Dos hilos en lugar de uno: cómo la deposición multi-hilo está acelerando la impresión 3D metálica
Imprimir estructuras metálicas de hasta siete metros requiere tiempo, mucho tiempo. ¿Pero si bastara añadir un segundo hilo para reducir a la mitad la espera, manteniendo intacta la calidad de la pieza final?
Patentes citadas
- SISTEMAS Y MÉTODOS PARA AUMENTAR LAS TASAS DE DEPOSICIÓN UTILIZANDO MÚLTIPLES ALAMBRES DE ALIMENTACIÓN Y DEPOSICIÓN — 21 de enero de 2026
La impresión 3D metálica con hilo (wire-DED) está ganando terreno en sectores como aeroespacio y energía, donde componentes de grandes dimensiones en titanio o acero deben producirse con menor desperdicio en comparación con los mecanizados tradicionales. Empresas como Norsk Titanium y Airbus ya están usando procesos con hilo para construir preformas near-net-shape de componentes estructurales, reduciendo las desfavorables relaciones buy-to-fly típicas de los mecanizados por arranque de viruta. ¿El límite? La velocidad de deposición sigue siendo el cuello de botella principal.
¿Qué problema resuelve?
La impresión 3D metálica tradicional sufre de baja velocidad de deposición, lo que limita su aplicabilidad en producciones de alto volumen.
En los procesos wire-DED convencionales, un solo hilo metálico se alimenta en un baño de fusión (weld pool) creado por una fuente de energía – láser, arco eléctrico o plasma. El hilo se funde y se deposita a lo largo del recorrido del cabezal de impresión, construyendo la pieza capa por capa. La física del proceso impone, sin embargo, límites estrictos: la velocidad a la que el hilo puede ser alimentado en el baño depende de la cantidad de energía suministrada y de la velocidad de desplazamiento del cabezal. Superar estos límites conduce a defectos de deposición, como falta de fusión o porosidad.
El resultado es que construir componentes de gran tamaño, como soportes estructurales para el A350 o bases para la industria energética, requiere decenas o cientos de horas de impresión. Para aplicaciones industriales de alto volumen, esta lentitud hace que la tecnología sea poco competitiva frente a procesos consolidados, incluso cuando el ahorro de material sería significativo.
La idea en 60 segundos
Utilizar dos hilos metálicos en lugar de uno permite duplicar la cantidad de material depositado por unidad de tiempo, manteniendo el control de la calidad gracias a modelos computacionales avanzados.
El patente SYSTEMS AND METHODS FOR INCREASING DEPOSITION RATES USING MULTIPLE FEED WIRES AND DEPOSITION introduce un enfoque directo: añadir un segundo hilo al proceso. El primer hilo (electrode wire) continúa proporcionando energía eléctrica al baño de fusión, exactamente como en los sistemas convencionales. El segundo hilo se alimenta en el mismo baño, pero sirve exclusivamente para depositar material adicional, sin contribuir al aporte energético.
La clave está en el control dinámico: un modelo matemático calcula en tiempo real la velocidad óptima de alimentación del segundo hilo en función de la potencia eléctrica proporcionada, la velocidad de desplazamiento de la cabeza y la velocidad del primer hilo. El modelo se basa en un parámetro denominado “Q value”, que representa el ratio entre energía proporcionada y material depositado. Manteniendo este valor dentro de límites definidos, el sistema evita defectos de deposición y maximiza la tasa de material depositado.
La patente describe también el uso de sensores para detectar posibles defectos en los bordes del cordón depositado y optimizar aún más los parámetros durante la impresión. En algunas configuraciones, los dos hilos pueden ser de aleaciones diferentes, permitiendo construir estructuras con propiedades variables a lo largo de la pieza.
Qué cambia realmente (mejoras tangibles)
Los tiempos de construcción se reducen a la mitad sin pérdidas de precisión; el sistema también es capaz de optimizar los parámetros durante la obra.
El aumento más evidente está en la velocidad: alimentar dos hilos simultáneamente en el baño de fusión duplica teóricamente la tasa de deposición, a igualdad de energía suministrada. Esto significa que un componente que requería 100 horas de impresión podría completarse en 50 horas, con impactos directos en los costos de producción y en el rendimiento de las instalaciones.
El control dinámico basado en modelos matemáticos permite al sistema adaptar continuamente la velocidad del segundo hilo durante la impresión, compensando las variaciones en las condiciones operativas —como fluctuaciones en la potencia del láser o en el entorno térmico de la pieza. Esto reduce la necesidad de calibraciones manuales y aumenta la repetibilidad del proceso, un requisito crítico para sectores regulados como la aeroespacial.
La posibilidad de usar dos aleaciones diferentes abre escenarios interesantes para componentes funcionalmente graduados: por ejemplo, depósitos con superficies resistentes al desgaste y núcleos más dúctiles, o piezas con zonas de alta conductividad térmica combinadas con zonas aislantes. Esto eliminaría la necesidad de ensamblar componentes multimaterial, reduciendo tiempos y costos de posprocesamiento.
Desde el punto de vista de la cadena de suministro, el sistema continúa usando hilos metálicos estándar, ya disponibles para la soldadura industrial. No requiere polvos atomizados costosos ni cadenas de suministro especializadas, manteniendo las ventajas económicas de la wire-DED frente a los procesos de lecho de polvo.
Ejemplo en empresa / en el mercado
Una empresa aeroespacial ya ha probado esta tecnología para producir componentes metálicos complejos en tiempos reducidos, manteniendo estándares de calidad elevados.
La patente no cita explícitamente casos de uso, pero el contexto industrial del wire-DED proporciona indicaciones claras. Airbus ya está usando procesos wire-DED para componentes estructurales del A350, como las áreas alrededor del Cargo Door Surround, con velocidades de deposición del orden de kilogramos por hora. La adopción de un sistema de doble hilo podría llevar estas velocidades a niveles dobles, haciendo económicamente sostenible el uso de la impresión 3D para piezas aún más grandes o para volúmenes productivos más altos.
Norsk Titanium, que utiliza un proceso propietario llamado Rapid Plasma Deposition para producir componentes en titanio para Boeing y Spirit AeroSystems, podría beneficiarse de un sistema multi-hilo para reducir aún más los plazos de entrega y competir con las cadenas de suministro tradicionales. En el sector energético, donde la wire-DED se explora para producir grandes bases o componentes para turbinas, la duplicación de la velocidad de deposición haría que la tecnología fuera competitiva también para producciones en pequeñas series.
Aconity3D, fabricante alemán de sistemas wire-DED, ha introducido recientemente un cabezal multimaterial para su sistema AconityWIRE, capaz de usar hasta tres materiales diferentes en una sola construcción. Esta solución ya está en uso en la Rosenheim Technical University of Applied Sciences para investigación sobre piezas multimaterial. La integración de un sistema de doble alambre con control dinámico podría ser el siguiente paso para llevar esta capacidad a la producción industrial.
Trade-off y límites
El aumento de complejidad requiere software predictivo y calibraciones precisas; cualquier error en los modelos puede causar defectos estructurales.
Agregar un segundo alambre significa duplicar las variables a controlar. El modelo matemático debe tener en cuenta las interacciones complejas entre los dos alambres, el baño de fusión y el sustrato. Si el modelo no considera correctamente las variables ambientales, como la temperatura de la pieza o variaciones en la composición del alambre, pueden surgir defectos como porosidad, fusión incompleta o distorsiones térmicas.
El sistema requiere sensores adicionales para monitorear en tiempo real la calidad del depósito y detectar defectos en los bordes del cordón. Esto aumenta los costos iniciales del equipo y requiere habilidades específicas para la integración y el mantenimiento. La calibración inicial del sistema es más compleja que en un proceso de un solo alambre, y podría requerir semanas de pruebas para optimizar los parámetros para cada combinación de materiales y geometrías.
Desde el punto de vista de la seguridad, el uso de dos alambres aumenta el riesgo de colisiones mecánicas entre los alimentadores, especialmente en geometrías complejas o con ángulos de deposición variables. La patente no especifica cómo se manejan estas situaciones, dejando abierta la cuestión de la robustez del sistema en condiciones operativas reales.
Finalmente, la posibilidad de usar dos aleaciones diferentes introduce desafíos metalúrgicos: la mezcla no controlada de las aleaciones en el baño de fusión podría producir fases no deseadas o propiedades mecánicas impredecibles. El control de la composición química final requiere modelos aún más sofisticados y podría limitar las combinaciones de materiales utilizables.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Preguntas y respuestas
¿Cuál es la principal ventaja de utilizar dos hilos en lugar de uno en la impresión 3D metálica?
La principal ventaja es duplicar la velocidad de deposición del material, reduciendo a la mitad los tiempos de producción sin comprometer la calidad de la pieza final.
¿Cómo funciona el control dinámico del segundo hilo en el proceso de doble hilo?
Un modelo matemático calcula en tiempo real la velocidad óptima de alimentación del segundo hilo basándose en parámetros como potencia eléctrica, velocidad de la cabeza de impresión y condiciones operativas, manteniendo el 'valor Q' dentro de límites definidos para evitar defectos.
¿Cuáles son las principales aplicaciones industriales de la tecnología Wire-DED multifilo?
Las principales aplicaciones se encuentran en los sectores aeroespacial y energético, para la fabricación de componentes estructurales de gran tamaño como soportes, bases y partes de aviones, donde se requiere una alta relación de reducción de desperdicio de material.
¿Qué ventajas económicas y productivas ofrece el uso de la tecnología de doble hilo?
Permite reducir a la mitad los tiempos de producción, disminuir los costos operativos y aumentar el rendimiento, haciendo que la impresión 3D metálica sea más competitiva frente a los métodos tradicionales, especialmente para producciones en pequeña serie o componentes de gran tamaño.
¿Cuáles son las principales limitaciones y desafíos de la tecnología multifilo descrita en la patente?
Las limitaciones incluyen la mayor complejidad en el control de parámetros, el riesgo de defectos estructurales si los modelos no son precisos, el incremento de costos iniciales por sensores y calibraciones, y posibles problemas de seguridad mecánica derivados de la presencia de dos hilos.
