VOCUS suministra componentes certificados para sistemas de escape de aeronaves mediante ingeniería inversa avanzada e impresión 3D.

En la fabricación aeroespacial, la disponibilidad impredecible y las inconsistencias en la calidad de los componentes críticos pueden comprometer tanto la disponibilidad operativa como la seguridad. VOCUS GmbH, con sede en Augsburgo, un innovador proveedor aeroespacial especializado en ingeniería inversa y fabricación aditiva (FA), recibió el encargo de llevar a cabo un proyecto de alto riesgo: rediseñar y certificar una pieza deslizante para el sistema de escape de un avión.

Para lograr un flujo de trabajo de fabricación aditiva totalmente certificable y repetible, VOCUS trabajó en estrecha colaboración con Materialise. Juntos, los socios establecieron una cadena de procesos digitales sin fisuras, desde la preparación de los datos de diseño y la estrategia de construcción hasta la trazabilidad de la producción, formando la columna vertebral para la homologación aeroespacial. La producción de metal se llevó a cabo en un sistema industrial EOS metal, que proporcionó la estabilidad de proceso necesaria para construcciones aeroespaciales repetibles.

La pieza original, tradicionalmente soldada con acero de calidad aeronáutica, adolecía de variabilidad dimensional, zonas de tensión inducidas por la soldadura, ineficiencias operativas causadas por la soldadura manual y una vida útil limitada. La misión era clara: desarrollar un proceso de fabricación predecible, controlado digitalmente y certificable que ofreciera un rendimiento mejorado y cumpliera al mismo tiempo los estrictos requisitos del Certificado de Tipo Suplementario (STC) de la EASA.

Solución

VOCUS adoptó un enfoque en varias etapas que combinaba ingeniería inversa basada en TC, optimización digital, proceso FA , pruebas rigurosas y certificación aeroespacial completa.

Para implementar este enfoque, Materialise prestó su apoyo a VOCUS con su entorno de software probado en el sector aeroespacial. La colaboración garantizó una preparación fiable de la construcción, un manejo estandarizado de los datos y una documentación completa, elementos fundamentales para cumplir con las expectativas de certificación.

1. Ingeniería inversa mediante tomografía computarizada: el uso de tomografía computarizada industrial de alta resolución permitió capturar con gran precisión las geometrías internas y externas, lo que garantizó una base digital exacta para el rediseño.
   
   
2. Reconstrucción y optimización CAD: Basándose en los datos de la tomografía computarizada, los ingenieros recrearon la geometría en CATIA e implementaron mejoras que solo son posibles con FA, tales como:
   - Reducción de los elevadores de tensión y eliminación de las zonas de transición inducidas por la soldadura
   - Optimización de los radios de carga
   - Refuerzo de las zonas sometidas a grandes tensiones
   - Reducción selectiva del peso en las zonas no críticas
   - Estructura homogénea y sin soldaduras para soportar cargas térmicas y mecánicas cíclicas
   
   
3. Validación del prototipo en polímero: se imprimió en 3D un prototipo de polímero para verificar la precisión dimensional y el ajuste, lo que garantizó la fidelidad del CAD antes de pasar a la fabricación en metal.
   
   
4. Producción de metal utilizando EOS NickelAlloy y PBF/LB-M: El modelo final se construyó en un sistema metálico EOS utilizando Materialise Magics para la preparación de la construcción y EOS Build para la integración del sistema. La estabilidad y la repetibilidad de la plataforma EOS fueron fundamentales para lograr un comportamiento constante del baño de fusión y resultados de construcción fiables. Se produjeron seis piezas deslizantes por construcción, junto con cupones de prueba de materiales para su verificación continua.
   
   
5. Postprocesamiento y control de calidad: El flujo de trabajo de postprocesamiento incluyó tratamiento térmico para aliviar tensiones, eliminación de soportes, mecanizado de precisión y granallado con perlas cerámicas. Además, VOCUS introdujo una firma única para cada pieza (lote + número de serie) con el fin de garantizar la trazabilidad completa a lo largo del ciclo de vida del componente. Junto con Materialise, VOCUS estableció una configuración de trazabilidad digital optimizada basada en Streamics. Esta columna vertebral de datos central conecta los parámetros de la máquina, la información sobre los materiales, los registros de posprocesamiento y los resultados de las inspecciones, creando una estructura de documentación unificada lista para la certificación aeroespacial.
   
   
6. Pruebas en tierra y en vuelo: la EASA exigió 10 horas de pruebas en tierra, pero VOCUS completó 20 horas entre Binder Motorenbau y SOLO Aero Engines. Los ciclos de carga incluyeron: arranque en frío, arranque del motor, 5 minutos a plena carga, 3 minutos al ralentí y enfriamiento, y repetición. Las pruebas en vuelo se llevaron a cabo en un avión Arcus de DreamWings, completando 35 horas sin incidentes. En la actualidad, las piezas FA se utilizan de forma operativa en Alemania, Suiza y Australia.
   
   
7. Certificación y lanzamiento en serie: toda la cadena de producción y documentación (ingeniería inversa, FA, posprocesamiento y control de calidad) fue aprobada como parte de un certificado de tipo suplementario (STC) de la EASA. Según la información disponible actualmente, VOCUS es una de las pocas empresas que posee un STC de la EASA para una pieza FA en Inconel y está autorizada a fabricarla y suministrarla para su uso en aeronaves operativas. 

Resultados

A través de este proyecto, VOCUS logró un proceso de producción certificado, conforme a la norma EN 9100/ISO 9001 y aprobado por la EASA STC. Los resultados clave incluyen:

• Mejora significativa de la precisión dimensional y la reproducibilidad.
• Estructura homogénea y sin soldaduras con un comportamiento superior bajo cargas cíclicas.
• Proceso de fabricación predecible y controlado digitalmente.
• Reducción de la dependencia de los procesos de soldadura manual y los accesorios especializados.
• Vida útil prolongada: se estima que es aproximadamente 10 veces más larga que la versión soldada.
• Trazabilidad completa desde el origen hasta el final y protección contra piezas no autorizadas o falsificadas.

La combinación de FA flujos de trabajo digitales permitió a VOCUS ofrecer un componente más seguro, duradero y certificable que su homólogo fabricado de forma convencional. La solidez de la plataforma EOS contribuyó a una alta repetibilidad del proceso y respaldó el esfuerzo de certificación con condiciones de construcción estables y predecibles.

«Incluso las pequeñas empresas pueden implementar tecnologías de fabricación de vanguardia, como la fabricación aditiva, ya sea invirtiendo por su cuenta o colaborando con los socios adecuados, especialmente cuando cuentan con el respaldo de socios tecnológicos experimentados que proporcionan infraestructuras digitales escalables».

Stefan Gorkenant, director de proyectos, VOCUS GmbH

Impacto más amplio

El éxito de este proyecto pone de relieve un cambio más amplio dentro de la fabricación aeroespacial: la fabricación aditiva ya no es un dominio exclusivo de los grandes fabricantes de equipos originales con amplios presupuestos de I+D. Empresas como VOCUS están demostrando que, con la combinación adecuada de experiencia en ingeniería, integración de flujos de trabajo digitales y un control de calidad riguroso, incluso las pequeñas y medianas empresas pueden lograr resultados de calidad aeroespacial.
Gracias a la colaboración con Materialise y al uso de sistemas EOS de calidad industrial, VOCUS ha demostrado cómo las cadenas de procesos con soporte digital pueden acelerar esta transición y poner FA , lista para la certificación, FA de las pymes.

Al aprovechar FA accesible y las vías de certificación estándar del sector, VOCUS no solo suministró un componente crítico del sistema de escape, sino que también sentó un precedente sobre cómo las empresas más pequeñas pueden competir al más alto nivel de precisión en la fabricación. Este enfoque permite a los proveedores regionales modernizar los componentes heredados, prolongar la vida útil de las aeronaves y reforzar la resiliencia de las cadenas de suministro, todo ello manteniendo la rentabilidad y la flexibilidad del diseño.

En última instancia, el proyecto de la pieza deslizante sirve como un caso práctico sobre cómo el acceso democratizado a herramientas de ingeniería avanzadas y la fabricación aditiva pueden abrir nuevas posibilidades de innovación en todo el sector aeroespacial. Demuestra que la excelencia en la fabricación aeronáutica no viene definida por el tamaño de la empresa, sino por la visión, la precisión y el compromiso con la mejora continua.

«Ver cómo VOCUS ha logrado la producción en serie certificada para vuelo demuestra lo potente que puede ser un flujo de trabajo digital estructurado. Juntos, hemos demostrado que la certificación es posible cuando la experiencia en ingeniería y el control de calidad basado en software van de la mano».

Tim Domagala, ingeniero de I+D, Materialise

Acerca de la empresa

VOCUS S.L.