Contribución al desarrollo de una metodología de diseño para la fabricación con tecnologías aditivas de piezas con alta variabilidad de demanda

Abstract

This thesis is the result of collaboration between the university (UPC) and the company (Fluidra SA) within the framework of the program of industrial doctorates of the agency AGAUR (Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación) of the Generalitat de Catalunya. Fluidra is a group of companies that are mainly engaged in the manufacture, development, distribution and marketing of equipment for swimming pool, residential and public. The company operates with more than 20.000 references, manufactured in different factories around the world and marketed in more than 170 countries. For references with low demand and global marketing, the associated unit costs are high, hence the need to innovate in the search for new solutions that optimize production and the supply chain costs. Therefore, the project proposal is the use of additive manufacturing to produce these references. The main objective of the thesis is to develop a design and manufacturing methodology that allows engineers to transform the way of producing, from conventional processes to digital manufacturing with additive technologies. There are several technological barriers in additive manufacturing, such as technology, material, design and references, which make digital transformation not easy. Therefore, it is necessary to create a method that can overcome technical and economic barriers in order to transform the production process in a satisfactory way. The company objectives are to decrease the economic-accounting depreciation, caused by the time of stock permanence, reduce or eliminate the risk of obsolescence and reduce the time of delivery of spare parts to give a better service of supply to the customer. In conclusion, it is a contribution of a methodology that can be applied to any organization that need to adopt additive manufacturing systems based on plastics. In addition, a progress of the state of the art of the expert systems applied to additive manufacturing has been achieved, which differs from the others for the following reasons: it focuses on the MJF and PA12, provides suggestions for redesign, manufacturing and postprocessing and assesses the technical and economic feasibility of digital transformation. The result of this study has been finished with the identification of the several technological and material limitations that do not allow the massive introduction of additive manufacturing in the factories.

La presente tesis es el fruto de la colaboración entre la universidad (UPC) y la empresa (Fluidra S.A.) dentro del marco del programa de doctorados industriales de la agencia AGAUR (Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación) de la Generalitat de Catalunya. Fluidra es un grupo de empresas que se dedican principalmente a la fabricación, desarrollo, distribución y comercialización de equipamiento para piscina, residencial y publica. La compañía opera con más de 20.000 referencias, fabricadas en diferentes centros productivos alrededor del mundo y comercializados en más de 170 países. Para los artículos con poca demanda y una comercialización global, los costes unitarios asociados son altos, de ahí la necesidad de innovar en la búsqueda de nuevas soluciones que optimicen los costes de producción y la cadena de suministro de dichos artículos. Por ello, la propuesta es el uso de la fabricación aditiva para la producción de aquellos artículos con baja demanda con el fin de optimizar los costes asociados a la fabricación y el suministro. El objetivo principal de la tesis es realizar una metodología de diseño y fabricación que permita a los ingenieros transformar la manera de producir, de los procesos convencionales a la fabricación digital con tecnologías aditivas. Existen una serie de barreras tecnológicas en la fabricación aditiva, como son la tecnología, el material, el diseño y las referencias, que hacen que la transformación digital no sea trivial. Por ello, es necesario la creación de un método que sea capaz de superar las barreras técnicas y económicas con el objetivo de transformar el proceso de producción de forma satisfactoria. A nivel de organización, los objetivos que se han marcado son decrementar la depreciación económica-contable causada por el tiempo de permanencia en stock de los artículos, reducir o eliminar el riesgo de obsolescencia de las referencias y reducir el tiempo de entrega de recambios para dar un mejor servicio de suministro al cliente. En conclusión, se trata de una contribución metodológica extrapolable a cualquier organización que pretende adoptar los sistemas de fabricación aditiva basados en plásticos en su entramado industrial. Además, se ha conseguido avanzar en el estado del arte con un método, basado en un sistema experto, que se diferencia de los demás por las siguientes razones: se focaliza en el proceso MJF y PA12, proporciona sugerencias de rediseño, fabricación y postprocesos y valora la factibilidad técnica y económica de la transformación digital. Fruto de dicho estudio se han determinado cuales son las limitaciones tecnológicas y de los materiales que no permiten la introducción masiva de la fabricación aditiva en las empresas productivas.