Casi todos los productos que utilizamos a diario, desde teléfonos inteligentes hasta automóviles, tienen sus orígenes en los procesos de fabricación. Estos procesos no sólo determinan la calidad y la eficiencia de la producción de los productos, sino que también impactan directamente el control de costos y la competitividad del mercado para las empresas. En este artículo definiremos los procesos de fabricación, profundizando en sus categorías y diversos métodos. ¡Comencemos ahora a explorar sus amplias implicaciones!
¿Qué es el proceso de fabricación?
Antes de analizar lo que implica un proceso de fabricación, tomemos un momento para observar el panorama general de la fabricación. La fabricación es el proceso de convertir materias primas o componentes en productos terminados mediante el uso de herramientas, maquinaria y mano de obra.
La historia de la fabricación se remonta a tiempos prehistóricos, cuando los seres humanos utilizaron por primera vez herramientas sencillas para cortar, triturar y dar forma a materiales. Con el tiempo, a medida que avanzaron las civilizaciones, también lo hizo la complejidad y sofisticación de las técnicas de fabricación. La Revolución Industrial marcó un punto de inflexión significativo, al introducir la energía de vapor, la mecanización y métodos de producción en masa que revolucionaron la forma en que se fabricaban los bienes. Hoy en día, los procesos de fabricación se han vuelto altamente automatizados e integrados con tecnologías avanzadas como la robótica, el mecanizado por control numérico por computadora (CNC) y el 3D. impresión.
El proceso de fabricación se refiere a los métodos específicos y la secuencia de operaciones dentro de la actividad más amplia de fabricación para producir un producto específico. Incluye múltiples etapas como diseño, selección de materiales, procesamiento, control de calidad y ensamblaje final. Cada etapa es vital para dar forma al rendimiento general y al ciclo de vida de los productos terminados.
Cinco categorías de procesos de fabricación
Según el modo de producción y el tipo de producto terminado producido, los procesos de fabricación se pueden clasificar en varios tipos, cada uno con sus propias características y aplicaciones. Generalmente, existen cinco categorías de procesos de fabricación.
Fabricación de taller de trabajo
La fabricación en taller es un paradigma de producción altamente flexible diseñado para requisitos de gran variedad y bajo volumen. Se especializa en productos únicos y personalizados que a menudo requieren herramientas especializadas y tiempo de configuración. Impulsados por los pedidos de los clientes, los talleres pueden adaptarse rápidamente a diversas demandas de producción. Sin embargo, esta flexibilidad desafía la previsión de patrones de flujo de trabajo, ya que la producción implica operaciones múltiples, complejas y no lineales. A pesar de estas complejidades, la fabricación en taller es ideal para industrias que producen equipos pesados, maquinaria o productos especializados en pequeños lotes o prototipos.
Fabricación discreta
La fabricación discreta implica la producción de productos distintos y contables que a menudo se ensamblan a partir de una variedad de piezas o componentes individuales. Este tipo de fabricación se centra en el ensamblaje de estas piezas individuales en productos terminados. Cada producto, como un automóvil, una computadora o un electrodoméstico, es único y se puede rastrear durante todo el proceso de producción. La fabricación discreta implica operaciones variadas y, a menudo, admite un alto grado de personalización. Se utiliza comúnmente en industrias como la automotriz, la electrónica y el mueble.
Fabricación repetitiva
La fabricación repetitiva se caracteriza por la producción repetida de productos iguales o muy similares durante un período prolongado. Este enfoque enfatiza la producción idéntica y en gran volumen de productos estandarizados a un ritmo rápido. Las líneas de producción dedicadas y las máquinas de ensamblaje automatizadas agilizan el proceso y reducen la necesidad de mano de obra. El control de calidad es primordial para garantizar la coherencia y minimizar los defectos, y los materiales fluyen continuamente a través de una serie de pasos automatizados. Este método es muy eficiente para producir piezas de automóviles, placas de circuitos y procesadores, así como para la producción a gran escala de alimentos y bebidas uniformes, como bebidas embotelladas y alimentos enlatados.
Fabricación por lotes
La fabricación por procesos por lotes es un método de producción en el que los productos se producen en grupos o lotes en lugar de en un flujo continuo. De manera similar a la fabricación discreta y en taller, la fabricación por lotes ajusta su programa de producción en función de los pedidos de los clientes o la demanda del mercado. Cada lote pasa por todo el proceso de producción antes de comenzar el siguiente, lo que permite un alto grado de personalización y flexibilidad entre lotes. Por ejemplo, en la industria farmacéutica se producen diferentes lotes de medicamentos con formulaciones y dosis específicas. Después de cada lote, el equipo se limpia y se prepara para el siguiente lote, que puede ser un medicamento diferente o una variación del anterior.
Fabricación de procesos continuos
Al igual que la fabricación repetitiva, este tipo de proceso de fabricación también mejora la eficiencia y la estandarización de la producción. En la fabricación continua, las materias primas fluyen continuamente hacia un sistema de producción y los productos terminados salen por el otro extremo. Esta producción incesante se utiliza normalmente para líquidos, gases u otras sustancias fluidas, como productos químicos, productos derivados del petróleo y alimentos y bebidas. Por el contrario, la fabricación repetitiva es adecuada para producir productos altamente estandarizados, donde puede haber pausas entre ciclos de producción o lotes.
¿Cuáles son los diferentes métodos de fabricación?
Dentro de cada categoría, existen varios métodos y técnicas que se utilizan para lograr los resultados deseados. En el siguiente pasaje, analizaremos 7 tipos principales de métodos de fabricación y sus subtipos.
1. Fabricación sustractiva
La fabricación sustractiva es un proceso versátil en el que se retira material de un bloque sólido para crear la forma deseada. Es adaptable a una amplia gama de materiales, incluidos metales, plásticos, cerámicas y compuestos. Los procesos modernos de fabricación sustractiva están automatizados mediante tecnología CNC, lo que garantiza herramientas precisas y de alta velocidad para detalles intrincados y superficies lisas. Las empresas de fabricación en talleres y de fabricación discreta utilizan ampliamente procesos sustractivos para la producción de piezas y componentes personalizados.
A continuación se detallan los procesos de fabricación sustractiva comunes:
Torneado: Using a lathe, the workpiece rotates while a cutting tool removes material to create cylindrical parts.
Molienda: A rotating multi-point cutting tool moves across the workpiece to remove material, often to create complex shapes or contours.
Perforación:A rotating drill bit is used to make a hole of circular cross-section into the solid material.
Aburrido: Using a boring tool, an existing hole is enlarged and refined to achieve a precise diameter and improved alignment.
Escariado:Typically performed after drilling or boring, a reamer with multiple cutting edges is used to slightly enlarge and smooth the existing hole, achieving a final precise diameter and high-quality surface finish.
Molienda: An abrasive wheel removes small amounts of material to achieve high-precision surfaces and fine finishes.
Corte por láser:Using a high-powered laser beam to cut through materials. It is precise and can cut complex shapes with a fine surface finish.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM): A non-traditional machining process that uses electrical sparks to erode material from the workpiece, useful for hard or electrically conductive materials.
Corte por chorro de agua: Using a high-pressure jet of water, sometimes mixed with abrasive particles, to cut through materials without generating heat.
2. Unirse
La unión es el proceso de conectar permanente o semipermanentemente dos o más piezas de material para crear un conjunto. Esta técnica se utiliza ampliamente en la fabricación de productos complejos que a menudo no resulta práctico producir directamente. Al producir múltiples componentes más simples y luego unirlos, se pueden reducir los costos de producción de piezas complejas. Además, los procesos de unión permiten reemplazar componentes defectuosos sin desechar todo el producto. Algunos ejemplos de procesos de unión son:
Soldadura: A process that fuses materials by applying heat, pressure, or both, together with the addition of a filler material to form a strong joint upon cooling.
Soldadura:A joining method where a filler metal with a melting point higher than that of soldering but lower than the base materials is melted and flowed into the joint by capillary action.
Soldadura: Similar to brazing, but performed at lower temperatures. A filler metal (solder) is melted and drawn into the joint between closely fitted parts.
Unión adhesiva:A process where an adhesive material is applied between the surfaces to be joined, creating a bond upon curing.
Montaje Mecánico: Connecting components using fasteners such as bolts, nuts, rivets, or screws.
Ajuste de interferencia (ajuste a presión):A method where parts are joined by forcefully pressing them together, creating a tight fit due to the interference between the parts.
Otros:Such as clinching and crimping, which are specialized joining techniques.
3. Formando
El conformado es un proceso de fabricación en el que la forma de un material, normalmente metal, se cambia mediante fuerzas mecánicas sin añadir ni quitar material. Este proceso se basa en la deformación plástica del material, dando como resultado un mínimo desperdicio de material. Los diferentes tipos de procesos de fabricación bajo conformado son:
Forja :A metalworking process where metal is shaped by applying compressive forces. The metal is typically heated to a high temperature to make it more malleable before being hammered, pressed, or rolled into the desired shape. Forging produces strong and durable parts due to the refinement of the grain structure and the elimination of internal voids.
Estampado:Involving sandwiching a flat sheet of metal(either in coil or blank form) between a punch and a die, then applying force via a press to deform the metal into the die's cavity shape. Stamping can be performed in a single stroke or through a series of operations known as progressive stamping. It is widely used in various industries, particularly for high-volume production of components where precision and consistency are critical.
Doblar: Involving deforming a material, typically metal, along a straight axis to create an angular shape or a curve. The process does not remove material but rather changes its geometry by applying force, causing the material to plastically deform and hold the new shape. This can be done using tools and machines like press brakes, roll benders, or hand brakes. In press brakes, for example, the workpiece is clamped between two dies, and a ram applies pressure to the top die, bending the material to the desired angle.
Laminación:A fundamental and cost-effective manufacturing process that involves passing metal stock through one or more pairs of rolls to reduce thickness, ensure uniformity, or impart desired mechanical properties. It can be conducted at room or elevated temperatures (cold rolling or hot rolling), depending on the material and desired properties of the final product. Rolling is commonly used to produce flat sheets, strips, plates, beams, and other structural components.
Extrusión: A versatile and efficient forming process where material is forced through a die to create objects with a fixed cross-sectional profile. The material, which can be metal, plastic, ceramic, or food, is typically heated and then pushed or drawn through the die, taking the shape of the die opening.
4. Fundición
La fundición implica verter metal líquido en la cavidad de un molde para crear un objeto sólido con una forma específica. Una vez que el metal se enfría y solidifica, se retira el molde, dejando al descubierto la pieza fundida. La fundición abarca una amplia variedad de procesos, y entre sus clasificaciones se encuentran las siguientes:
Fundición en arena: Using sand as the mold material to produce castings. It produces castings in sand molds. This is a low-cost method with flexibility in material choices but has lower dimensional accuracy and a coarser surface finish compared to other casting methods, requiring significant finishing work.
Fundición a la cera perdida (fundición a la cera perdida):Using a wax pattern coated with ceramic to create precise and intricate parts. It is known for its excellent surface finish and high dimensional accuracy. However, it has size limitations on parts and is a high-cost process due to its labor-intensive nature.
Fundición centrífuga:Involving pouring molten metal into a rotating mold. The centrifugal force distributes the metal evenly around the mold cavity, resulting in high-quality, dense cylindrical parts with a fine grain structure.
Fundición a presión: Involving forcing molten metal under high pressure into a precision metal mold cavity, where it cools and solidifies into a casting. Known for fast production cycles, it excels in high-volume manufacturing of intricate parts. However, the initial mold cost is substantial, and it's primarily suited for low-melting-point metals like aluminum, zinc, magnesium, and copper.
Fundición en molde permanente (fundición a presión por gravedad): Involving pouring molten metal into a reusable metal mold under gravity, which is then cooled naturally or by using a cooling medium. While it has a slower production speed, this casting method can accommodate a wider range of metals and alloys, including some high-melting-point materials.
Colada Continua: A process where molten metal is continuously poured into a mold, solidified, and then extracted in an ongoing flow. It is highly efficient and is commonly used to produce long metal sections such as beams, rods, and slabs.
Moldura de carcasa: An advanced casting method using resin-coated sand to form a mold shell around a heated pattern, creating precise and complex parts. It is known for its good surface finish and high dimensional accuracy, suitable for gears, valves, and small to medium-sized castings in industries such as automotive, aerospace, and machinery manufacturing.
Existen otros métodos de fundición como la fundición a presión al vacío, la fundición a baja presión, la fundición a espuma perdida, etc. También se emplean en diversas industrias para cumplir con requisitos de producción específicos con sus ventajas únicas.
5. moldeado
El moldeado es similar al proceso de fundición, pero el moldeado se asocia más comúnmente con los plásticos, mientras que la fundición se ocupa principalmente de los metales. En el moldeo, el material fundido se vierte en un molde para solidificarse y adoptar la forma deseada. Aunque la creación de moldes es costosa y requiere mucho tiempo, el proceso es ideal para la producción en masa de piezas con dimensiones precisas y buenos acabados superficiales. La naturaleza reutilizable de los moldes también reduce los costos de producción. Los métodos de moldeo comunes incluyen:
Moldeo por inyección:A highly versatile process for producing plastic parts. It involves injecting molten plastic into a closed mold cavity under high pressure. Once the plastic cools and solidifies, the mold is opened, and the part is ejected. This method offers high production rates, excellent repeatability, and the ability to produce complex shapes with fine details, making it a cost-effective solution for many industries.
Moldeo por compresión: It involves placing a pre-measured amount of molding material into an open mold cavity. The mold is then closed, and pressure is applied to shape and cure the material. This method is suited for materials with low flow characteristics and is ideal for producing high-strength, high-density parts that are large, flat, or moderately curved.
Moldeo por soplado:A process used to create hollow plastic parts by inflating a heated plastic tube (parison) until it fills the mold cavity. It is efficient for high-volume production of hollow plastic parts such as bottles, containers, and pipes, and is relatively low-cost.
Moldeo rotacional:A process used to create hollow plastic products of various sizes and shapes. It involves filling a heated mold with plastic resin and slowly rotating it around two perpendicular axes. The resin melts and coats the interior of the mold, forming a hollow part. This method has low tooling costs and the ability to produce large, complex parts with smooth interior surfaces, thick walls, and minimal assembly requirements. It is particularly suitable for low-volume production runs and custom designs.
Termoformado (conformado por aire caliente o conformado al vacío):A plastic forming process that utilizes heat and pressure to shape a plastic sheet into a desired three-dimensional form. This method offers low tooling costs, quick production cycles, and flexibility in design and material choices. It is commonly used for packaging, disposable cups, trays, lids, and other lightweight plastic products.
6. Fabricación aditiva
La Fabricación Aditiva (AM), comúnmente conocida como impresión 3D, es un proceso que construye objetos agregando material capa por capa, basándose en modelos digitales. AM trabaja con materiales que son moldeables por calor, incluidos metales y ciertos plásticos, lo que permite un alto grado de personalización, geometrías complejas y reducción de desperdicio de material. Los tipos comunes de procesos de fabricación aditiva son los siguientes:
Sinterización selectiva por láser (SLS): Using a laser to fuse powdered material into solid parts, ideal for producing functional prototypes and complex end-use parts. SLS is commonly used in aerospace and automotive industries, utilizing materials like nylon and other thermoplastics.
Procesamiento de luz digital (DLP):Using a digital light projector to cure resin layers in a single flash, speeding up the printing process while maintaining high detail and precision. DLP is ideal for applications requiring fine details and smooth surfaces, such as dental models, jewelry, and detailed miniatures.
Fusión selectiva por láser (SLM): An advanced additive manufacturing process using a high-powered laser to fully melt and fuse metallic powder particles, creating dense and strong metal components. SLM is widely used in aerospace, automotive, and medical industries for high-performance parts made from materials like titanium, aluminum, and stainless steel.
7. Procesos de tratamiento de superficies
Los procesos de tratamiento de superficies implican diversas técnicas aplicadas a la superficie de un material para mejorar sus propiedades, como la apariencia, la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y la adhesión. Estos tratamientos pueden ser mecánicos, químicos o electroquímicos. Los tipos comunes de tratamiento de superficies incluyen granallado, pulido, recubrimiento en polvo, galvanoplastia y anodizado.
Tres tipos de estrategias de fabricación
Según la demanda del cliente y los procesos de producción, existen tres estrategias de fabricación comúnmente utilizadas en la gestión de la cadena de fabricación y suministro:
Fabricación contra stock (MTS)
En el enfoque Make to Stock (MTS), un fabricante produce bienes anticipándose a la demanda futura basándose en datos de ventas anteriores, tendencias del mercado y pronósticos. Los productos se fabrican, ensamblan y almacenan en almacenes antes de recibir los pedidos específicos de los clientes.
Este método permite un cumplimiento rápido de los pedidos de los clientes, ya que los productos ya están disponibles y listos para su envío. Minimiza los plazos de entrega y mejora la satisfacción del cliente al proporcionar disponibilidad inmediata. Sin embargo, también conlleva el riesgo de un exceso de inventario si las predicciones de la demanda son inexactas.
Hacer bajo pedido (MTO)
La estrategia Make to Order (MTO) implica iniciar el proceso de producción solo después de que un cliente realiza un pedido. Los fabricantes mantienen un sistema de producción flexible capaz de adaptarse a pedidos variables, a menudo con tiradas de producción más cortas.
Si bien MTO reduce los costos de inventario y el riesgo de obsolescencia, generalmente resulta en tiempos de entrega más largos ya que la producción comienza desde cero para cada pedido. Este método es ideal para productos con volúmenes de demanda bajos o altos niveles de personalización.
Hacer para ensamblar (MTA)
Make to Assemble (MTA), también conocido como Assemble to Order (ATO), es un enfoque híbrido que combina elementos de MTS y MTO. En este modelo, los fabricantes preproducen y almacenan componentes o subconjuntos que pueden ensamblarse rápidamente en productos finales al recibir los pedidos de los clientes.
Esta estrategia permite la personalización hasta cierto punto manteniendo plazos de entrega más cortos en comparación con el MTO completo. MTA reduce la necesidad de una gran personalización durante el proceso de producción, haciéndolo más eficiente y rentable. También garantiza que solo se fabriquen los componentes necesarios, minimizando el desperdicio y el exceso de existencias. MTA es particularmente adecuado para productos con una combinación de características estándar y personalizables.
Conclusión
En cuanto a los tipos de procesos de fabricación, es evidente que existe una amplia gama de metodologías personalizadas para industrias, productos y objetivos de producción específicos. El debate sobre los métodos de fabricación ha puesto de relieve aspectos clave que pueden ayudarle a lograr eficiencia, rentabilidad y calidad en sus productos. En Chiggo, nos enorgullecemos de nuestra experiencia en mecanizado CNC y fabricación de chapa. Además, ofrecemos servicios de impresión 3D y moldeo por inyección, brindando soluciones integrales adaptadas a sus necesidades. Contáctenos si tiene alguna pregunta.
