es más reducido que en otros casos, ya que sólo es necesario una cara del molde. La simulación del proceso permite obtener el diseño adecuado de los útiles del mismo, junto con la deformación y forma final de la pieza. Países destacados China Japón Estados Unidos Alemania Corea Características de las empresas más relevantes a nivel global Grandes corporaciones que operan a nivel mundial, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D. Las principales empresas están vinculadas al sector de materiales, maquinaria industrial y de construcción, microelectrónica, así como automoción. Situación en relación con IPR La actividad en relación con la protección ha ido en aumento tanto para China como Japón, destacando la primera, que en 2010 experimentó un fuerte aumento. Actualmente la actividad parece estar experimentado un notable descenso. Para el resto de los países, a partir de 2010 se identifica el comienzo de un descenso más gradual.

Entre los solicitantes de los países líderes se encuentran universidades o centros de investigación y no solo empresas, dada las líneas abiertas de investigación en relación con sus nuevas posibilidades de aplicación.

Posición de España En caso de generalizarse esta tendencia, se considera que la posición de España sería regular. Las empresas tractoras serían los principales agentes que podrían ayudar a la industria a adaptarse a la situación tecnológica descrita Expectativas / Evolución posible según los expertos Se estima que se producirá la generalización de la tendencia a medio-largo plazo, necesitándose en ese caso un nivel de inversión medio-elevado, para conseguir la adaptación de la industria española.


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NO SERÁ PREVISIBLE UNA DISMINUCIÓN DEL CONFORMADO POR LAMINACIÓN, CONTINUANDO SU USO COMO HABITUAL EN LA PRODUCCIÓN DE DETERMINADAS

PIEZAS

Breve descripción técnica El laminado es un proceso de conformado de chapa metálica por deformación plástica, según líneas de plegado rectas, paralelas y longitudinales empleando como herramientas rodillos que tienen por contorno la forma del perfil que se quiere obtener. El conformado es gradual y se desarrolla en diferentes estaciones de rodillos situadas de forma sucesiva. El material avanza en dirección longitudinal debido a la fricción que le transmiten los rodillos. Las velocidades típicas de avance de chapa están entre 10 y 60 m/min, pudiéndose alcanzar hasta 180 m/min. El rango de espesores de chapa en que es aplicable el proceso abarca desde 0.1 hasta 20 mm. Tecnologías incluidas en la tendencia Conformado por laminación (perfilado) Aplicaciones e innovación que supone Mediante esta tecnología es posible crear perfiles avanzados en diferentes materiales, incluidos aceros de alta y ultra-alta resistencia. El proceso y las herramientas se diseñan mediante simulación por ordenador. Así los rodillos pueden ser diseñados para compensar el retorno elástico. Es un proceso con una tasa de producción alta y bajos costes, combinado con una larga vida útil de las herramientas, uso eficiente de materiales, posible incorporación de operaciones de unión y perforación en la línea de conformado, buen acabado superficial y baja emisión de ruido. Países destacados China Japón Alemania Corea Estados Unidos Características de las empresas más relevantes a nivel global La empresas más relevantes son grandes corporaciones que operan a nivel mundial, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D. La mayor parte opera en sectores vinculados a la automoción, la industria naval y ferroviaria así como la construcción. Situación en relación con IPR La protección de métodos y dispositivos relacionados con esta tecnología, ha ido en ligero aumento en el caso de China, frente al ligero descenso experimentado por el resto de los principales países analizados. Pese a ser una tecnología ampliamente extendida, se advierte que el interés por su desarrollo se mantiene, continuando la aparición de nuevas aplicaciones para la misma. Posición de España Frente a esta realidad, se ha considerado que la posición de España sería buena. Se señalan las empresas tractoras como el principal agente para ayudar a la industria a adaptarse a la situación descrita en la tendencia. Expectativas / Evolución posible según los expertos El horizonte de materialización señalado para la tendencia es corto-medio plazo. El nivel de inversión que se necesitaría para la adaptación de la industria sería medio.


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EL CONFORMADO POR LÁSER SERÁ UN VALOR POTENCIAL PARA INDUSTRIAS COMO LA AEROESPACIAL, NAVAL Y MICROELECTRÓNICA, DADA LA POSIBILIDAD DE

REALIZAR PRECISOS AJUSTES INCREMENTALES

Breve descripción técnica El conformado por láser se consigue mediante deformación plástica inducida por tensiones térmicas, resultantes de rápidos ciclos térmicos no lineales. Cuando un láser irradia una chapa metálica, ésta absorbe parte de la energía del láser en la superficie. Esta energía se conduce en el metal y se establece un gradiente de temperatura entre las superficies superior e inferior de la chapa metálica. La zona del metal irradiada se expande en volumen, cambiando la temperatura del material y sus propiedades mecánicas. Al alcanzar la temperatura donde las tensiones térmicas del material exceden el esfuerzo de fluencia, se produce la deformación plástica. Tecnologías incluidas en la tendencia Mecanismo de gradiente de temperatura (TGM) Mecanismo de pandeo Mecanismo de recalcado Aplicaciones e innovación que supone El metal se deforma sin necesidad de aplicar fuerzas externas, por lo que el proceso no requiere herramientas. La simulación del proceso puede proporcionar una base para determinar el patrón de calentamiento requerido y, por tanto, hacer aplicaciones de conformado láser viables y rentables para la industria. Una de las principales ventajas es la posibilidad de hacer precisos ajustes incrementales, así como aplicación flexible y no mecánica del retorno elástico (springback). Ofrece potencial para industrias como aeroespacial, naval, microelectrónica, etc. Países destacados Japón China Alemania Corea Estados Unidos Características de las empresas más relevantes a nivel global Grandes corporaciones a nivel mundial, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D, vinculadas al sector aeronáutico, transporte, automoción y construcción. Situación en relación con IPR Destaca el predominio de las protecciones procedentes de Asia, siendo Japón y China los países líderes. Son notables también las investigaciones en torno a esta tecnología en otros países, como Alemania, Corea y Estados Unidos. La actividad de protección ha ido en aumento de 2008 a 2010, percibiéndose cierto descenso durante 2011. Entre los solicitantes se encuentran universidades o centros de investigación y no solo empresas, como suele ocurrir en el caso de tecnologías más maduras, denotando el interés que despierta en relación con distintas líneas de investigación en curso. Posición de España La posición de España se percibe como relativamente buena y los agentes que podrían ser de ayuda para la industria en este supuesto, son, por este orden: empresas tractoras, Administración y Centros Tecnológicos. Algunos expertos señalaron también las universidades y el mercado, como agentes a tener en cuenta en el proceso. Expectativas / Evolución posible según los expertos Para esta tendencia se señaló un horizonte de materialización a corto-medio plazo, necesitándose un nivel de inversión medio-elevado para conseguir la adaptación de la industria.


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EL TAILORED BLANK SERÁ DE USO COMÚN EN LA INDUSTRIA DE AUTOMOCIÓN, POR SU CAPACIDAD PARA REDUCIR EL PESO DE LAS PIEZAS, MANTENIENDO Y/O AUMENTANDO SU RENDIMIENTO TÉCNICO, Y PARA LA SIMPLIFICACIÓN DEL

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE CONJUNTOS

Breve descripción técnica El tailored blank (TB) es el montaje de chapa metálica que incluye áreas con diferentes espesores, materiales, recubrimientos, etc. Las chapas que constituyen el TB están soldadas o unidas con adhesivo. Las láminas monolíticas que se utilizan para la fabricación de un conjunto se pueden mecanizar para crear las variaciones de espesor requerido. A la unión, soldadura o proceso de mecanizado, le sigue un proceso de conformado que aporta su forma funcional como pieza estructural. Tecnologías incluidas en la tendencia TB fabricado por soldadura láser TB fabricado por soldadura por plasma TB fabricado por soldadura por presión Aplicaciones e innovación que supone Obtención de lámina de acero para su posterior conformado a presión, combinando varios espesores diferentes y/o revestimientos distintos. Permite modificar las propiedades de cada una de las partes de la pieza, mejorando el rendimiento técnico sin aumentar el peso (mayor rigidez, mejor absorción de energía, mejor comportamiento al golpe). Es posible, además, reducir el número de piezas que forman un conjunto, optimizando el uso de materiales y acortando el proceso de fabricación, reduciendo con ello el proceso de conformado y las herramientas de montaje necesarias. Países destacados Japón Alemania Estados Unidos China Características de las empresas más relevantes a nivel global Empresas relacionadas con la industria automotriz, siendo en su mayoría fabricantes de automoción o empresas proveedoras de productos y/o materiales para la citada industria. Situación en relación con IPR Alemania, país líder durante 2008 y 2009, ha cedido su primacía a Japón, que aumentó su actividad significativamente durante 2010. Sus inmediatos seguidores, China y Estados Unidos, mantuvieron su actividad durante los 4 años considerados (2008-2011). Resulta significativo que parte de los solicitantes de los países más destacados sean universidades, principalmente chinas, lo que denota que aún se están explorando las posibilidades de esta tecnología.

Posición de España La posición de España se percibe como regular. Sin embargo, parte de los expertos manifestó que llegado el caso, nuestro país podría llegar a ocupar una posición buena o incluso muy buena, probablemente dependiendo de la evolución de la industria relacionada con este grupo de tecnologías y del papel que adoptaran las empresas tractoras. Expectativas / Evolución posible según los expertos Se espera un horizonte de materialización a medio plazo, necesitándose un nivel de inversión medio-elevado, para conseguir la adaptación al escenario industrial planteado.


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TENDENCIAS TECNOLÓGICAS EN TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

GRAN PARTE DE LOS TRATAMIENTOS SUPERFICIALES CONVENCIONALES SERÁN SUSTITUIDOS O COMPLEMENTADOS POR OTROS COMO PVD (PHYSICAL VAPOR DEPOSITION),

DEBIDO A LAS VENTAJAS DE ÉSTOS: RAPIDEZ, MEJORAS EN RELACIÓN CON EL MEDIO AMBIENTE, SEGURIDAD O FLEXIBILIDAD

Breve descripción técnica Proceso durante el cual físicamente se generan y depositan átomos o moléculas sobre un sustrato en un medio de alto vacío. El flujo de electrones que incide sobre el sustrato puede ser generado por evaporación, pulverización o ion plating. Tecnologías incluidas en la tendencia PVD por evaporación PVD por bombardeo iónico (ion plating) PVD por pulverización (sputtering) Aplicaciones e innovación que supone Utilizan tecnologías ambientalmente limpias, comparadas con proceso convencionales electroquímicos, como cromado, niquelado o galvanizado. Pueden proporcionar excelentes propiedades físicas, mecánicas y químicas, que le permiten tener un buen desempeño en atmósferas industriales agresivas. Son muy utilizadas para mejorar las propiedades superficiales de gran variedad de materiales aplicados en ambientes corrosivos y mejorar propiedades mecánicas tales como dureza y resistencia al desgaste. Su tecnología ha sido desarrollada principalmente mediante películas delgadas en aplicaciones electrónicas, para extender la vida útil de las herramientas de corte y en recubrimientos decorativos. Países destacados Estados Unidos y China (en el caso de sputtering d.c.) Japón, Corea, China, Estados Unidos (en el caso de sputtering r.f.) Características de las empresas más relevantes a nivel global Destacan grandes empresas de automoción, audiovisuales, electrónica y microelectrónica, así como centros de investigación especializados, que están propiciando el avance de esta tendencia. Situación en relación con IPR En el caso de sputtering d.c. el líder, en lo que a origen de las familias de patentes de 2008 a 2011 se refiere, es Estados Unidos, seguido de China. Empresas de otros países asiáticos han publicado también patentes relacionadas con el proceso, como es el caso de Japón, Corea o Taiwan. Sin embargo, países como Alemania o Rusia, evidencian también líneas de investigación relacionadas. En relación con sputtering r.f., el liderazgo procede de Japón, aunque Corea, China o Estados Unidos también propician el desarrollo de la tecnología. Posición de España La posición de España se percibe como relativamente buena si la tendencia se generaliza, siendo determinante las empresas tractoras, seguidas de los institutos tecnológicos, para conseguir la adaptación a esta posible realidad industrial. Expectativas / Evolución posible según los expertos Se estima que esta tendencia será una realidad industrial generalizada a medio plazo, estimándose necesario un nivel de inversión elevado para conseguir la adaptación de la industria española.


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TRATAMIENTOS SUPERFICIALES FLEXIBLES, COMO LOS TRATAMIENTOS CON LÁSER, QUE PERMITAN PROTEGER HERRAMIENTAS Y COMPONENTES DEL USO Y

CORROSIÓN, SE CONSOLIDARÁN COMO PROCESOS USADOS HABITUALMENTE EN LA INDUSTRIA, PARA MEJORAR LA VIDA ÚTIL DE LAS PIEZAS

Breve descripción técnica El láser “Light Amplification by Stimules Emission of Radiation” es una fuente de emisión electromagnética, caracterizada por su propiedad de emitir radiación coherente de alta pureza espectral. Su potencia puede ser focalizada en un punto de diámetro muy pequeño, obteniéndose grandes intensidades de potencia. Esta característica permite utilizar el láser en el tratamiento superficial de materiales. Tecnologías incluidas en la tendencia Endurecimiento o temple Aleación superficial (alloying) Recubrimiento superficial (láser cladding) Fusión superficial (melting) Aplicaciones e innovación que supone El láser, al ser usado como herramienta para el tratamiento de superficies en metales, genera velocidades de calentamiento y enfriamiento extremadamente altas, en la región próxima a la superficie, sin que se afecte significativamente la temperatura del resto del material. La energía del láser es casi totalmente absorbida entre unos pocos nanómetros debajo de la superficie y esta energía es convertida en calor en una escala de tiempo muy corto. Esto permite que la región cercana a la superficie pueda ser procesada bajo condiciones extremas, sin afectar las propiedades de todo el material. Esta técnica, por lo tanto, conduce a la obtención de una estructura y una composición de la zona cercana a la superficie que no puede ser lograda usando otros métodos. Países destacados China Estados Unidos Japón Características de las empresas más relevantes a nivel global Dada la amplia variedad de tecnologías asociadas a esta tendencia, las empresas relevantes pertenecen a muy diversos sectores y tienen distintas características, según las tecnologías concretas que oferten o apliquen. Destacan las empresas de procedencia China y aquellas procedentes de sectores como joyería, ortopedia o fabricación de moldes entre otros. Situación en relación con IPR En el periodo estudiado (2008-2011) se observa un significativo descenso de la actividad de protección del primer al segundo año, con un repunte en 2010 y una nueva caída en 2011. La mayoría de patentes proceden de solicitantes asiáticos, destacando China con el 32% del total de familias de patentes publicadas entre 2008 y 2010, según la PTO, seguida de Estados Unidos, con un 21% y Japón con un 19%. Posición de España Se percibe la posición de España como regular-buena, ante esta tendencia. Se destaca el papel de las empresas tractoras, Administración e institutos tecnológicos (en ese orden), como posibles apoyos para la adaptación a la realidad tecnológica enunciada. Expectativas / Evolución posible según los expertos La tendencia expuesta se estima que se generalizará a medio plazo, siendo necesario en ese caso un nivel de inversión medio-elevado para conseguir la adaptación de la industria española.


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LOS TRATAMIENTOS QUÍMICOS, COMO SOL-GEL Y ELECTROQUÍMICOS, CONTINUARÁN SU DESARROLLO CON EL FIN DE OBTENER NUEVAS APLICACIONES Y

PROPIEDADES DE LAS PIEZAS TRATADAS

Breve descripción técnica El proceso de sol-gel consiste en la evolución de redes de polímero híbridos a través de la formación de una suspensión coloidal (sol), de tamaño de partícula de 1-1000 nm, seguida de una hidrólisis y condensación para formar una red en una fase líquida continua (gel). Mediante este proceso se pueden sintetizar materiales en forma de polvos, fibras o películas, dependiendo de la aplicación deseada. Tecnologías incluidas en la tendencia Existen distintas tecnologías relacionadas con la tendencia, dependiendo del tipo de precursores empleados en el proceso sol-gel, la forma de aplicación sobre el sustrato, etc. Aplicaciones e innovación que supone El proceso sol-gel permite obtener compuestos de elevada pureza, diversidad de compuestos químicos, homogeneidad estructural, estabilidad química y térmica y temperaturas de densificación mucho más bajas que las requeridas para la obtención de un material equivalente por rutas convencionales de fabricación. Puede tener múltiples aplicaciones, siendo frecuente su uso para deposición de capas, pudiendo recubrir no solo metales, sino otros sustratos como vidrios, cerámicas o plásticos. Se emplea para proteger distintas aleaciones metálicas frente a la corrosión y como pretratamiento de los metales, ya que aumenta la adherencia entre el metal y pintura orgánica de aplicación posterior. Países destacados China Estados Unidos Japón Características de las empresas más relevantes a nivel global Grandes empresas internacionales especializadas mantienen líneas de investigación abiertas y tienen patentes al respecto. También es notoria la actividad en relación con nuevas aplicaciones que llevan a cabo empresas medianas, así como universidades y centros de investigación públicos y privados. Muchos de los desarrollos se realizan en sectores vinculados a la automoción, aeronáutica y en general aquellos que necesitan soluciones para proteger distintos tipos de piezas y productos de agresiones externas. Situación en relación con IPR Las patentes identificadas proceden de diversas áreas geográficas a nivel global. China, Estados Unidos y Japón son los tres países mas destacados, aunque existen numerosas protecciones procedentes de Alemania, Francia o Taiwán entre otros. La actividad no parece ir en descenso y se ha mantenido durante los cuatro años estudiados (2008-2011). Posición de España La posición de España se percibe como buena ante esta tendencia, señalándose a empresas tractoras e institutos tecnológicos, como los agentes que pueden contribuir en mayor medida a la adaptación de la industria. Expectativas / Evolución posible según los expertos La generalización de la tendencia es de esperar que se materialice a medio plazo, siendo necesario un nivel de inversión medio para conseguir la adaptación.


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LOS TRATAMIENTOS SUPERFICIALES CONTINUARÁN SU AVANCE, EXPERIMENTÁNDOSE UN DESARROLLO CADA VEZ MAYOR DE TECNOLOGÍAS NO

CONVENCIONALES, PARA TRATAR DISTINTAS PIEZAS, TALES COMO PLASMA, NANOTECNOLOGÍAS, ETC.

Breve descripción técnica El procesamiento por plasma es un conjunto de técnicas de tratamiento de distintos materiales, que se realizan utilizando gases parcialmente ionizados, denominados genéricamente “plasma”. Estos tratamientos permiten adaptar las propiedades de la superficie de los materiales, a las condiciones requeridas por el producto final, para responder a las necesidades del cliente. Tecnologías incluidas en la tendencia Todas aquellas asociadas a tratamientos por plasma y uso de nanotecnologías para el tratamiento de metales. Aplicaciones e innovación que supone Los métodos de tratamiento por plasma, permiten en numerosas ocasiones alcanzar resultados difíciles, incluso imposibles, por otras técnicas convencionales. Actualmente tiene múltiples aplicaciones: grabado de placas de circuitos impresos y semiconductores, deposición de películas de silicio para células solares, pasivación o activación de superficies, fundido o soldadura por arco eléctrico entre otras. Es frecuente su uso para tratamiento de superficies, como preparación para la aplicación de un recubrimiento posterior, que mejora con ello su adhesión. Países destacados Estados Unidos China Japón Taiwán Características de las empresas más relevantes a nivel global Grandes empresas internacionales, vinculadas a los sectores de automoción, microelectrónica, telecomunicaciones o imagen y sonido entre otras. Situación en relación con IPR Las patentes publicadas entre 2008 y 2011, según la PTO, proceden principalmente de países asiáticos y Estados Unidos. Este último país ha sido el líder en el período considerado, seguido a cierta distancia por China, Japón y Taiwán. Muchos otros países también se han mostrado activos en el período; entre otros: distintos países europeos, Rusia, Canadá o Corea. Dada la variedad de resultados que permiten obtener los tratamientos por plasma, diversas variantes son permanentemente objeto de estudio y protección intelectual. Posición de España Se estima como relativamente buena, en el caso de generalización de la tendencia expuesta, siendo empresas tractoras, institutos tecnológicos y Administración los agentes que podrían ayudar en el caso de ser necesaria una adaptación industrial al escenario enunciado. Expectativas / Evolución posible según los expertos Se espera que el enunciado presentado se materialice a medio plazo, estimándose un nivel de inversión medio-elevado para conseguir la adaptación de la industria española en dicho caso. Nota a la ficha: al ser la nanotecnología una tecnología horizontal con múltiples variantes y aplicaciones, la mayoría de cuadros anteriores se han cumplimentado con datos correspondientes a tratamientos por plasma únicamente, evitando así una excesiva extensión. Pueden consultarse datos específicos del análisis realizado sobre nanotecnologías, en el apartado 4.2.4.2 del presente informe.


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TENDENCIAS TECNOLÓGICAS EN FUNDICIÓN

SE EXTENDERÁ EL USO DE PROCESOS DE FUSIÓN AVANZADOS Y ENERGÉTICAMENTE EFICIENTES QUE FACILITEN EL USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA Y LA MINIMIZACIÓN DE LOS RESIDUOS. Breve descripción técnica La aplicación de “antorchas de plasma” en el proceso de fundición, permiten calentar la cantidad de metal necesario, a la temperatura precisa y en el momento justo de la colada. La precisión en este proceso es fundamental, ya que un metal sobrecalentado se oxida fácilmente y puede perder sus características hasta el punto de invalidarlo para la producción de piezas. Por ello, la temperatura de fusión debe ser controlada al máximo. Tecnologías incluidas en la tendencia Dentro de esta tecnología se incluyen variantes tales como: - Fusión con arco de plasma - Fusión con plasma por inducción - Refusión con arco de plasma - Plasma en hornos de cuchara y colada continua Aplicaciones e innovación que supone La utilización de tecnologías de plasma en el sector de la fundición conlleva una serie de ventajas relacionadas con la eficiencia en el calentamiento del material y en el control del mismo, además de una mejora en la eficiencia energética del proceso: - Se reduce la necesidad de sobrecalentamiento del metal, del tiempo de calentamiento. - Mejora el control de la temperatura del hierro en el momento de la colada. - Mejora de la calidad metalúrgica de la fundición - Se produce una reducción de la formación de escorias - Se produce un ahorro de energía para mantener el metal a la temperatura de colada Países destacados Japón EE.UU. Israel Corea Características de las empresas más relevantes a nivel global Las empresas más relevantes son grandes empresas del sector de fundición de metales férreos, así como empresas del sector de producción de aleaciones ligeras. Situación en relación con IPR A nivel global, predominan las protecciones procedentes de Japón, seguido por Estados Unidos y, a una mayor distancia, Israel, Corea y Francia. La mayoría de las patentes proceden tanto de empresas como de centros de investigación, por lo que podríamos concluir que se trata de tecnologías que se están utilizando cada vez más a nivel industrial. Posición de España Según los expertos consultados para esta tendencia, se consideran que la posición de España es buena. Se trata de una tecnología que podría tener un mayor impulso mediante la aplicación de normativa relativa a la eficiencia y ahorro energético de la industria.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Observando los resultados de la consulta realizada a expertos se puede decir que se trata de tecnologías que tendrán una mayor implantación en un plazo medio de tiempo y que seguirán desarrollándose en este sentido. La necesidad de reducir los costes energéticos en las empresas de fundición puede suponer un empujón definitivo en la industrialización generalizada de estas tecnologías.


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SE EXTENDERÁ EL USO DE TECNOLOGÍAS QUE PERMITAN EL PROCESADO DE ALEACIONES CON ELEVADAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y QUE AL MISMO TIEMPO SEAN PROCESOS MÁS EFICIENTES Y QUE APORTEN MAYOR PRECISIÓN (NEAR-NET-SHAPE). Breve descripción técnica Los procesos en semisólido son capaces de producir productos casi acabados (near-net-shape), minimizando o eliminando la necesidad de mecanizado de los mismos y reduciendo sus costes de producción. Estos procesos reciben su nombre porque el fluido “barro metálico” de trabajo presenta un comportamiento tixotrópico. Los fluidos tixotrópicos se cizallan cuando el material fluye, pero son consistentes en reposo. Un sistema de inyección controlado introduce un metal en estado semisólido en una matriz metálica permanente, produciendo productos prácticamente finales. Tecnologías incluidas en la tendencia Dentro de esta tecnología se incluyen las siguientes variantes de procesos en semisólido: - Rheocasting - Thixoforming Aplicaciones e innovación que supone Los procesos en semisólido son capaces de obtener las mismas dimensiones, detalles y paredes delgadas que el proceso tradicional de fundición a presión. Además, se obtienen piezas finales con mínima necesidad de mecanizado. Se trata, asimismo, de piezas de gran complejidad, paredes delgadas de poco peso y, por lo tanto, con el mínimo material necesario. Estos procesos pueden ser más costosos que los tradicionales, sin embargo, la integridad de los componentes producidos es mucho mayor. En comparación con otros procesos que requieren aleaciones de gran pureza, el semisólido tolera aleaciones secundarias y en base a chatarra, consiguiendo una gran resistencia y ductilidad con estas aleaciones. Además, mediante la aplicación de estos procesos se reducen los gases, la contracción de solidificación y se modifica la microestructura de la aleación. Países destacados Corea Japón Estados Unidos Características de las empresas más relevantes a nivel global La mayor parte de las empresas más relevantes, son grandes empresas que operan a nivel internacional. Tratándose de una tecnología que permite una mayor eficacia en la fundición de aleaciones ligeras tales como las de Aluminio y Magnesio, los sectores que mayor aplicación harán de estos procesos son el de automoción, aeronáutica y eólico. Situación en relación con IPR A nivel global, predominan las protecciones procedentes de Corea, Japón y Estados Unidos. La mayor parte de las patentes proceden de grandes empresas que operan a nivel internacional. Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es regular. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Observando los resultados de la consulta realizada a expertos en esta materia, será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo y en las que la posición de partida de las empresas españolas se considera regular. El papel de las empresas tractoras será muy importante a la hora de impulsar la adopción de estos procesos.


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SE EXTENDERÁ EL USO DE TECNOLOGÍAS QUE PERMITAN EL PROCESADO DE ALEACIONES CON ELEVADAS PROPIEDADES MECÁNICAS Y QUE AL MISMO TIEMPO SEAN PROCESOS MÁS EFICIENTES Y QUE APORTEN MAYOR PRECISIÓN (NEAR-NET-SHAPE). Breve descripción técnica Belt Casting Technology (BCT) pretende dar respuesta a estas necesidades y facilitar la producción de acero near-net-shape, abriendo las posibilidades a la colada horizontal de bandas de aceros. Las máquinas de colada BCT permiten diferentes rendimientos de producción y gran variedad de tamaños de productos, estando especialmente destinadas a aleaciones de acero que hasta ahora no podían ser producidas mediante colada continua. Tecnologías incluidas en la tendencia Proceso denominado Belt Casting Technology (BCT), dadas sus novedosas aplicaciones en la fundición de acero en colada continua y su capacidad de proporcionar productos de acero semi-acabados. Aplicaciones e innovación que supone Los componentes de alta tecnología fabricados en acero ya ofrecen una variedad de aplicaciones pero la fabricación de productos innovadores requerirá la disponibilidad de aceros con mejoras significativas en sus propiedades. En especial, los sectores de automoción, aplicaciones off-shore y la industria química requerirán el uso de aceros de alta y muy alta resistencia que además cumplan con los requisitos de ligereza que piden los citados sectores. Países destacados Alemania China Características de las empresas más relevantes a nivel global La mayoría de las empresas más son grandes corporaciones que operan a nivel global, con miles de empleados y centros o unidades específicas de I+D. No obstante, también hay algunas empresas de menor tamaño que se muestran muy activas en este ámbito mediante una activa colaboración con otras empresas y centros de investigación. Situación en relación con IPR A nivel global, predominan las protecciones procedentes de Alemania, seguidas a una relativa distancia de empresas chinas. Especialmente en el caso de Alemania se ha mantenido, incluso aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión. Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es regular. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Observando los resultados de la consulta realizada a expertos en esta materia, será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el largo plazo ya que se trata de una tecnología que requiere mayor desarrollo técnico e implantación industrial. Se prevé que sean las empresas tractoras, con el apoyo de centros de investigación y desarrollo, las que comiencen a implementar estas tecnologías, generalizándose su uso en un periodo más largo de tiempo.


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SE EXTENDERÁ EL USO DE TECNOLOGÍAS QUE HAGAN POSIBLE LA TRANSFORMACIÓN EFICIENTE Y DE BAJO COSTE DE MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METÁLICA (MCMM) Y OTROS MATERIALES AVANZADOS. Breve descripción técnica Los MCMM son aquellos constituidos por fibras continuas o discontinuas de refuerzo, generalmente cerámicas, embebidas en una matriz metálica. Las estructuras así formadas consiguen combinar las propiedades de los refuerzos cerámicos, en especial su elevada rigidez, con una buena transmisión de esfuerzos en la matriz, cuya principal misión no es soportar grandes tensiones sino transmitirlas entre los refuerzos individuales. El proceso de infiltración con presión, más conocido como Squeeze Casting, conduce a la obtención del compuesto en un solo paso, sin la necesidad de ser transformados mediante la utilización de diversas tecnologías. Combina en una operación las características de la fundición y de la forja. Consiste básicamente en el vertido del metal fundido en un molde, seguid de aplicación de presión, lo que disminuye o elimina la presencia de porosidades internas. Aplicando una refrigeración adicional se incrementa la transferencia de calor, facilitando la rápida solidificación y minimizando la segregación. Tecnologías incluidas en la tendencia Squeeze Casting o proceso de infiltración por presión. Aplicaciones e innovación que supone El Squeeze Casting ya ha probado su eficacia en la fundición de Aluminio y Magnesio y la tendencia actual es hacia el procesado de materiales y aleaciones avanzadas y MCMM, especialmente de Al y Mg. El proceso logra disminuir o eliminar la presencia de porosidades internas. Aplicando una refrigeración adicional se incrementa la transferencia de calor, facilitando la rápida solidificación y minimizando la segregación. La microestructura que se obtiene de esta forma es mucho más fina y se consiguen unas tolerancias más estrechas. Este proceso puede usarse en una gran variedad de sistemas metálicos que incluyen las aleaciones de aluminio habitualmente, las de magnesio y cobre en algunas industrias, e incluso aceros y superleaciones en casos y condiciones muy particulares. Países destacados China Japón Corea Características de las empresas más relevantes a nivel global Las empresas más relevantes a nivel global son, por una parte, grandes corporaciones que operan a nivel global y, por otra parte, empresas especializadas en la fundición de aleaciones de Aluminio que han incorporado en sus procesos la fundición de MCMM y otros materiales avanzados. Situación en relación con IPR A nivel global, destaca la preponderancia de las protecciones procedentes de Asia. En particular China y Japón resultan ser los países más destacados a este respecto, seguidos por Corea (según la búsqueda realizada en el presente informe, ambos países suman el 80% del total de familias publicadas a nivel global durante el periodo considerado). Tanto en uno como en otro caso, se ha mantenido, incluso aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con el proceso en cuestión. Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es buena. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión medio.

Expectativas / Evolución posible según los expertos La evolución prevista de esta tecnología es muy prometedora, tanto por los beneficios que


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ofrece como por la tracción que se prevé que lleven a cabo empresas de los sectores de la automoción, la aeronáutica y la energía eólica, con el fin de lograr materiales con propiedades específicas para las aplicaciones requeridas.

Los expertos consultados en el presente estudio consideran que para la transformación de los materiales mencionados será generalizada en un plazo de tiempo medio. Además, los expertos consultados consideran que la implantación de este proceso requerirá una inversión media y necesitará el impulso por parte de las empresas tractoras, que establecerán requerimientos para los que será necesaria la incorporación de tecnologías más avanzadas.


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TENDENCIAS TECNOLÓGICAS EN FORJA

SE EXTENDERÁ EL USO DE PRENSAS DE FORJA “INTELIGENTES” Y OTRO EQUIPAMIENTO PRE Y POST-FORJA QUE FACILITE LA PRODUCCIÓN DE PIEZAS FORJADAS NEAR-NET-SHAPE. Breve descripción técnica Los sistemas servo-drive electro-mecánicos han sido utilizados en máquina herramienta desde hace varias décadas. Recientemente, algunos constructores de prensas, especialmente en Japón y Alemania, han desarrollado prensas de forja que utilizan la tecnología mecánica servo-drive. Dado que todas las acciones de la prensa, como el iniciado, el cambio de velocidad y la parada, los realiza el servo-motor, la prensa servo-mecánica cuenta con una cadena de mando más simple, sin volante, embrague ni freno. De esta manera, el mantenimiento de estas prensas en más sencillo. Además, estas prensas aportan mayor productividad, precisión y fiabilidad. Tecnologías incluidas en la tendencia La aplicación de la tecnología mecánica servo-drive en prensas de forja tiene impacto en diferentes procesos de forja: forja libra, forja en matriz cerrada y forja en frío con múltiples ejes. Aplicaciones e innovación que supone - El movimiento de deslizamiento flexible permite el movimiento más adecuado para cada

método de conformado o producto. El movimiento puede optimizar y ampliar los límites del conformado, aumentar la productividad y mejorar la precisión del producto.

- Debido a la reducción de la fricción del embrague y el freno, la reutilización de la energía cinética durante la desaceleración y el movimiento de deslizamiento optimizado, el consumo de energía durante el conformado se reduce.

- Una servo-prensa con múltiples ejes posibilita la incorporación de operaciones en matrices que reducen el número de pasos de conformado y hace posible la formación de piezas más complejas y precisas en una sola prensa.

- Debido al control de los servo-motores por ordenador, muchas servo-prensas pueden ser conducidas con diferentes movimientos para maximizar la eficiencia de la producción.

Países destacados Japón China Alemania Características de las empresas más relevantes a nivel global Las empresas más relevantes a nivel global son, por una parte, grandes grupos que a nivel global y que ofrecen gran variedad de servicios y productos relacionados con diferentes procesos de fabricación. Situación en relación con IPR A nivel global, la gran mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a empresas de Japón y China. Especialmente en el caso de China ha aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión. Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es regular, ya que las empresas españolas del sector no parecen estar preparadas para la aplicación de estas nuevas tecnologías en sus procesos.

Expectativas / Evolución posible según los expertos A pesar de que el creciente interés mostrado por diferentes agentes en esta tecnología, se considera aún emergente en cuanto a su nivel de implantación industrial y por el número relativamente bajo de patentes publicadas. Sin embargo, los beneficios que aporta esta tecnología, en especial facilitando producción de piezas forjadas near-net-shape, hacen pensar


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que tendrá un desarrollo e implantación industrial muy prometedora.

Según los resultados obtenidos de la encuesta realizada a los expertos en esta materia se considera que la utilización de estas tecnologías se generalizará en un plazo de tiempo medio.


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SE EXTENDERÁ EL USO TÉCNICAS DE “UTILLAJE RÁPIDO” O RAPID TOOLING EN LOS PROCESOS DE FORJA PARA LLEVAR A CABO UNA FABRICACIÓN DE BAJO COSTE PARA SERIES CORTAS Y MEDIAS. Breve descripción técnica Las aplicaciones de Rapid Tooling han sufrido un nuevo impulso con el emerger de tecnologías de Fusión Selectiva por Láser (FSL) y de Sinterizado Directo de Metal por Láser (DMLS), capaces de fabricar por capas partes y útiles completamente densos, en base de aceros refractarios altamente aleados. Las aplicaciones en moldes son las que han sido analizadas con éxito en primer lugar. Tecnologías incluidas en la tendencia La aplicación de tecnologías de Rapid Tooling para la fabricación de utillajes para forja. Aplicaciones e innovación que supone La posibilidad de producir utillajes para forja mediante técnicas de utillaje rápido tendrá un impacto directo en la producción de piezas en series cortas y a medida de los requerimientos de los clientes, aportando flexibilidad al proceso y “customización” del servicio. Países destacados Alemania Características de las empresas más relevantes a nivel global Situación en relación con IPR A pesar de que el interés de la comunidad científica se ve reflejada en el número de artículos científicos y presentaciones en congresos, el número de patentes publicadas correspondientes a los años 2008-2011, es muy bajo. Esto refleja el carácter emergente del uso de estas tecnologías en las aplicaciones señaladas. En este sentido, la mayoría de las pocas patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a centros de investigación alemanes. Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es regular.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Se trata de tecnologías aún emergentes y sin una significativa implantación industrial. Sin embargo, se prevé que las tecnologías que proporcionen utillajes flexibles y adaptables sigan desarrollándose y avanzando hacia una mayor implantación industrial.

Los expertos consultados en la elaboración del presente estudio prevén que sea una tecnología cuya implantación general se dé en un plazo largo de tiempo. Su implantación generalizada dependerá del impulso proporcionado por las empresas tractoras y sus requerimientos a sus proveedores, así como de la labor de los centros de investigación para dar a conocer los beneficios de dichas tecnologías y de apoyo para su implantación industrial.


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TENDENCIAS TECNOLÓGICAS EN MECANIZADO

SE EXTENDERÁ LA ADOPCIÓN DE NUEVOS PROCESOS NO CONVENCIONALES DE MECANIZADO CON EL FIN DE MECANIZAR MATERIALES DE MAYOR VALOR AÑADIDO Y DUREZA Y, LOGRAR GEOMETRÍAS CADA VEZ MÁS COMPLEJAS QUE REQUIERAN MAYOR PRECISIÓN. Breve descripción técnica El micromecanizado láser compite con tecnologías como el mecanizado de alta velocidad (MAV) o la electroerosión por penetración (EDM), siendo su principal ventaja frente a éstos que al ser una radiación electromagnética la que incide en el material, no existe contacto físico alguno entre la herramienta de trabajo y el material, siendo los esfuerzos generados sobre el sistema (de naturaleza térmica) mucho menores al corte por herramienta. Tecnologías incluidas en la tendencia

- Micromecanizado láser - Mecanizado rotatorio por ultrasonidos - Mecanizado electroquímico

Aplicaciones e innovación que supone La principal ventaja del micromecanizado láser es que no existe contacto físico entre la herramienta de trabajo y el material, siendo los esfuerzos generados sobre el sistema mucho menores al corte por herramienta. La tecnología de micromecanizado láser aporta ventajas significativas al sector moldista, debido a la rapidez en el mecanizado y el grado de precisión alcanzado. Además, en el ámbito aeronáutico y de automoción, la tecnología de micro-taladrado y texturizado por láser ha demostrado sus buenas capacidades en la obtención de superficies y componentes funcionales.Países destacados Estados Unidos China Japón Corea Características de las empresas más relevantes a nivel global A nivel global, las empresas más relevantes identificadas son, en su mayoría, grandes empresas que ofrecen una gran variedad de servicios integrales, relacionados con la producción de piezas complejas. Situación en relación con IPR A nivel global, la gran mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a empresas de Estados Unidos, Japón y China. Especialmente en el caso de China ha aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión. Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es regular.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Se considera que esta tecnología seguirá desarrollándose y su implantación industrial será cada vez mayor, especialmente en los ámbitos geográficos en los que no lo ha hecho aún. Además, en el ámbito aeronáutico y de automoción, la tecnología de micro-taladrado y texturizado por láser ha demostrado sus buenas capacidades en la obtención de superficies y componentes funcionales, lo que apoya las perspectivas del aumento de su implantación industrial. Los expertos consultados prevén que será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.


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SE EXTENDERÁ LA ADOPCIÓN DE NUEVOS PROCESOS NO CONVENCIONALES DE MECANIZADO CON EL FIN DE MECANIZAR MATERIALES DE MAYOR VALOR AÑADIDO Y DUREZA Y, LOGRAR GEOMETRÍAS CADA VEZ MÁS COMPLEJAS QUE REQUIERAN MAYOR PRECISIÓN. Breve descripción técnica El mecanizado rotatorio por ultrasonidos o Rotary Ultrasonic Machining (RUM) es un proceso que consiste en la eliminación de material utilizando una herramienta de superabrasivo mediante la combinación de tres movimientos: rotación, vibración axial ultrasónica (frecuencia 20 kHz y amplitud de 5-50 micras) y avance contra la pieza. Además, el proceso utiliza taladrina bombeada a través de la herramienta para eliminar las virutas de la zona de corte, evitando el embotamiento y refrigerando el proceso. Tecnologías incluidas en la tendencia


Aplicaciones e innovación que supone El mecanismo de arranque de material en el RUM es la combinación de los mecanismos presentes en el rectificado con diamante y en el mecanizado por ultrasonidos tradicional (USM), presentando mejoras frente a ambos procesos. La introducción de la vibración en combinación con el proceso de rectificado con diamante permite obtener mejores rendimientos como el aumento de la rapidez del proceso, la reducción del desgaste de las herramientas y de las fuerzas de corte, la mejora de la rugosidad superficial o la práctica eliminación de las zonas afectadas térmicamente. Las aplicaciones del RUM se centran principalmente en fabricación de componentes en materiales duros y frágiles como las cerámicas técnicas, los vidrios, metales endurecidos, piedra, Silicio, piedras preciosas, etc. Países destacados China Japón Estados Unidos Características de las empresas más relevantes a nivel global Las empresas más relevantes identificadas son, en su mayoría, grandes empresas que ofrecen una gran variedad de servicios integrales, relacionados con la producción de piezas complejas. Situación en relación con IPR A nivel global, la gran mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años corresponden a empresas de China y Japón. Especialmente en el caso de China ha aumentado, a lo largo del periodo considerado, la actividad en relación con la protección de métodos y dispositivos relacionados con la tecnología en cuestión. Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es regular.

Expectativas / Evolución posible según los expertos Se considera que es una tecnología que seguirá desarrollándose y cuya implantación industrial será cada vez mayor, especialmente en los ámbitos geográficos en los que no lo ha hecho aún. Se extenderá la implantación de estas tecnologías principalmente en la fabricación de componentes en materiales duros y frágiles como las cerámicas técnicas, los vidrios, metales endurecidos, piedra, Silicio, piedras preciosas, Según los resultados obtenidos de la encuesta realizada a los expertos en esta materia, será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo y que requerirán un nivel de inversión elevado.


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SE EXTENDERÁ LA ADOPCIÓN DE NUEVOS PROCESOS NO CONVENCIONALES DE MECANIZADO CON EL FIN DE MECANIZAR MATERIALES DE MAYOR VALOR AÑADIDO Y DUREZA Y, LOGRAR GEOMETRÍAS CADA VEZ MÁS COMPLEJAS QUE REQUIERAN MAYOR PRECISIÓN. Breve descripción técnica El mecanizado electroquímico (ECM) utiliza la acción química para el arranque del material, y el proceso consiste en colocar la pieza a mecanizar sumergida en una cuba con líquido electrolítico (eléctricamente conductor) enfrentada con el electrodo (útil o herramienta) que tendrá la ‘forma negativa’ de la que se desea obtener en la pieza, estando ambos conectados a un generador de corriente continua, cerrando el circuito eléctrico a través del fluido electrolítico. Al establecerse la circulación de la corriente eléctrica, la pieza comenzará a disolverse de una manera selectiva, mediante electrólisis (disolución electroquímica controlada), empezando por las zonas de mayor densidad de corriente, que serán aquellas en las que la distancia interelectródica sea menor. Este paso de corriente se estabilizará uniformemente a medida que la pieza mecanizada va ‘acoplándose’ al electrodo. Tecnologías incluidas en la tendencia


Aplicaciones e innovación que supone La utilización de este proceso permite la obtención de formas complejas sin distorsión, grietas, rebabas, capa blanca, zona afectada térmicamente, ni tensiones residuales. Esta técnica puede ofrecer además una larga vida del electrodo o herramienta ya que el desgaste es inexistente, junto con altas tasas de arranque de material y buena calidad superficial. Países destacados Japón Corea China Características de las empresas más relevantes a nivel global A nivel global, las empresas más relevantes identificadas son, grandes empresas fabricantes de componentes y empresas especializadas en la producción de alto valor añadido. Situación en relación con IPR A nivel global, la gran mayoría de las patentes identificadas en los últimos cuatro años (2008-2011) corresponden a empresas de chinas, seguidas por empresas de Corea, muy por delante del resto de países Posición de España Según los expertos la posición de partida de las empresas españolas en este ámbito es regular.

Expectativas / Evolución posible según los expertos El uso del proceso de mecanizado electroquímico se trata de una tecnología que ha tenido un largo desarrollo y que aún sigue en evolución continua. Se considera que es una tecnología que seguirá desarrollándose y cuya implantación industrial será cada vez mayor, especialmente en los ámbitos geográficos en los que no lo ha hecho aún. Además, estos procesos proporcionan una alternativa eficiente para la fabricación de una gran variedad de componentes como pueden ser alabes de turbina, implantes quirúrgicos, moldes, matrices e incluso microcomponentes, afectando a gran variedad de sectores industriales. Según los resultados obtenidos de la encuesta realizada a los expertos en esta materia, será necesario un esfuerzo importante por parte de las empresas españolas y los demás agentes para adaptarse a esta tecnología. Se considera que serán tecnologías de implantación en el medio plazo. Además, se prevé la adaptación de las empresas a estas tecnologías requiera un nivel de inversión elevado.


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8.4. Criterios de búsqueda seguidos para el análisis de patentes

Se han analizado, utilizando el programa Mathéo Patent, las patentes registradas en la base de datos “esp@cenet worldwide”.

El periodo abarcado ha sido los últimos cuatro años (2008 – 2011).

Las estrategias de búsqueda empleadas para la obtención de la información se detallan a continuación:

Quenching and Partitioning (Q&P)

Estrategia de búsqueda: quench* and partitio*(AB)

Resultados obtenidos: 20 Familias / 27 Patentes / 36 solicitantes / 69 Inventores

Austempering

Estrategia de búsqueda: austemper*(AB)

Resultados obtenidos: 48 familias / 76 patentes / 70 solicitantes / 141 Inventores

Martempering

Estrategia de búsqueda: c21d1/22(IPC)

Resultados obtenidos: 18 Familias - 35 Patentes / 18 solicitantes / 30 Inventors

Tratamientos criogénicos

Estrategia de búsqueda: c21d6/04(IPC)


Calentamiento por inducción

Estrategia de búsqueda: (c21d1/10 or c21d1/42)(IPC);

Resultados obtenidos: 908 Familias - 1147 Patentes / 662 solicitantes / 1744 Inventors

Calentamiento por microondas

Estrategia de búsqueda: microwave* and heat* and treat*(AB) and (b22f* or b32b* or b82b* or b82y*or c01f* or c03c* or c04b* or c09k*or c21* or c22* or c23c* or c30b* or f27b* or f27d*)(IPC)


PVD (Physical Vapor Deposition) por evaporación (sputtering) dc

Estrategia de búsqueda: c23c14/38(IPC)

Resultados obtenidos: 71 Familias / 77 Patentes / 74 solicitantes /225 Inventores


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PVD (Physical Vapor Deposition) por evaporación (sputtering) con radio frecuencia

Estrategia de búsqueda: (c23c14/40 or c23c14/44)(IPC);


PVD (Physical Vapor Deposition) por bombardeo iónico (ion plating)

Estrategia de búsqueda: C23C14/48(IPC)

Resultados obtenidos: 408 Familias / 458 Patents / 343 solicitantes / 969 Inventores

Tecnologías láser

Estrategia de búsqueda: laser*(AB) and c23*(IPC)


Tratamientos sol-gel

Estrategia de búsqueda: ("sol gel" or solgel)(AB) and c23*(IPC)

Resultados obtenidos: 141 Families / 171 Patents / 226 solicitantes / 460 Inventores;

Tratamientos por plasma

Estrategia de búsqueda: plasma*(AB) and (c23c4* or c23c16/513)(IPC)

Resultados obtenidos: 676 Familias / 822 Patentes / 603 solicitantes / 1992 Inventors

Nanotecnología

Estrategia de búsqueda: (nanostructured or nanopowder* or nanoparticle* or nanozeolite* or nanodepot* or nanolayer*)(AB) and c23*(IPC);

Resultados obtenidos: 353 Familias / 470 Patentes / 641 solicitantes /1242 Inventores

Hidroconformado

Estrategia de búsqueda: b21d26/02*(IPC);


Conformado de chapa sin matriz (ISF, Incremental Sheet Forming)

Estrategia de búsqueda: ("free die*" or "non mold*" or "non mould*" or dieless or "without mold*" or "die less" or "without mould")(AB) and (b21* or b22* or b23*) (IPC);


Conformado electromagnético (EMF, Electromagnetic Forming)


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Estrategia de búsqueda: electromag* and (form* or stamp*)(AB) and (b21b* or b21c* or b21d* or b21f* or b21g* or b21h*)(IPC);


Conformado por laminación o perfilado (Roll Forming)

Estrategia de búsqueda: b21d13/04(IPC) and (b21d01/05 or b21d17/04 or b21d51/32 or b21h3/00)(IPC);


Conformado por láser

Estrategia de búsqueda: laser*(AB) and b21*(IPC);

Resultados obtenidos: 311 Familias / 351 Patentes / 324 solicitudes / 845 Inventores

Tailored Blanks (TBs)

Estrategia de búsqueda: tailor* and blank*(AB);

Resultados obtenidos: 52 Families / 70 Patentes / 77 solicitantes / 175 Inventores

Tecnologías de plasma

Estrategia de búsqueda: plasma torch* (AB) and b22d* (IPC);

Resultados obtenidos: 117 Patentes/ 100 solicitantes/ 315 inventores

Rheocasting

Estrategia de búsqueda: rheocast* (AB);


Thixoforming

Estrategia de búsqueda: thixoform* (AB) and b22d* (IPC);


Belt Casting Technology

Estrategia de búsqueda: belt casting techno* and steel (AB) and b22d* (IPC);


Squeeze casting

Estrategia de búsqueda: squeeze cast* (AB) and composite*;



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Tecnologías servo-drive para forja

Estrategia de búsqueda: servo press and forging* (AB) and b21* or b30* (IPC)


Rapid tooling para forja

Estrategia de búsqueda: rapid tool* and forging (AB) and b21* or b23* (IPC);


Micromecanizado láser

Estrategia de búsqueda: laser machining (AB) and b23* (IPC);


Mecanizado rotatorio por ultrasonidos (RUM)

Estrategia de búsqueda: rotary ultrasonic machin* (AB) and b23 (IPC)


Mecanizado electroquímico

Estrategia de búsqueda: electrochemical machining (AB) and b23* (IPC)


Abreviaturas utilizadas:

(AB): Abstract o resumen

(IPC): Clasificación Internacional de Patentes

8.5. Fuentes consultadas

1.- 13th CIRP Conference on modeling of machining operations 2011

2.- 20th International Forging Congress 2011

3.- 3rd International Round Table on Thermal Plasmas for Industrial Applications 2011

4.- 6th International Conference on Precision machining 2011

5.- 7º Programa Marco de la Unión Europea

6.- 7th European Continuous Casting Conference 2011

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Informe sobre tecnologías Emergentes en el Sector del Metal