IOIS Gioielli experimenta con nuevas tecnologías en el Digital Innovation Hub di Roma

Además de ser una de las excelencias del Arte Orfebre romano, Fabio Felici, titular de la marca IOIS Gioielli, es también uno de los clientes más fieles de nuestro Digital Innovation Hub.

El encuentro con Fabio y sus maravillosas creaciones tuvo lugar en 2018, gracias a la red CNA Roma, en el Spazio Chirale alla Garbatella.

IOIS Gioielli se distingue por un diseño contemporáneo, nunca banal, pero al mismo tiempo sofisticado y elegante.

Las geometrías de sus colecciones son inconfundibles.

En los días pasados, hemos tenido el placer de acoger nuevamente a IOIS Gioielli en nuestro laboratorio de Ostiense para presentar las últimas tecnologías recién instaladas y evaluar la posibilidad de poner a punto un proceso para la producción de una nueva creación suya.

Se trata de un servicio que forma parte de nuestra oferta hacia las empresas artesanas y manufactureras y que actualmente compromete un porcentaje significativo de nuestra estructura.

Al no poder anticipar nada sobre este último proyecto, en este artículo queremos contaros el primer interesante episodio de colaboración entre nosotros e IOIS Gioielli, que permitió poner a punto un proceso de fabricación digital no habitual en las aplicaciones de orfebrería.

¿Cómo se aplica la fabricación digital en el arte orfebre y en qué consiste el elemento de originalidad puesto a punto a raíz de este proyecto? Estamos a punto de contároslo.

En aquella época, Fabio Felici, como muchos de sus colegas, estaba planteándose el paso a la tecnología digital para la producción de sus joyas.

El sector orfebre, de hecho, es uno de aquellos ámbitos en los que la impresión 3D ha sustituido al proceso tradicional aportando ventajas inmediatas y fácilmente medibles.

La técnica tradicional para la realización de objetos de metal precioso es la denominada de la “cera perdida”. Según este proceso, el artesano modela su creación utilizando la cera. El modelado puede realizarse mediante operaciones de escultura de un bloque de cera, pero también mediante el ensamblaje de pequeños objetos de cera ya modelados, como por ejemplo pequeñas flores, hojas, anillitos, etc.

Una vez que la joya ha sido modelada en cera, se realiza un molde de arcilla o yeso, que contiene en su interior el objeto de cera y está dotado de “canales de alimentación”. Los canales se realizan conectando cilindros de cera directamente al objeto esculpido; el molde se realiza colocando el objeto al que se han fijado los cilindros que servirán para crear los canales dentro de un contenedor y vertiendo en su interior el yeso líquido o la arcilla.

Una vez solidificados el yeso o la arcilla, el molde se coloca en el horno de fusión y a través de los canales se introduce a presión el metal precioso fundido.

La cera se funde y se derrama a través de los canales preparados para su salida, y la parte hueca del molde se llena con el metal fundido que toma el lugar de la cera.

Se deja enfriar todo y posteriormente se rompe el molde para extraer el objeto de metal fundido. En el punto donde estaban los canales se encontrarán pequeños cilindros de metal precioso que el artesano retirará con cizallas.

El objeto tendrá un aspecto muy rudo. Mediante operaciones de bruñido y pulido, la joya adquirirá su forma final gracias al sabio trabajo de acabado que llevará a cabo el artesano con sus instrumentos.

El uso de la impresión 3D permite hacer evolucionar este proceso sustituyendo los pasos de modelado y escultura del objeto en cera con la fabricación digital del objeto en material plástico.

En lugar de esculpir el objeto en cera, el artesano modela su creación utilizando un software CAD. Una vez realizado el modelo 3D de la creación, el archivo digital se envía a una impresora 3D y luego se fabrica.

La tecnología de impresión 3D habitualmente utilizada en este sector es la estereolitografía. El material de fabricación es por tanto un fotopolímero, es decir, un material constituido por moléculas de cadena repetitiva, denominadas polímeros, que se sintetiza a partir de una resina fluida mediante el aporte de radiación luminosa, generalmente en el campo del ultravioleta. Este tipo de materiales entra en la categoría que vulgarmente llamamos “plásticos”.

Para las aplicaciones en joyería se utilizan fotopolímeros que tienen características muy similares a la cera, por lo que el objeto impreso en 3D podrá utilizarse en el proceso en lugar del objeto en cera. Los canales de alimentación pueden realizarse directamente en el modelo 3D y, por tanto, imprimirse como parte del objeto, o pueden ser añadidos en cera por el artesano antes de efectuar el vertido del molde.

¿Cuál es la ventaja de la impresión 3D respecto al proceso manual que utiliza la cera?

La respuesta es que hay una serie de ventajas, que hacen que dicho proceso sea mucho más eficaz y capaz de hacer al artesano más competitivo.

Veámoslas por orden.

Ante todo, el modelado es digital. Aunque la imagen del artesano escultor parezca asociarse más al arte, el modelado 3D efectuado con la ayuda de un software CAD es un proceso igualmente difícil y artesanal, pero que es capaz de generar formas y geometrías imposibles de realizar con técnicas de modelado manual y escultura. Piénsese en geometrías complejas, de tipo orgánico o voronoi.

Además, la mayor parte de los jóvenes diseñadores procede de las Academias de Arte donde ya se enseña el uso de las herramientas digitales.

Los nuevos software de modelado digital amplían enormemente las posibilidades creativas. Un diseñador que domina estas herramientas podrá realizar formas y geometrías inimaginables para un escultor tradicional.

La segunda ventaja viene dada por el hecho de que la impresión 3D es capaz de realizar el objeto con extrema precisión y alta resolución.

Una vez que el polímero ha sido fundido y sustituido por el metal precioso, el objeto bruto aparecerá mucho más rematado respecto al obtenible a partir del modelo en cera, sobre todo en las partes menos accesibles a las herramientas de elaboración, con el resultado de que el sucesivo proceso de acabado será más breve y, sobre todo, generará menos virutas de material.

La tercera ventaja es que la impresión 3D es capaz de fabricar formas y geometrías con cualquier grado de fineza y complejidad. Muchos objetos impresos en 3D, sencillamente, no podrían realizarse de otro modo.

La evolución del sector orfebre en los últimos años demuestra que la impresión 3D ha proporcionado ventajas indiscutibles a los artesanos que la han adoptado.

Las empresas orfebres pueden experimentar en nuestros laboratorios las tecnologías de modelado e impresión 3D y verificar su aplicabilidad y ventajas en relación con sus propios procesos productivos, antes de proceder a las inversiones necesarias para adquirir máquinas y competencias para reingenierizar en sentido digital su propia producción.

Pero Fabio Felici no nos había contactado para esto. Ya plenamente convencido de las ventajas del proceso digital, su necesidad iba más allá de la simple experimentación y adopción de la solución ya en uso entre muchos de sus competidores.

El problema planteado por IOIS Gioielli atañía a algunas conocidas desventajas de la tecnología habitualmente usada en su sector, es decir, la estereolitografía de fotopolímeros.

La primera desventaja está representada por el elevado coste de las impresoras que utilizan esta tecnología.

La segunda desventaja es la necesidad de proveer al correcto almacenamiento de las resinas usadas como materia prima y al breve periodo de vida de muchos accesorios de la impresora, en particular las cubetas de recogida de la resina y la necesidad de tener que aplicar procedimientos de limpieza y mantenimiento continuos de la máquina y de los accesorios.

La tercera, y más importante, desventaja en el caso de IOIS Gioielli, estaba representada por el hecho de tener que utilizar productos químicos, resinas y disolventes para la limpieza, volátiles y tóxicos, dentro de un pequeño laboratorio abierto al público.

Para obviar a todo esto, la idea de Fabio Felici era la de utilizar la tecnología de impresión 3D FDM, es decir, la más difundida impresión por deposición de filamento, utilizada por millones de hobbistas en todo el mundo.

La impresión 3D FDM está universalmente adoptada en el ámbito industrial puesto que es la única tecnología que permite fabricar con cualquier polímero termoplástico, mientras que la impresión estereolitográfica está limitada únicamente a los fotopolímeros, que son materiales de bajas prestaciones no utilizables en aplicaciones donde las características de resistencia y desgaste son importantes.

La impresión estereolitográfica, en efecto, se utiliza exclusivamente para el prototipado de objetos de diseño, en orfebrería y odontotecnia. En estos tres sectores representa la elección de elección gracias a la mayor resolución de las piezas fabricadas, siendo la calidad del acabado más importante respecto a las características mecánicas.

En el caso de la producción artística de IOIS Gioielli, formas, geometrías y dimensiones juegan con efectos de volumen y movimientos que no necesitan elevadas resoluciones en la realización del objeto. Los productos son fácilmente acabables mediante el bruñido y el trabajo en banco del artesano, y no presentan elementos críticos.

Tras haber examinado sus creaciones, convinimos con Fabio que la impresión STL en resina habría sido efectivamente injustificada a la luz de las desventajas que hemos enumerado antes.

Iniciamos por tanto un proyecto de experimentación para verificar la viabilidad del proceso mediante impresión 3D FDM.

El principal problema que habíamos identificado se refería a las características del material a utilizar.

La plata tiene una temperatura de fusión de unos 962 grados, el oro de unos 1.064 grados. A tales temperaturas la casi totalidad de los polímeros trabajables con una impresora 3D FDM está ya muy por encima del punto de fusión. El problema no viene dado, por tanto, por la posibilidad de fundir el material en lugar de la cera o del fotopolímero usado en la tecnología STL.

El problema nace de las características de viscosidad del material en estado líquido y de los procesos de degeneración que se producen a alta temperatura.

Las “resinas” específicamente realizadas para la orfebrería han sido desarrolladas por los productores de modo de ser “calcinables”, es decir, sujetas a un proceso por el cual a alta temperatura la mayor parte de los compuestos que constituyen las impurezas del material se eliminan por evaporación o sublimación de modo que, tras la fusión, no queden residuos de ceniza que puedan ensuciar o contaminar la joya.

La cera utilizada en el proceso tradicional es un material calcinable.

Cuando se desarrolló la tecnología STL se pusieron a punto también fotopolímeros calcinables.

En el campo de la impresión FDM no ha habido la misma atención.

Llevando a temperaturas superiores a los 500 grados centígrados un filamento normal de impresión 3D se obtiene la cristalización de parte del material y la producción de residuos carbonosos y ceniza abundantes, exactamente lo que no es admisible en la técnica de fusión estilo cera perdida.

En realidad, algunos productores, sobre todo estadounidenses, producen filamentos compuestos a base de cera que se declaran calcinables. Por desgracia, en nuestro caso, entre la escasez de productores, la importación y el coste base del material, la elección de utilizar este tipo de productos no resultó conveniente.

Iniciamos por tanto un proceso de investigación, aprovechando las ventajas ofrecidas por nuestro modelo de open innovation.

Habitualmente las investigaciones sobre la impresión FDM se concentran en las características mecánicas y físicas de los productos finales y en la optimización del proceso de producción.

En particular, en este último ámbito, las investigaciones siempre se han concentrado en garantizar la facilidad y repetibilidad de los procesos de impresión. En este caso los esfuerzos realizados por los productores de filamentos para la impresión 3D han sido notables y orientados a la realización de materiales compuestos que limitaran el fenómeno de la “retracción” y del despegue del plano de impresión durante la fabricación.

La elección de pigmentos de color oportunos y la mezcla con fluidificantes ha permitido la realización de filamentos muy fáciles de imprimir. Entre los problemas resueltos por estos materiales está también la baja producción de residuos para no obstruir los extrusores de las impresoras.

Además, en nuestras investigaciones llevadas a cabo en los albores de la impresión 3D aplicada a la joyería, habíamos tenido el privilegio de trabajar y conocer a algunos entre los más expertos fundidores activos en nuestro territorio, artesanos muy competentes que son una verdadera mina de información respecto a la descripción del proceso físico-químico que tiene lugar dentro del molde durante la sustitución de la cera o resina con el metal precioso fundido.

Reuniendo los conocimientos acumulados en la experimentación de los filamentos de impresión 3D con los conocimientos sobre el proceso de fusión y el análisis de las geometrías de las creaciones de IOIS Gioielli, en poco tiempo llegamos a una solución.

Fabio Felici, hoy, es capaz de realizar sus joyas utilizando un filamento de PLA bastante económico; la experimentación, en efecto, ha permitido identificar una determinada marca comercial, ampliamente disponible en el mercado, y un producto y color específicos, dentro del surtido disponible, que garantiza la máxima calidad de producción en la fase de fusión.

La case history que se acaba de contar es un ejemplo que ilustra de manera clara el servicio de apoyo a las actividades de investigación de las empresas artesanas.

IOIS Gioielli es una de las muchas empresas que se dirige a nuestro Hub cada vez que el mercado ofrece a la empresa la oportunidad de desarrollar un producto innovador.

Los resultados obtenidos a través de estos proyectos se convierten en un patrimonio de conocimientos compartido con todos los actores que participan en el Digital Innovation Hub.