De la subcontratación a la producción interna: fabricación en serie de prótesis de titanio con impresión 3D en metal
La subcontratación puede ser una estrategia efectiva durante las primeras etapas de desarrollo de un producto. Permite validar una aplicación, ingresar al mercado con rapidez y evitar una inversión inicial considerable en infraestructura.
Sin embargo, conforme aumenta la demanda, depender de proveedores externos puede convertirse en una limitante. Los tiempos de entrega, los costos por lote, la disponibilidad de capacidad y la dificultad para realizar modificaciones rápidas comienzan a afectar el crecimiento de la operación.
Este fue el reto que enfrentó Point Designs, una empresa especializada en prótesis funcionales para personas con amputaciones parciales de mano.
Para recuperar el control sobre su producción, la empresa incorporó un sistema de impresión 3D en metal dentro de sus propias instalaciones. La decisión le permitió fabricar en serie componentes protésicos de titanio, reducir sus tiempos de entrega en un 50 % y mantener internamente el control sobre la calidad, el diseño y la propiedad intelectual.
Point Designs: prótesis diseñadas para el uso cotidiano
Point Designs fue fundada en 2016 por investigadores del Biomechatronics Development Laboratory de la Universidad de Colorado.
La empresa desarrolla prótesis de dedo de alta resistencia para personas con pérdida parcial de mano. Sus soluciones combinan ingeniería mecánica, manufactura aditiva y conocimiento clínico para recuperar funciones necesarias en las actividades cotidianas.
A diferencia de una prótesis orientada únicamente a reproducir la apariencia de un dedo, estos dispositivos deben soportar esfuerzos mecánicos repetitivos, mantener un movimiento controlado y ofrecer una experiencia cómoda para el usuario.
Los componentes principales se fabrican en titanio y forman parte tanto de la estructura como del mecanismo funcional de la prótesis.
El reto: aumentar la producción sin perder el control
Durante las primeras etapas de la empresa, Point Designs trabajó con proveedores externos para fabricar los componentes metálicos.
Esta estrategia facilitó su entrada al mercado, pero comenzó a generar restricciones conforme aumentaron la demanda y la necesidad de realizar nuevas iteraciones.
Entre los principales desafíos se encontraban:
Costos elevados para lotes pequeños.
Tiempos de entrega largos y variables.
Dependencia de la disponibilidad de proveedores.
Menor flexibilidad para realizar modificaciones.
Dificultad para probar rápidamente nuevas versiones.
Menor control sobre la calidad del proceso.
Exposición de archivos y diseños propietarios.
Con una demanda anual aproximada de 1,500 componentes de dedo, mantener la producción completamente subcontratada dejó de ser una solución sostenible.
La empresa necesitaba un proceso que combinara flexibilidad, repetibilidad y capacidad de producción, sin incorporar una infraestructura industrial sobredimensionada para sus volúmenes.
Componentes pequeños con altos requerimientos funcionales
Los dedos de titanio son los principales elementos estructurales y funcionales del sistema protésico.
Estos componentes permiten generar la articulación, sostener el mecanismo de bloqueo y resistir las cargas producidas durante el uso diario.
Para cumplir con la aplicación, cada pieza debía ofrecer:
Alta resistencia mecánica.
Bajo peso.
Precisión dimensional.
Movimiento consistente.
Ajuste correcto entre componentes.
Calidad repetible entre lotes.
Durabilidad durante el uso cotidiano.
Cumplir simultáneamente con estas condiciones era uno de los principales motivos para integrar la fabricación dentro de la empresa.
La solución: impresión 3D en metal dentro de la planta
Point Designs incorporó un sistema BASEline de One Click Metal basado en la tecnología de fusión láser de lecho de polvo, conocida como LPBF.
Esta tecnología permitió fabricar los componentes directamente desde los archivos CAD finales, sin depender de la programación y capacidad de producción de un tercero.
En LPBF, un láser fusiona selectivamente capas sucesivas de polvo metálico hasta construir la pieza completa. Este proceso es especialmente útil para fabricar componentes pequeños, complejos y de alto valor, como los utilizados en las prótesis.
La producción interna permitió conectar directamente las etapas de diseño, preparación del archivo, impresión, inspección y ensamble.
Producción en serie con manufactura aditiva
Uno de los aspectos más relevantes de este caso es que la impresión 3D en metal no se utiliza únicamente para fabricar prototipos o piezas experimentales.
Point Designs emplea la tecnología para producir componentes en serie.
Mediante una orientación optimizada de las piezas y un diseño que reduce la necesidad de soportes, la empresa puede fabricar hasta 74 componentes de dedo en una sola plataforma de construcción.
Estas 74 piezas corresponden a 11 ensambles y pueden producirse en aproximadamente 16 horas.
Estos datos muestran cómo la manufactura aditiva puede utilizarse como una tecnología de producción cuando las características de la aplicación son compatibles con el volumen de fabricación y el tamaño de la plataforma.
Datos principales del proceso
Aplicación: componentes estructurales para prótesis de dedo.
Material: titanio.
Tecnología: fusión láser de lecho de polvo.
Producción por construcción: 74 componentes.
Ensambles producidos por construcción: 11.
Tiempo de fabricación: aproximadamente 16 horas.
Demanda anual: alrededor de 1,500 componentes.
Diseño orientado a la producción
La capacidad de imprimir una pieza no garantiza por sí sola que el proceso sea eficiente.
Para utilizar LPBF en producción en serie, Point Designs optimizó la orientación de los componentes y redujo al mínimo las estructuras de soporte.
Esta estrategia tiene un impacto directo en varias etapas del proceso:
Permite aprovechar mejor el área de construcción.
Incrementa la cantidad de piezas por lote.
Reduce el consumo de material en soportes.
Disminuye el tiempo necesario para retirarlos.
Facilita el postprocesado.
Agiliza el ensamble posterior.
En manufactura aditiva, el diseño debe considerar no solamente la función final de la pieza, sino también la forma en que será fabricada.
Esto implica analizar la orientación, la distribución térmica, las superficies críticas, la evacuación del polvo y la accesibilidad para operaciones posteriores.
¿Por qué integrar la impresión 3D en metal internamente?
La decisión de instalar un sistema propio no se basó únicamente en la reducción del costo por pieza.
Point Designs buscaba recuperar el control sobre todo el ciclo de desarrollo y producción.
Reducción de los tiempos de entrega
La fabricación subcontratada requería enviar archivos, solicitar cotizaciones, reservar capacidad y esperar el envío de las piezas.
Al producir internamente, la empresa redujo sus tiempos de entrega en un 50 %, pasando de periodos de varias semanas a ciclos de pocos días.
Esta reducción también beneficia al usuario final, ya que permite completar y entregar las prótesis con mayor rapidez.
Mayor velocidad de iteración
Cuando el equipo identifica una oportunidad de mejora, puede modificar el archivo CAD y preparar una nueva producción sin iniciar nuevamente un proceso de cotización con un proveedor.
Esta capacidad permite evaluar cambios de geometría, ajuste y funcionamiento en ciclos más cortos.
Menor costo de producción
Al eliminar los márgenes, costos logísticos y mínimos de producción de terceros, Point Designs consiguió una reducción significativa en el costo de fabricación.
El beneficio económico debe evaluarse considerando también la inversión en el equipo, el material, el mantenimiento, el personal, el postprocesado y la inspección.
Control de calidad
La fabricación interna permite supervisar directamente los parámetros del proceso, el manejo del material, la trazabilidad y la inspección de las piezas.
Esta visibilidad resulta especialmente importante para componentes que deben funcionar de manera consistente bajo condiciones reales de uso.
Protección de la propiedad intelectual
Mantener los archivos y parámetros dentro de la empresa reduce la necesidad de compartir información sensible con proveedores externos.
Para productos médicos y mecanismos patentados, esta capacidad puede ser una parte importante de la estrategia de innovación.
Una plataforma adecuada al tamaño de la aplicación
Point Designs eligió One Click Metal porque necesitaba un sistema accesible, compacto y compatible con la escala real de su producción.
Entre los factores considerados se encontraban:
Costo de entrada adecuado para una empresa pequeña o mediana.
Huella compacta.
Requerimientos de infraestructura reducidos.
Integración rápida en el espacio disponible.
Plataforma compatible con las dimensiones de los componentes.
Retorno de inversión favorable para piezas pequeñas y de alto valor.
La plataforma de construcción ofrecía el espacio necesario para fabricar varios componentes por lote sin añadir una capacidad que la empresa no requería.
Este punto es importante al seleccionar un sistema de manufactura aditiva: un volumen de construcción mayor no siempre representa una ventaja si incrementa el costo operativo sin mejorar la productividad de la aplicación.
Manufactura aditiva como herramienta de escalamiento
La producción en serie suele asociarse con líneas altamente automatizadas, moldes y grandes volúmenes.
Sin embargo, existen aplicaciones en las que la demanda anual se encuentra en cientos o pocos miles de unidades, y cada componente conserva un alto valor funcional.
En estas condiciones, la manufactura aditiva puede funcionar como una tecnología de escalamiento.
El proceso permite incrementar el número de piezas fabricadas sin desarrollar un herramental específico para cada cambio de producto. También facilita la producción de distintas variantes dentro de una misma operación.
Para Point Designs, esto significa poder responder al crecimiento de la demanda sin perder la flexibilidad que caracterizó sus primeras etapas de desarrollo.
Producción en serie no significa producción masiva
Es importante diferenciar ambos conceptos.
La producción en serie implica fabricar componentes de manera repetida bajo condiciones controladas, con resultados consistentes y un flujo definido.
La producción masiva, en cambio, normalmente involucra volúmenes mucho mayores y procesos altamente especializados para una geometría estable.
LPBF puede ser competitivo en producción en serie cuando se presentan condiciones como:
Piezas pequeñas.
Geometrías complejas.
Alto valor por componente.
Volúmenes bajos o medios.
Variantes frecuentes.
Materiales de alto desempeño.
Necesidad de personalización.
Costos elevados de herramental.
Iteraciones constantes.
En productos estandarizados de millones de unidades, otros procesos pueden ofrecer un costo unitario inferior. Pero en componentes médicos especializados, la manufactura aditiva puede aportar una combinación de flexibilidad y productividad difícil de alcanzar con procesos convencionales.
Del inventario físico al inventario digital
La fabricación interna también permite conservar los productos como archivos digitales.
En lugar de almacenar grandes cantidades de cada componente o variante, la empresa puede producir nuevas unidades conforme aumenta la demanda.
Este enfoque puede reducir:
Inventario inmovilizado.
Riesgo de obsolescencia.
Espacio de almacenamiento.
Dependencia de pedidos mínimos.
Tiempo de reposición.
Para productos que evolucionan constantemente, el inventario digital también permite fabricar siempre la versión más reciente del diseño.
La importancia del control del proceso
Incorporar una impresora 3D en metal no significa que la producción quede automáticamente resuelta.
Para utilizar LPBF de manera repetible es necesario controlar todo el flujo de trabajo:
Diseño del componente.
Preparación del archivo.
Orientación y generación de soportes.
Manejo y trazabilidad del polvo.
Ejecución de la construcción.
Recuperación del material.
Retiro de soportes.
Tratamiento térmico, cuando corresponda.
Acabado superficial.
Inspección dimensional.
Ensamble.
Documentación de calidad.
La estabilidad del producto final depende de la capacidad para controlar cada una de estas etapas.
En una aplicación médica, además, deben atenderse los requerimientos regulatorios y de calidad correspondientes al producto y al mercado donde será utilizado.
¿Cuándo conviene internalizar la producción?
La decisión de incorporar un sistema propio debe basarse en datos técnicos y económicos.
Algunas señales que pueden justificar la evaluación de producción interna son:
El volumen anual ya genera un gasto considerable de subcontratación.
Los tiempos del proveedor limitan la entrega al cliente.
El diseño cambia con frecuencia.
Se fabrican lotes pequeños de piezas de alto valor.
La propiedad intelectual es estratégica.
Los costos logísticos son elevados.
La calidad requiere mayor control.
La aplicación es compatible con el volumen de construcción.
Existe personal para operar y mantener el proceso.
También deben analizarse los costos que asumirá la empresa al internalizar la producción:
Adquisición del sistema.
Instalación.
Capacitación.
Material.
Gases e insumos.
Mantenimiento.
Postprocesado.
Inspección.
Seguridad.
Certificación.
La evaluación debe considerar el costo total de propiedad, no únicamente el precio de la impresora.
Resultados obtenidos por Point Designs
La integración de la impresión 3D en metal generó mejoras en distintas áreas de la operación:
Reducción del 50 % en los tiempos de entrega.
Disminución de los costos asociados con proveedores externos.
Producción de 74 componentes en una construcción de 16 horas.
Mayor velocidad para realizar iteraciones.
Control directo sobre la calidad.
Protección de archivos y propiedad intelectual.
Mayor capacidad para responder a la demanda.
Entrega más rápida de dispositivos protésicos a los pacientes.
Estos beneficios no provienen únicamente del proceso de impresión. Son el resultado de integrar diseño, producción y control de calidad dentro de un mismo flujo.
Conclusión
El caso de Point Designs demuestra que la impresión 3D en metal puede utilizarse como una tecnología de producción en serie para componentes pequeños, complejos y de alto valor.
Al trasladar la fabricación de los dedos protésicos de titanio a sus propias instalaciones, la empresa redujo sus tiempos de entrega, disminuyó su dependencia de proveedores y obtuvo mayor control sobre la calidad y la innovación.
Una sola construcción permite producir 74 componentes en aproximadamente 16 horas, lo que ofrece la capacidad necesaria para atender una demanda anual cercana a las 1,500 piezas.
La manufactura aditiva interna no es la solución adecuada para todas las aplicaciones. Sin embargo, puede generar una ventaja estratégica cuando la subcontratación limita la velocidad de desarrollo, la flexibilidad o la protección del conocimiento.
En Shift 3D ayudamos a las empresas a evaluar la viabilidad técnica y económica de integrar sistemas One Click Metal para producir componentes funcionales dentro de sus propias instalaciones.
Analizamos la aplicación, el volumen requerido, el material, la productividad por construcción y las operaciones de postprocesado para determinar si la producción interna puede generar un beneficio real.
Correo: info@shift3d.mx
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