La revolución de la impresión 3D
La impresión 3D industrial está en un punto de inflexión, a punto de generalizarse a lo grande. La mayoría de los ejecutivos y muchos ingenieros no se dan cuenta, pero esta tecnología ha ido mucho más allá de la creación de prototipos, herramientas rápidas, baratijas y juguetes. La «fabricación aditiva» está creando productos duraderos y seguros para su venta a clientes reales en cantidades de moderadas a grandes.
Los inicios de la revolución aparecen en una encuesta realizada por PwC en 2014 a más de 100 empresas de fabricación. En el momento de la encuesta, el 11% ya había pasado a la producción en volumen de piezas o productos impresos en 3D. Según los analistas de Gartner, una tecnología es «mainstream» cuando alcanza un nivel de adopción del 20%.
Entre las numerosas empresas que utilizan la impresión 3D para aumentar la producción se encuentran GE (motores a reacción, dispositivos médicos y piezas de electrodomésticos), Lockheed Martin y Boeing (sector aeroespacial y de defensa), Aurora Flight Sciences (vehículos aéreos no tripulados), Invisalign (dispositivos dentales), Google (electrónica de consumo) y la empresa holandesa LUXeXcel (lentes para diodos emisores de luz, o LED). Observando estos avances, McKinsey informó recientemente de que la impresión 3D está «preparada para salir de su condición de nicho y convertirse en una alternativa viable a los procesos de fabricación convencionales en un número cada vez mayor de aplicaciones.» En 2014, las ventas de impresoras 3D de uso industrial en Estados Unidos ya representaban un tercio del volumen de ventas de automatización industrial y robótica. Según algunas proyecciones, esa cifra aumentará hasta el 42% en 2020.
Más empresas les seguirán a medida que la gama de materiales imprimibles siga ampliándose. Además de los plásticos básicos y las resinas fotosensibles, entre ellos se encuentran ya la cerámica, el cemento, el vidrio, numerosos metales y aleaciones metálicas y nuevos compuestos termoplásticos con nanotubos y fibras de carbono. La superioridad económica acabará por convencer a los rezagados. Aunque los costes directos de la producción de bienes con estos nuevos métodos y materiales suelen ser más elevados, la mayor flexibilidad que ofrece la fabricación aditiva significa que los costes totales pueden ser sustancialmente más bajos.
Con este cambio revolucionario ya en marcha, los directivos deberían plantearse ahora cuestiones estratégicas a tres niveles:
En primer lugar, los vendedores de productos tangibles deberían preguntarse cómo podrían mejorar sus ofertas, ya sea por ellos mismos o por la competencia. Fabricar un objeto capa por capa, según un «plano» digital descargado en una impresora, permite no sólo una personalización ilimitada, sino también diseños de mayor complejidad.
En segundo lugar, las empresas industriales deben revisar sus operaciones. A medida que la fabricación aditiva crea un sinfín de nuevas opciones sobre cómo, cuándo y dónde se fabrican los productos y las piezas, ¿qué red de activos de la cadena de suministro y qué combinación de procesos antiguos y nuevos será óptima?
En tercer lugar, los líderes deben considerar las implicaciones estratégicas a medida que comienzan a formarse ecosistemas comerciales completos en torno a las nuevas realidades de la impresión 3D. Se ha hablado mucho de la posibilidad de que grandes franjas del sector manufacturero se atomicen en un número incalculable de pequeños «fabricantes». Pero esa visión tiende a ocultar un desarrollo más seguro e importante: Para permitir la integración de las actividades de los diseñadores, los fabricantes y los transportistas de bienes, habrá que crear plataformas digitales. Al principio, estas plataformas permitirán las actividades de diseño a impresión y el intercambio de diseños y su rápida descarga. Pronto orquestarán las operaciones de impresión, el control de calidad, la optimización en tiempo real de las redes de impresión y los intercambios de capacidad, entre otras funciones necesarias. Los proveedores de plataformas más exitosos prosperarán enormemente al establecer normas y proporcionar los entornos en los que un complejo ecosistema pueda coordinar las respuestas a las demandas del mercado. Pero todas las empresas se verán afectadas por el auge de estas plataformas. Habrá muchas luchas entre las empresas ya establecidas y las nuevas para hacerse con una parte del enorme valor que creará esta nueva tecnología.
Estas cuestiones suponen una cantidad considerable de pensamiento estratégico, y aún queda otra: ¿A qué velocidad ocurrirá todo esto? Para un negocio determinado, esto es lo rápido que puede ocurrir: La industria estadounidense de audífonos se convirtió a la fabricación aditiva al 100% en menos de 500 días, según un director general del sector, y no sobrevivió ni una sola empresa que se ciñera a los métodos de fabricación tradicionales. Los directivos tendrán que determinar si es prudente esperar a que esta tecnología en rápida evolución madure antes de realizar ciertas inversiones o si el riesgo de esperar es demasiado grande. Sus respuestas serán diferentes, pero para todos ellos parece seguro decir que el momento de pensar estratégicamente es ahora.
Ventajas de los aditivos
Puede ser difícil imaginar que esta tecnología desplazará a las formas estándar actuales de fabricar cosas en grandes cantidades. Las prensas tradicionales de moldeo por inyección, por ejemplo, pueden escupir miles de widgets por hora. En cambio, quienes han visto las impresoras 3D en acción en el mercado de los aficionados suelen considerar que la acumulación de objetos capa a capa es cómicamente lenta. Pero los recientes avances en la tecnología están cambiando esto drásticamente en los entornos industriales.
Algunos pueden olvidar por qué la fabricación estándar se produce con una velocidad tan impresionante. Esos widgets salen rápidamente porque se han hecho grandes inversiones por adelantado para establecer el complejo conjunto de máquinas-herramienta y equipos necesarios para producirlos. La primera unidad es extremadamente cara de fabricar, pero a medida que se suceden unidades idénticas, su coste marginal cae en picado.
La fabricación aditiva no ofrece nada parecido a esa economía de escala. Sin embargo, evita el inconveniente de la fabricación estándar: la falta de flexibilidad. Como cada unidad se construye de forma independiente, puede modificarse fácilmente para adaptarse a necesidades únicas o, más ampliamente, para acomodar mejoras o cambios en la moda. Además, la puesta en marcha del sistema de producción es mucho más sencilla, ya que implica muchas menos etapas. Por eso la impresión 3D ha sido tan valiosa para producir piezas únicas, como prototipos y repuestos poco frecuentes. Pero la fabricación aditiva tiene cada vez más sentido incluso a mayor escala. Los compradores pueden elegir entre infinitas combinaciones de formas, tamaños y colores, y esta personalización añade poco al coste del fabricante incluso cuando los pedidos alcanzan niveles de producción en masa.
Una gran parte de la ventaja de la fabricación aditiva es que las piezas que antes se moldeaban por separado y luego se ensamblaban ahora pueden producirse como una sola pieza en una sola tirada. Un ejemplo sencillo son las gafas de sol: El proceso 3D permite que la porosidad y la mezcla de plásticos varíen en distintas zonas de la montura. Los auriculares salen blandos y flexibles, mientras que los bordes que sujetan las lentes son duros. No es necesario el montaje.
La impresión de piezas y productos también permite diseñarlos con arquitecturas más complejas, como el alveolado dentro de paneles de acero o geometrías que antes eran demasiado finas para fresar. Las piezas mecánicas complejas -un conjunto de engranajes encapsulados, por ejemplo- pueden fabricarse sin necesidad de montaje. Los métodos aditivos pueden utilizarse para combinar piezas y generar muchos más detalles interiores. Por eso GE Aviation ha pasado a imprimir las toberas de combustible de algunos motores a reacción. Espera producir más de 45.000 unidades del mismo diseño al año, por lo que cabría suponer que los métodos de fabricación convencionales serían más adecuados. Pero la tecnología de impresión permite fabricar en una sola pieza una tobera que antes se ensamblaba con 20 piezas fundidas por separado. GE afirma que esto reducirá el coste de fabricación en un 75%.
Las empresas estadounidenses de audífonos se convirtieron al 100% en impresión 3D en menos de 500 días.
La fabricación aditiva también puede utilizar múltiples chorros de impresora para colocar diferentes materiales simultáneamente. Así, Optomec y otras empresas están desarrollando materiales conductores y métodos para imprimir microbaterías y circuitos electrónicos directamente en las superficies de los dispositivos electrónicos de consumo. Otras aplicaciones son los equipos médicos, los medios de transporte, los componentes aeroespaciales, los dispositivos de medición, las infraestructuras de telecomunicaciones y muchas otras cosas «inteligentes».
El enorme atractivo de limitar el trabajo de ensamblaje está empujando a los equipos de fabricación aditiva a crecer cada vez más. En el extremo actual, el Departamento de Defensa de Estados Unidos, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge se están asociando para desarrollar una capacidad para imprimir la mayor parte de los endo y exoesqueletos de los cazas, incluyendo el cuerpo, las alas, los paneles estructurales internos, el cableado y las antenas incrustadas y, pronto, la estructura central de carga. La llamada fabricación aditiva de gran superficie hace posible la fabricación de este tipo de objetos de gran tamaño utilizando un enorme pórtico con controles informatizados para mover las impresoras a su posición. Cuando se certifique el uso de este proceso, el único ensamblaje necesario será la instalación de módulos electrónicos plug-and-play para los sistemas de navegación, comunicaciones, armamento y contramedidas electrónicas en las bahías creadas durante el proceso de impresión. En Irak y Afganistán, el ejército estadounidense ha utilizado drones de Aurora Flight Sciences, que imprime todo el cuerpo de estos vehículos aéreos no tripulados -algunos con una envergadura de 132 pies- en una sola construcción.
Estrategia tridimensional
Este breve análisis de las ventajas de la fabricación aditiva sugiere la facilidad con la que las empresas adoptarán la tecnología, y los ahorros adicionales en costes de inventario, transporte e instalaciones harán que el argumento sea aún más fuerte. La clara implicación es que los directivos de empresas de todo tipo deberían trabajar para anticipar cómo se adaptarán sus negocios en los tres niveles estratégicos mencionados anteriormente.
Ofertas, rediseñadas.
La estrategia de producto es la respuesta a la pregunta más básica en los negocios, ¿Qué vamos a vender? Las empresas tendrán que imaginar cómo se puede atender mejor a sus clientes en la era de la fabricación aditiva. ¿Qué diseños y características serán ahora posibles que antes no lo eran? ¿Qué aspectos pueden mejorarse porque se han eliminado las restricciones o los retrasos en las entregas?
Por ejemplo, en las industrias aeroespacial y de la automoción, la impresión 3D se utilizará con mayor frecuencia en la búsqueda de mejoras de rendimiento. Anteriormente, la eficiencia del combustible de los aviones de combate y los vehículos podía mejorarse reduciendo su peso, pero esto a menudo los hacía menos sólidos estructuralmente. La nueva tecnología permite a los fabricantes ahuecar una pieza para hacerla más ligera y más eficiente en cuanto a consumo de combustible e incorporar estructuras internas que proporcionan una mayor resistencia a la tracción, durabilidad y resistencia al impacto. Y los nuevos materiales con mayor resistencia al calor y a los productos químicos pueden utilizarse en varios puntos de un producto, según sea necesario.
En otras industrias, el uso de la fabricación aditiva para productos más adaptados y de rápida evolución tendrá ramificaciones en la forma de comercializar las ofertas. ¿Qué ocurre con el concepto de generaciones de productos -y no digamos ya el bombo que se le da a un lanzamiento- cuando las cosas pueden actualizarse continuamente durante las sucesivas impresiones, en lugar de hacerlo en los saltos cuánticos que exigen los mayores costes de las herramientas y los tiempos de preparación de la fabricación convencional? Imagine un futuro cercano en el que la inteligencia artificial basada en la nube aumente la capacidad de la fabricación aditiva para cambiar o añadir productos al instante sin necesidad de reequipar. Los cambios en la estrategia de producto en tiempo real, como la combinación de productos y las decisiones de diseño, serían posibles. Con una adaptación tan rápida, ¿qué nuevas ventajas deberían ser fundamentales para las promesas de las marcas? ¿Y cómo podrían los departamentos de marketing evitar la deriva de la marca sin perder ventas?
Operaciones, reoptimizadas.
La estrategia de operaciones abarca todas las cuestiones de cómo una empresa comprará, fabricará, moverá y venderá bienes. Las respuestas serán muy diferentes con la fabricación aditiva. Una mayor eficiencia operativa es siempre un objetivo, pero puede lograrse de muchas maneras. En la actualidad, la mayoría de las empresas que contemplan el uso de la tecnología realizan un análisis financiero fragmentario de las oportunidades específicas para intercambiar equipos y diseños tridimensionales cuando pueden reducir los costes directos. Los beneficios serán mucho mayores cuando amplíen sus análisis para tener en cuenta el coste total de fabricación y los gastos generales.
¿Cuánto se podría ahorrar eliminando los pasos de montaje? ¿O reduciendo los inventarios mediante la producción sólo en respuesta a la demanda real? ¿O vendiendo de diferentes maneras, por ejemplo, directamente a los consumidores a través de interfaces que les permitan especificar cualquier configuración? En un mundo híbrido de métodos de fabricación antiguos y nuevos, los productores tendrán muchas más opciones; tendrán que decidir qué componentes o productos pasarán a la fabricación aditiva, y en qué orden.
Surgirán cuestiones adicionales en torno a la ubicación de las instalaciones. ¿Cuán cerca deben estar de qué clientes? ¿Cómo pueden entregarse los pedidos altamente personalizados con la misma eficacia con la que se producen? ¿Debe estar la impresión centralizada en las plantas o dispersa en una red de impresoras en los distribuidores, en los minoristas, en los camiones o incluso en las instalaciones de los clientes? Tal vez todo lo anterior. Las respuestas cambiarán en tiempo real, ajustándose a los cambios en las divisas, los costes de la mano de obra, la eficiencia y las capacidades de las impresoras, los costes de los materiales, los costes de la energía y los costes de envío.
Una distancia de viaje más corta para los productos o las piezas no sólo ahorra dinero; también ahorra tiempo. Si alguna vez se ha visto obligado a dejar su vehículo en un taller mientras el mecánico espera una pieza, lo apreciará. BMW y Honda, entre otros fabricantes de automóviles, están avanzando hacia la fabricación aditiva de muchas herramientas industriales y piezas de automóvil de uso final en sus fábricas y concesionarios, especialmente a medida que los nuevos materiales de metal, plástico compuesto y fibra de carbono están disponibles para su uso en impresoras 3D. Los distribuidores de muchos sectores están tomando nota, deseosos de ayudar a sus clientes comerciales a aprovechar las nuevas eficiencias. UPS, por ejemplo, está aprovechando su actual negocio de logística de terceros para convertir sus almacenes de los aeropuertos en minifábricas. La idea es producir y entregar piezas personalizadas a los clientes según sus necesidades, en lugar de dedicar hectáreas de estanterías a vastos inventarios. Si ya vivimos en un mundo de gestión de inventarios «justo a tiempo», ahora vemos cómo las cosas pueden llegar a ser «justo a tiempo». Bienvenidos a la gestión instantánea de inventarios.
De hecho, dadas todas las eficiencias potenciales de la fabricación aditiva altamente integrada, la gestión de los procesos empresariales puede convertirse en la capacidad más importante del momento. Algunas empresas que sobresalen en este ámbito crearán sistemas de coordinación propios para asegurar su ventaja competitiva. Otras adoptarán y ayudarán a dar forma a paquetes estándar creados por grandes empresas de software.
Ecosistemas, reconfigurados.
Por último viene la cuestión de dónde y cómo encaja la empresa en su entorno empresarial más amplio. Aquí los directivos abordan los rompecabezas de ¿Quiénes somos? y ¿Qué necesitamos poseer para ser quienes somos? A medida que la fabricación aditiva permite a las empresas adquirir impresoras que pueden fabricar muchos productos, y a medida que la capacidad ociosa se intercambia con otras que se dedican a ofrecer diferentes productos, las respuestas a estas preguntas serán mucho menos claras. Supongamos que tiene filas de impresoras en sus instalaciones que construyen piezas de automóviles un día, equipos militares al día siguiente y juguetes al siguiente. ¿A qué industria pertenece? Los límites tradicionales se difuminan. Sin embargo, los directivos necesitan tener un fuerte sentido del papel de la empresa en el mundo para tomar decisiones sobre los activos en los que invertirán o de los que se desprenderán.
Aurora Flight Sciences puede imprimir todo el cuerpo de un avión no tripulado en una sola construcción.
Puede que descubran que sus organizaciones están evolucionando hacia algo muy diferente de lo que han sido. A medida que las empresas se liberan de muchos de los requisitos logísticos de la fabricación estándar, tendrán que mirar de nuevo el valor de sus capacidades y otros activos y cómo estos complementan o compiten con las capacidades de otros.
La oportunidad de la plataforma
Una posición en el ecosistema resultará ser la más central y poderosa, y este hecho no pasa desapercibido para los equipos de dirección de los mayores actores que ya están en el negocio de la fabricación aditiva, como eBay, IBM, Autodesk, PTC, Materialise, Stratasys y 3D Systems. Muchos compiten por desarrollar las plataformas sobre las que otras empresas construirán y conectarán. Saben que el papel de proveedor de plataformas es el mayor objetivo estratégico que podrían perseguir y que todavía está muy en juego.
Las plataformas son una característica destacada en los mercados altamente digitalizados del siglo XXI, y la fabricación aditiva no será una excepción. En este caso, los propietarios de las plataformas serán poderosos porque es probable que la producción en sí misma importe menos con el tiempo. Algunas empresas ya están creando «granjas de impresoras» por contrato que convertirán en mercancía la fabricación de productos bajo demanda. Incluso los valiosos diseños de productos imprimibles, al ser puramente digitales y fáciles de compartir, serán difíciles de retener. (En este sentido, los dispositivos de escaneo 3D harán posible la ingeniería inversa de los productos mediante la captura de la información de su diseño geométrico.)
Todos los integrantes del sistema tendrán interés en mantener las plataformas en las que se orquesta dinámicamente la producción, se almacenan y mejoran continuamente los planos, se controlan y compran las materias primas y se reciben los pedidos de los clientes. Los que controlan el ecosistema digital se sentarán en medio de un enorme volumen de transacciones industriales, recogiendo y vendiendo información valiosa. Se dedicarán al arbitraje y dividirán el trabajo entre partes de confianza o lo asignarán internamente cuando sea apropiado. Comerciarán con la capacidad de las impresoras y los diseños en todo el mundo, influyendo en los precios al controlar o redirigir el «flujo de transacciones» de ambos. Al igual que los arbitrajistas de materias primas, financiarán las operaciones o comprarán a bajo precio y venderán a alto precio con la información asimétrica que obtienen al supervisar millones de transacciones.
La responsabilidad de alinear la capacidad dispersa con la creciente demanda del mercado recaerá en un pequeño número de empresas, y para que todo el sistema funcione de forma eficiente, algunas tendrán que dar un paso al frente. Es de esperar que surjan análogos a Google, eBay, Match.com y Amazon como motores de búsqueda, plataformas de intercambio, mercados de marca y buscadores de parejas entre impresores de fabricación aditiva, diseñadores y repositorios de diseños. Tal vez incluso surja el comercio automatizado, junto con mercados para comerciar con derivados o futuros sobre la capacidad y los diseños de las impresoras.
En esencia, pues, los propietarios de los activos de fabricación basados en impresoras competirán con los propietarios de la información por los beneficios generados por el ecosistema. Y en poco tiempo, el poder pasará de los productores a los grandes integradores de sistemas, que establecerán plataformas de marca con estándares comunes para coordinar y apoyar el sistema. Fomentarán la innovación a través del open sourcing y adquiriendo o asociándose con empresas más pequeñas que cumplan con altos estándares de calidad. Es posible que las pequeñas empresas sigan probando nuevos enfoques interesantes en los márgenes, pero necesitaremos grandes organizaciones que supervisen los experimentos y los impulsen para que sean prácticos y escalables.
La historia digital replicada
Al pensar en la revolución que se está produciendo en la fabricación aditiva, es difícil no reflexionar sobre esa gran tecnología transformadora que es Internet. En términos de la historia de esta última, podría ser justo decir que la fabricación aditiva es sólo en 1995. Los niveles de exageración eran altos ese año, pero nadie imaginaba cómo cambiarían el comercio y la vida en la década siguiente, con la llegada del Wi-Fi, los smartphones y la computación en la nube. Pocos previeron el día en que la inteligencia artificial basada en Internet y los sistemas de software podrían dirigir las fábricas -e incluso las infraestructuras urbanas- mejor que las personas.
El futuro de la fabricación aditiva traerá sorpresas similares que podrían parecer estrictamente lógicas en retrospectiva, pero que son difíciles de imaginar hoy. Imagínese cómo las nuevas impresoras de gran capacidad podrían sustituir a los trabajadores altamente cualificados, haciendo que empresas enteras e incluso países basados en la fabricación pasen a producir sin personal. En las «organizaciones de máquinas», los humanos podrían trabajar sólo para dar servicio a las impresoras.
Y ese futuro llegará rápidamente. Una vez que las empresas ponen un dedo en el agua y experimentan las ventajas de una mayor flexibilidad de fabricación, tienden a sumergirse profundamente. A medida que la ciencia de los materiales cree más sustancias imprimibles, más fabricantes y productos les seguirán. Local Motors ha demostrado recientemente que puede imprimir un roadster de buen aspecto, incluidas las ruedas, el chasis, la carrocería, el techo, los asientos interiores y el salpicadero, pero aún no el tren motriz, de abajo a arriba en 48 horas. Cuando entre en producción, el roadster, incluido el tren motriz, tendrá un precio aproximado de 20.000 dólares. A medida que disminuye el coste de los equipos y materiales 3D, las ventajas que siguen teniendo los métodos tradicionales en cuanto a economías de escala se convierten en un factor menor.
Esto es lo que podemos esperar con confianza: En los próximos cinco años dispondremos de sistemas de fabricación aditiva totalmente automatizados, de alta velocidad y en gran cantidad, que resultarán económicos incluso para piezas estandarizadas. Debido a la flexibilidad de estos sistemas, la personalización o la fragmentación en muchas categorías de productos despegará, reduciendo aún más la cuota de mercado de la producción en masa convencional.
Los líderes empresariales inteligentes no están esperando a que se revelen todos los detalles y eventualidades. Pueden ver con suficiente claridad que los desarrollos de la fabricación aditiva cambiarán la forma en que se diseñan, fabrican, compran y entregan los productos. Están dando los primeros pasos en el rediseño de los sistemas de fabricación. Están previendo las reivindicaciones que harán en el ecosistema emergente. Están tomando las numerosas decisiones que supondrán una ventaja en el nuevo mundo de la impresión 3D.