En el año 2017 la institución financiera holandesa Internationale Nederlanden Groep (ING) publicó un estudio mediante el cual hace proyecciones de crecimiento negativo para el comercio internacional para el 2040 (sin coronavirus). Menciona el estudio que debido a la reconfiguración de las cadenas de suministro por el avance generalizado en el uso de la Manufactura Aditiva (o Impresión 3D), el comercio mundial se reducirá en 22.5% en 2060 pudiendo llegar hasta poco más del 40 por ciento en 2040 si continúa el avance disruptivo de las tecnologías de producción 3D.

Esta reducción del comercio modificará la composición de las cadenas de suministro tradicional haciéndola más elásticas, derivado de procesos de manufactura más cercano al consumidor final, bajo modelos de relocalización en el diseño y fabricación de productos.

El estudio sostiene que para el 2060 el 50% de los bienes manufacturados se producirán localmente mediante la técnica de impresión tridimensional (3D). Con la impresión 3D, los bienes manufacturados utilizarán menos mano de obra, lo que reducirá la necesidad de llevar la producción a países con salarios bajos, teniendo como efecto la relocalización de la producción en los principales centros de consumo.

Definición de Manufactura Aditiva 

La Manufactura Aditiva (MA) se basa en la creación de modelos o prototipos mediante el proceso de unión de materiales, mediante la adición de sucesivas capas de material, una capa sobre otra, diferenciándose de las tecnologías conformativas, como inyección de plástico y/o metales, y sustractivas como el mecanizado o fresado, empleadas en la fabricación tradicional. Se compone de un conjunto de tecnologías que permiten crear un producto, empleándose una alta diversidad de materiales, tanto polímeros como materiales cerámicos, vidrio, metales, hormigón, alimentos y hasta células. El método de MA representa una novedosa técnica que utiliza diversas tecnologías para el diseño industrial y supone el inicio de una nueva revolución industrial (Economía, 2016). La Manufactura Aditiva (MA) o Additive Manufacturing “consiste en manipular material a escala micrométrica y depositarlo de forma precisa para construir un producto sólido”.

La tecnología de impresión 3D ha existido desde hace más de tres décadas, sin embargo, su uso se ha popularizado apenas en los últimos cinco años, principalmente por la inclusión en el uso de nuevos materiales que van desde productos orgánicos, metálicos, cerámicos y polímeros, como ceras, células, tejidos, alimentos, aluminio, titanio, acero inoxidable, grafito, zirconio, ABS, poliamida, policarbonato, entre otros. También ha influido el incremento de la comercialización de impresoras personales más accesibles a las empresas y las personas, lo que hace más común el uso de impresiones acorde a las necesidades de los usuarios. Aunado a ello el surgimiento de sofisticados sistemas de ingeniería y fabricación que han modificado la concepción y el diseño de productos, lo que ha facilitado el empleo de sistemas robotizados, la inspección por visión artificial, el control del avance de la producción en tiempo real, la modelización y recreación virtual de procesos y fábricas enteras con software de simulación (Economía, 2016).

Las tecnologías que hacen funcionar a la Manufactura Aditiva se basan en diversas técnicas de “impresión” como la Estereolitografía, el Modelado por Deposición Fundida (Fused Deposition Modeling – FDM), La Inyección de polipropileno (Polyjet), el Sinterizado Selectivo por Láser (Selective Laser Sintering – SLS), la Digitalización 3D y la Tomografía Computarizada por rayos X, principalmente.

1. Estereolitografía: Esta se refiere a un proceso de fabricación por adición que emplea resina transformada mediante un láser ultravioleta para la construcción de los objetos tridimensionales, mismos que son obtenidos mediante la adición de finas capas, impresas una encima de otra. La resina líquida se solidifica mediante la exposición al láser de luz ultravioleta, quedando así la capa recién solidificada unida a la capa previa que existía debajo suya. Las resinas que comúnmente se utilizan como materiales son: Resina blanca opaca tipo ABS Especial, Resina blanca ABS Especial con infiltraciones y Resinas translúcidas. 
2. Modelado por Deposición Fundida (Fused Deposition Modeling – FDM): Es un proceso de manufactura aditiva que permite la construcción de piezas capa por capa, mediante la deposición de “hilos” termoplásticos extruidos a través de una boquilla. Los materiales que se utilizan para este proceso de fabricación: Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS), Poliácido Láctico (PLA), Policarbonato, Policaprolactona (PCL), Polifenilsulfona (PPSU), Polieterimida (PEI), Ceras, Chocolate y otros alimentos para uso en repostería, y Acetato de polivinilo (PVA), entre otros. 
3. Inyección de polipropileno (Polyjet): Utiliza diminutas gotas de material de construcción mediante un cabezal de impresión con diversas boquillas, semejantes a las empleadas en la inyección de tinta, las que depositan el material de construcción conforme se desplaza a lo largo del área de construcción. Los materiales comúnmente utilizados son fotopolímeros o materiales tipo cera. La impresión basada en tecnología Polyjet 3D, combina la tecnología Inkjet y el uso de fotopolímeros, a través de la cual dos materiales se solidifican al contacto con luz ultravioleta. Más de 120 tipos de materiales pueden usarse bajo esta tecnología Polyjet 3D, además que permite combinarlos simultáneamente. El resultado es un prototipo con un alto desempeño en términos de resistencia a la temperatura, compatibilidad, rigidez, flexibilidad, y variedad de colores. 
4. Sinterizado Selectivo por Láser (Selective Laser Sintering SLS): Es una técnica basada en la solidificación capa por capa de materiales en polvo (metales, cerámicos, plásticos) por medio de un haz de láser. Está técnica posibilita la fabricación de productos utilizando materiales en forma de polvo, a menudo de sustancias plásticas como Nylon, Polímeros de estireno o incluso metales como acero, titanio, aleaciones y/o compuestos. La tecnología SLS facilita la fabricación de piezas de geometría compleja, transitando de un método de prototipado rápido a la fabricación de bajos volúmenes productos finales.
5. Digitalización 3D de objetos: Es un proceso mediante el cual son adquiridas las características morfológicas superficiales de un elemento, para ser llevadas a un ambiente virtual 3D donde pueden ser documentadas, dimensionadas, modificadas y transferidas a diversos formatos digitales. El proceso consiste en combinar técnicas ópticas y computacionales con la finalidad de adquirir la información de una o varias superficies.
6. Tomografía Computarizada por rayos X: Nace de la tomografía médica y permite observar la diferencia de densidad entre materiales. La tomografía computacional aprovecha la diferencia de densidades observada en diferentes secciones de un objeto para generar una reconstrucción tridimensional de las características morfológicas internas y externas (Economía, 2016).

Aplicaciones de la Manufactura Aditiva 

El creciente interés por emplear procesos de fabricación de manufactura aditiva se debe a la necesidad de fabricar piezas u objetos únicos basados en modelos geométricos de gran complejidad, diseños personalizados con un mínimo de desperdicio, alta personalización, rapidez y flexibilidad con altos ahorros de energía. 

Los sectores en los que más se emplean las tecnologías de Manufactura Aditiva son en la fabricación de vehículos y autopartes automotores, dispositivos y componentes para la industria aeroespacial, dispositivos médicos/dentales, respiradores, caretas, cubre bocas, joyas y productos de consumo, y también se utiliza ampliamente en artes creativas, e industrias con un gran potencial en la industria manufacturera en general y en nuevos sectores económicos como por ejemplo el de los videojuegos.

En el sector automotriz la MA se emplea principalmente para el modelado de vehículos y partes, reduciendo el tiempo y costos de innovación, investigación y desarrollo tecnológico para la producción, así como en la aplicación de técnicas de impresión para la fabricación de productos y moldes. A través de sistemas robóticos, se puede realizar el escaneo digital de objetos para desarrollar réplicas exactas de partes y componentes que ya no se fabrican, que son obsoletos o están en desuso (por ejemplo, para automóviles antiguos).

En el sector de la aeronáutica la MA juega un rol de mucha importancia para la fabricación de diversos componentes como partes ligeras que son incorporadas en aviones de combate debido a sus características de peso, ligereza y funcionalidad que la manufactura tradicional no puede ofrecer. En aviones comerciales, la MA participa en el diseño de herramientas que utilizan maquetas digitales y tecnología electrónica para producir diversos componentes tanto para aviones como para satélites fabricados empleando polvo de titanio con un costo inferior al mecanizado. Otro uso de la MA se puede ver en la manufactura de componentes de turborreactores para aviones comerciales.

En electrónica, las tecnologías de impresión 3D han permitido desarrollar prototipos de mesas de circuitos y tableros flexibles, de una forma más asequible y fácil que la fabricación tradicional. Diseño, desarrollo y producción de componentes electrónicos como resistores, conductores, inductores, antenas, microsupercondensadores y micro baterías y algunos otros más.

En el Sector Salud se fabrican mediante MA prótesis dentales personalizadas mediante el uso de escáneres intraorales digitales para el uso de nuevos materiales, se desarrollan prótesis auditivas o prótesis a bajo costo para extremidades amputadas (Inferiores y superiores), así como la fabricación de lentes y gafas. Con la pandemia del Covid-19, la impresión 3D tuvo la oportunidad de demostrar su funcionalidad mediante la producción de dispositivos médicos para hospitales, como protectores faciales o ventiladores, así como hisopos para las pruebas de Covid-19, lo que detonó el interés por su uso para los años futuros, y que sin duda acelerará los pronósticos realizados por el estudio de ING.

Otras industrias en las que se ha venido usando la MA es en juguetes como figuras en miniatura de personas, en bisutería, celulares, maquetas de proyectos arquitectónicos, impresora de alimentos procesados, maquetas de diferentes escalas, productos de iluminación, decoración y mobiliario, joyería, calzado y componentes y la lista se amplía cada vez.

Lo que hace atractiva la industria de impresión 3D

La impresión 3D conduce a una mayor flexibilidad de producción y reduce los tiempos de entrega, acerca la producción al centro de consumo, generando una ventaja competitiva frente a la competencia. 

La impresión 3D requiere menos mano de obra que la producción tradicional, y aunque en algunos casos aún sea necesario ensamblar el producto final, esto requiere menos pasos en el proceso. Esto reduce la mano de obra necesaria para el montaje, coordinación de procesos y transporte de productos intermedios. Reducción del consumo de materias primas debido a que no habrá más desperdicio; algunos productos que tradicionalmente deben cortarse, con la MA ya no tienen que hacerlo. Se reducen los costos por errores humanos debido a que hay menos interacción de personas involucradas en la producción. 

Con la disminución de las economías de escala se reducen los costos de inventario, ya que con la MA existen menos incentivos para producir grandes cantidades de productos, lo que conduce a una menor necesidad de almacenamiento de estos. Así mismo, se reducen los costos de transporte debido a que hay menos productos intermedios que desplazar y también porque la impresión 3D acerca la producción al consumidor.

La impresión 3D y el Impacto en los flujos del comercio mundial

Uno de los factores a considerar para que las empresas desagreguen su proceso de producción y establezcan cadenas de valor globales han sido los bajos costos laborales. Con la adopción de la impresión 3D, en las empresas, los costos laborales se vuelven menos importantes a la hora de decidir la ubicación geográfica de la producción de varias partes del producto, puesto que una característica de la producción con impresoras 3D es la mano de obra reducida. 

La relocalización de los procesos de producción a su lugar de origen o en el centro de consumo reduciría significativamente el comercio transfronterizo, tanto de productos intermedios como productos terminados. Por otra parte, la impresión 3D genera menos desperdicio que la manufactura tradicional, por lo que las importaciones de materias primas necesarias disminuirán.

El estudio de ING plantea dos escenarios posibles que reducirán el comercio y reconfigurarán el mapa de los flujos comerciales globales: 

Escenario I. El primer escenario establece que la mitad de los productos fabricados se llevarán a cabo con impresoras 3D para 2060, siempre y cuando las tendencias de crecimiento en inversiones en impresoras 3D continúe como lo ha hecho en los últimos años a una tasa promedio de 29% a diferencia del 9.7% en comparación con el incremento de máquinas tradicionales.

Escenario II. El segundo escenario plantea la posibilidad de que una vez que las empresas conozcan los beneficios que genera la impresión 3D, es posible que se dé un crecimiento acelerado en producción 3D y la inversión en equipo de MA se duplique por periodos de cinco años, entonces la mitad de los productos fabricados en el mundo podría adelantarse 20 años y suceder este fenómeno en el año 2040.

Con la MA, el comercio mundial de bienes en el escenario I será 18% más bajo en 2060 que sin impresión 3D. En el escenario II, el comercio mundial sería un 38% más bajo en 2040, pero para que esto suceda, la producción en masa con impresoras 3D tiene que ser económicamente viable en múltiples industrias, al menos las señaladas arriba).

En cuanto al comercio de servicios, este también sufrirá una afectación importante. Algunos servicios como los portuarios, los servicios de financiamiento del comercio y el transporte (que están estrechamente relacionados con el comercio de productos manufacturados), la caída sería de 6%. Sin embargo, los servicios relacionados con la industria de la impresión 3D tendrían a su vez un incremento de 2.5%, lo que mitigaría la caída a un 3.5% real del total de comercio mundial de servicios.

Junto con la disminución del 18% en el comercio mundial de bienes, más la disminución del comercio de servicios, se llega a la conclusión de que en el escenario I el comercio mundial en 2060 sería un 21.5% menor que en el escenario de referencia. Sin embargo, en el escenario II este el comercio mundial podría ser afectado en un 41.5% para 2040. La pandemia del Covid-19 ha replanteado el uso de la MA y es probable que en 2021 se acelere la inversión en impresoras 3D según expertos que ven un crecimiento en términos de inversiones impulsadas por muchas áreas nuevas y marginales de la fabricación como la industria espacial, que está alcanzando su desarrollo (SpaceX, Boeing, Blue Origin, Virgin, entre otras).

Recientemente y debido al cambio climático y el efecto invernadero, los vehículos eléctricos están recibiendo aceptación generalizada, y la I&D en el sector está fomentando el empleo de MA para muchas de sus partes, desde trenes motrices, hasta todo tipo de autopartes. Por su parte, la industria de la construcción está adoptando MA a un ritmo cada vez más acelerado. Incluso la golpeada (por la pandemia) industria aeroespacial está invirtiendo en MA como un medio para optimizar la producción y reducir sus costos. Otras industrias, como la petroquímica, y el sector energético en general, continúan invirtiendo en MA para cumplir con los Objetivos de Desarrollo Sostenible 2030 de la ONU, sobre medio ambiente y sostenibilidad. Incluso al lidiar con los desafíos inmediatos que presenta la pandemia, muchas empresas de MA continuaron afinando sus procesos, materiales, software y aplicaciones para una producción más sostenible. Esta tendencia seguirá creciendo en los próximos años.

Países más afectados por la Manufactura Aditiva

Como mencionamos los sectores más involucrados en la MA son el automotriz, aeroespacial, eléctrico y el de equipo médico, por consiguiente, los países exportadores de estos se verán afectados por la ampliación de la industria de la manufactura aditiva. 

Los 10 principales fabricantes de automóviles fueron para 2019: China, EE.UU., Japón, India, Alemania, México, Corea del Sur, Brasil, España y Francia. Con la popularización de la MA, la manufactura de muchos de sus componentes será local y dejará de importarse de otros países.

Los principales países exportadores de automóviles como China, EE.UU., Alemania, Japón y Países Bajos se verán afectadas en los flujos comerciales a los principales destinos como EE.UU., Alemania, China, Reino Unido, Canadá, Francia, entre otros.

La restructuración de las cadenas de suministro será más significativa para los principales países exportadores de autopartes. Para 2017 los principales países exportadores de autopartes fueron Alemania, Japón, EE.UU., México y Corea. Con la intensificación de la MA, las armadoras podrían relocalizar sus proveedurías de autopartes a su lugar de origen lo que afectaría a países que basan su producción en la mano de obra con salarios bajos, como Brasil, India y México, que son países con un menor grado de desarrollo de tecnologías sobre Manufactura Aditiva. Es decir, serán los grandes perdedores si no hacen hoy algo para integrarse mejor a las futuras cadenas de suministro. El sector automotriz es solo un ejemplo, pues para los otros sectores, sucederá lo mismo en los próximos años.

Consideraciones finales:

1. Al resumir el efecto sobre el comercio de bienes en sí y el comercio de servicios relacionado con el comercio de bienes, se llega a la conclusión de que el 22.5% del comercio mundial desaparecerá cuando la impresión 3D produzca la mitad de la fabricación en 2060 (o el 41.5% en 2040 en el escenario II).
2. Las prácticas de manufactura aditiva están generando cadenas de valor elásticas, derivado de procesos de manufactura más cercanos al consumidor final, bajo modelos de relocalización en el diseño y fabricación de productos.
3. Como consecuencia del acercamiento de la manufactura a los consumidores, habrá menores requerimientos de transporte de productos finales, modificando los flujos de comercio mundial y los costos logísticos relacionados con el movimiento físico de mercancías. Por consiguiente, tendrá un efecto directo en la reconfiguración de las cadenas de suministro globales.
4. Nuevos modelos de negocios están apareciendo en torno al avance y aplicación de las nuevas tecnologías como el Internet de las cosas (Internet of Things – IoT), Inteligencia Artificial, Big Data, Cloud computing, programas modernos de diseño y de simulación de procesos, impresión 3D, seguridad, la nano y biotecnología o la computación cuántica, entre otras que tendrán una mayor proliferación con repercusiones profundas para empresas de bienes de consumo y de servicios.
5. La reducción de los costos de los equipos de impresoras personales 3D, generados en los últimos años, reduce las barreras de entrada a nuevos competidores para diferentes segmentos de mercado y no solo en los tradicionales.
6. La MA permitirá trabajar bajo pedido, sin desarrollar altos volúmenes de inventarios, lo que incidiría en una cadena de suministro Just in Time más eficiente con reducciones importantes en los costos de inventarios y transporte. 
7. La Manufactura Aditiva privilegia el aprovechamiento total de los materiales utilizados sin desperdicios, versus los rechazos derivados en la deficiencia de productos que generan las técnicas tradicionales, con incidencia directa en ahorros en los costos de producción. 
8. El aprovechamiento total de los materiales (sin desperdicios) utilizados puede generar la formación de una economía sustentable basada en la recuperación de recursos materiales, energéticos y laborales. El aprovechamiento total de los materiales utilizados puede generar la formación de una economía sustentable basada en la recuperación de recursos materiales, energéticos y laborales, cuidando el medio ambiente y los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030.
9. Los países en desarrollo manufactureros como México deben desarrollar ecosistemas de MA para no verse afectados cuando las empresas matrices decidan relocalizar la producción a los centros de consumo, que generalmente son los países industrializados como EE.UU., Unión Europa, Japón y China quienes van a la vanguardia en I&D en manufactura aditiva. 

Algunos países como México a través de sus universidades y centros de desarrollo tecnológico están invirtiendo en laboratorios de investigación como el Laboratorio Nacional de Manufactura Aditiva, Digitalización 3D y Tomografía Computarizada (MADiT) de la UNAM, donde se generan proyectos basados en tecnologías FDM, Polyjet, SLS, DLP, SLA, Digitalización 3D y tomografía computarizada por Rayos X (Economía, 2016). Sobre todo, que estén vinculados con el sector empresarial para divulgar los estudios científicos que se lleven a cabo en las industrias. Con el fin de desarrollar nuevas empresas y habilidades especializados como arquitectos, diseñadores industriales, programadores de sistemas y software, investigadores, instructores en tecnologías de impresión 3D, abogados, especialistas en procesos logísticos, entre otros.