El sector del petróleo y el gas opera en uno de los entornos industriales más exigentes del planeta. Históricamente, los largos plazos de entrega de las piezas de recambio tradicionales, las complejas geometrías que requieren los componentes de flujo de alta eficiencia y los estrictos requisitos de certificación han limitado en gran medida la adopción de la impresión 3D. Sin embargo, la fabricación aditiva por arco con hilo (WAAM) robotizada y otros procesos maduros de fabricación aditiva de metales están cambiando rápidamente ese panorama.
Esta guía analiza qué se puede imprimir en 3D para el sector del petróleo y el gas, los materiales aplicables y las certificaciones esenciales, en qué aspectos la fabricación aditiva supera a los métodos tradicionales y cómo están utilizando esta tecnología los operadores en la actualidad. MX3D desempeña un papel fundamental en la fabricación aditiva metálica para aplicaciones energéticas, ya que nuestros sistemas suministran activamente componentes certificados y de alta resistencia para ecosistemas energéticos exigentes, incluidos proyectos nucleares emblemáticos con Framatome y EDF.
Por qué el sector del petróleo y el gas está adoptando la fabricación aditiva
Los argumentos a favor de la adopción de la fabricación aditiva en este sector se basan en tres factores principales:
Plazo de entrega: La fundición y forja tradicionales para piezas de repuesto heredadas pueden tardar entre 6 y 18 meses. Por el contrario, la tecnología WAAM robotizada puede producir piezas estructurales equivalentes en cuestión de días o semanas. Para conocer más a fondo la tecnología subyacente, consulte nuestra Guía de WAAM.
Coste de inventario: Los operadores se ven a menudo obligados a mantener enormes y costosos inventarios de piezas de repuesto de baja frecuencia para reducir el tiempo de inactividad. La fabricación aditiva bajo demanda permite crear inventarios digitales, lo que elimina la necesidad de contar con grandes almacenes de piezas físicas sin usar.
Geometría: Las trayectorias modernas de flujo de fluidos y los componentes con topología optimizada son cada vez más difíciles, o físicamente imposibles, de fabricar utilizando métodos de fundición tradicionales.
Componentes para el sector del petróleo y el gas que se pueden imprimir en 3D
Se puede imprimir en 3D una amplia gama de componentes para el sector del petróleo y el gas, sobre todo aquellos que requieren materiales especializados a gran escala o geometrías internas complejas. Entre las aplicaciones más habituales se incluyen válvulas y colectores de gran tamaño, impulsores, accesorios estructurales submarinos, componentes de recipientes a presión y piezas de repuesto para equipos antiguos que no requieren utillaje.
| Categoría de componentes | Proceso habitual | Por qué AM es la opción ideal |
| Válvulas y colectores de gran tamaño | WAAM | Tamaño, geometría interna, plazo de entrega |
| Impulsores y componentes de turbinas | WAAM, PBF | Optimización topológica, aleaciones especiales |
| Accesorios estructurales submarinos | WAAM | Tamaño, aleaciones certificadas |
| Componentes de recipientes a presión | WAAM | Dimensiones, conformidad con la norma ASME |
| Intercambiadores de calor | PBF, BJT | Canales internos complejos |
| Herramientas de fondo de pozo | PBF, WAAM | Aleaciones resistentes al desgaste, geometría |
| Piezas de repuesto para equipos antiguos | WAAM | Reproducción sin necesidad de utillaje |
| Manguitos y abrazaderas para la reparación de tuberías | WAAM, pulverización en frío | Fabricación in situ o rápida |
Válvulas y colectores de gran tamaño
Estos componentes son fundamentales para el control del flujo y, a menudo, requieren un espacio físico considerable y conductos internos complejos. La tecnología WAAM resulta especialmente adecuada para su impresión gracias a su amplio volumen de construcción y a sus elevadas velocidades de deposición.
Impulsores y componentes de turbinas
Los componentes rotativos se benefician enormemente de la optimización topológica para maximizar la dinámica de fluidos. Tanto la tecnología WAAM (para piezas a gran escala) como la fusión en lecho de polvo (PBF) (para detalles complejos) permiten a los ingenieros utilizar aleaciones avanzadas de alto rendimiento.
Accesorios estructurales submarinos
El funcionamiento en condiciones de presión extrema y corrosión exige el uso de materiales resistentes. En este caso se recurre a la tecnología WAAM, ya que permite procesar aleaciones certificadas de grado marino a la gran escala que requiere la arquitectura submarina.
Componentes de recipientes a presión
La fabricación de componentes a presión de paredes gruesas suele requerir un extenso proceso de forjado. WAAM ofrece una alternativa más rápida que puede cumplir con los estrictos códigos ASME para calderas y recipientes a presión.
Intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor requieren grandes superficies y microcanales internos complejos para maximizar la transferencia térmica. La impresión por acumulación de polvo (PBF) y la impresión por inyección de aglutinante (BJT) son los métodos preferidos en este caso por su alta resolución.
Herramientas de fondo de pozo
Las herramientas utilizadas en la perforación y la terminación de pozos están sometidas a un desgaste extremo. La fabricación aditiva permite la deposición precisa de aleaciones resistentes al desgaste y la creación de geometrías especializadas adaptadas a entornos específicos del fondo del pozo.
Piezas de repuesto para equipos antiguos
Cuando los moldes o las herramientas originales ya no existen, recurrir a la ingeniería inversa e imprimir en 3D una pieza de recambio mediante WAAM resulta mucho más rápido y económico que reequipar una fundición tradicional.
Manguitos y abrazaderas para la reparación de tuberías
Una respuesta rápida es fundamental para la integridad de las tuberías. Procesos como el WAAM y la pulverización en frío permiten fabricar de forma rápida y bajo demanda manguitos de reparación a medida para solucionar defectos específicos.
Materiales para la fabricación aditiva en el sector del petróleo y el gas
| Material | Uso habitual | Proceso | Certificaciones |
| Acero inoxidable superdúplex (2507) | Subaquático, servicio en condiciones ácidas | WAAM | NORSOK, NACE MR0175 |
| Acero inoxidable dúplex (2205) | Colectores, tuberías | WAAM | NORSOK |
| Inconel 625 / 718 / 825 | Altas temperaturas, corrosivo | WAAM, PBF | API, ASME |
| Acero al carbono y acero de baja aleación | Estructural, no crítico | WAAM | ASME, EN |
| Acero inoxidable 316L | Manejo general de fluidos | WAAM, PBF | ASME, NORSOK |
| Aleaciones de titanio | Sistemas submarinos en los que el peso es un factor crítico | PBF, WAAM | ASTM F2924 |
El acero inoxidable superdúplex, como el de grado 2507, es un material estrella de WAAM en el sector del petróleo y el gas. Ofrece una resistencia excepcional, así como una gran resistencia a la corrosión por picaduras y en hendiduras, lo que lo convierte en una opción imprescindible para muchos entornos submarinos y de servicio ácido exigentes. Puede consultar las propiedades específicas del material en nuestra Super Duplex para WAAM y materiales de WAAM .
Certificaciones y normas para piezas impresas en 3D para el sector del petróleo y el gas
La certificación es el principal obstáculo para entrar en el sector del petróleo y el gas. Para que los componentes puedan utilizarse, deben cumplir unas normas industriales rigurosas y establecidas.
API 6A y API 17D: Abarca componentes de boca de pozo y submarinos.
ASME BPVC Sección IX y ASME B31.3: Normas que regulan los recipientes a presión y las tuberías de proceso.
NORSOK M-650 y M-630: Las normas noruegas fundamentales para el sector offshore.
DNV-OS-F101 y DNV-RP-A203: Normas para tuberías y cualificación específica de la fabricación aditiva.
NACE MR0175 / ISO 15156: Requisitos para los materiales utilizados en entornos con sulfuro de hidrógeno (servicio ácido).
MX3D apoya activamente los procesos de certificación y cuenta con la homologación de tipo de Lloyd’s Register para el WAAM.
Descubre cómo se aborda este tema en el sector en nuestra guía: ¿Se pueden certificar las piezas fabricadas mediante WAAM?. El proceso de cualificación suele implicar la elaboración de registros de cualificación de procedimientos (PQR), la realización de la cualificación de piezas de producción, el uso de ensayos no destructivos (END), como los ensayos por ultrasonidos o radiográficos, y la ejecución de rigurosos ensayos mecánicos.
WAAM frente a otros procesos de AM para el sector del petróleo y el gas
| Factor | WAAM | Fusión por lecho de polvo | Fundición (tradicional) |
| Tamaño máximo de la pieza | A partir de 6 meses | ~500 mm | Foundry Limited |
| Coste de los materiales | Bajo (cable) | Alta (polvo) | Bajo |
| Plazo de entrega | De días a semanas | De días a semanas | Meses |
| Gama de materiales para el sector del petróleo y el gas | Ancho (dúplex, Inconel, acero al carbono) | Ancho (Inconel, titanio, 316L) | Amplio |
| Certificación de resistencia a la presión | Posible (DNV, ASME) | Maduro (sector aeroespacial, menos en el sector del petróleo y el gas) | Estándar |
| Ideal para | Elementos estructurales de gran tamaño, válvulas y colectores | Pequeños canales internos de precisión | Piezas antiguas de gran volumen |
A la hora de evaluar el WAAM frente a la fundición y la forja, el WAAM destaca en cuanto a las dimensiones y el coste de los materiales, aspectos que más importan a la industria pesada. El alambre de soldadura estándar es significativamente más barato que los polvos atomizados. Mientras que el PBF es excelente para componentes pequeños y de alta precisión con canales internos, el WAAM es la opción clara para la escala masiva que requieren la mayoría de las aplicaciones estructurales del sector del petróleo y el gas. Para una visión más amplia, lea nuestra descripción general de fabricación aditiva de metales.
Aplicaciones prácticas y ejemplos de casos
El sector está pasando de la investigación teórica a la implementación. Los principales operadores y consorcios están liderando los esfuerzos de homologación:
Equinor y Shell: Estas empresas han participado en numerosos proyectos conjuntos del sector y en consorcios para desarrollar directrices de cualificación estandarizadas para la fabricación aditiva en entornos marinos.
Vallourec: La empresa ha informado públicamente de que fabrica pernos submarinos y componentes estructurales complejos utilizando la tecnología WAAM.
Framatome y EDF: Aunque opera en el sector nuclear adyacente, la colaboración de MX3D para fabricar un impulsor WAAM certificado demuestra la madurez y la trazabilidad de nuestros sistemas M1 para ecosistemas energéticos críticos.
Cómo iniciarse en la impresión 3D para el sector del petróleo y el gas
La adopción de la fabricación aditiva requiere un enfoque estratégico:
Identifique las piezas de mayor impacto: Céntrese inicialmente en los repuestos antiguos de larga entrega, alto coste y bajo volumen. Estos ofrecen el retorno de la inversión más fácil y rápido.
Inicie el proceso de certificación desde el principio: No espere hasta que la pieza esté impresa. Involucre a sociedades de clasificación como DNV, Lloyd’s Register o ABS en el proceso desde la fase de diseño.
Elige el proceso adecuado: Utilice el marco de comparación anterior. Utilice WAAM para piezas estructurales a gran escala y PBF para detalles complejos.
Considera la opción bajo demanda frente a la interna: Decida si desea adquirir piezas a través de un servicio de impresión bajo demanda para validar la tecnología, o si prefiere incorporar la capacidad internamente. Los sistemas M1 de MX3D pueden instalarse directamente en las instalaciones del operador. Consulte los precios de las máquinas WAAM para obtener más detalles.
Cuando la impresión 3D resulta más económica que la fundición o la forja en el sector del petróleo y el gas
La rentabilidad de la fabricación aditiva en el sector del petróleo y el gas depende en gran medida del volumen de producción, la disponibilidad de herramientas, la complejidad de las piezas y el coste del tiempo de inactividad. En el caso de componentes estandarizados y de gran volumen, la fundición y la forja tradicionales suelen seguir siendo las opciones más económicas. Sin embargo, para piezas de repuesto de bajo volumen, alto valor o en desuso, la fabricación aditiva metálica puede ofrecer un coste total de propiedad considerablemente menor.
Esto es especialmente cierto cuando ya no se dispone de las herramientas originales, cuando la capacidad de fundición cualificada es limitada o cuando los tiempos de inactividad operativa convierten el plazo de entrega en el principal factor de coste. En estas situaciones, la tecnología WAAM puede eliminar los costes de los modelos y las herramientas, reducir el desperdicio de material gracias a la producción de piezas con forma casi definitiva y acortar los plazos de entrega de meses a semanas.
Por regla general, la fabricación aditiva resulta más rentable cuando se necesita una pieza en pequeñas cantidades, tiene una geometría grande o compleja, requiere aleaciones caras resistentes a la corrosión o debe entregarse rápidamente para evitar interrupciones. La fundición y la forja siguen siendo opciones adecuadas cuando la demanda es estable, la geometría es sencilla y los utillajes ya se han amortizado en tiradas de producción más grandes.
¿Qué repuestos del sector del petróleo y el gas son adecuados para el proceso WAAM?
No todas las piezas son candidatas idóneas para la fabricación aditiva por arco eléctrico. Las mejores aplicaciones suelen ser los componentes metálicos de gran formato en los que los plazos de entrega, las dificultades de abastecimiento o las cadenas de suministro obsoletas aportan un valor añadido que va más allá de la simple comparación del precio unitario.
Los buenos candidatos suelen compartir varias características: se trata de artículos con plazos de entrega largos, que se necesitan en pequeñas cantidades, cuyo utillaje convencional resulta costoso o que ya no son compatibles con el fabricante original. También pueden requerir grandes volúmenes de fabricación, aleaciones certificadas resistentes a la corrosión o una producción de forma casi definitiva para reducir los residuos derivados del mecanizado de lingotes sólidos.
Ejemplos de piezas impresas son los cuerpos de válvulas de gran tamaño, los colectores, los accesorios submarinos, los soportes estructurales, los componentes de retención de presión y las piezas de repuesto de modelos antiguos para las que no se dispone de herramientas de recambio. En la práctica, los candidatos más idóneos son aquellas piezas en las que la fabricación aditiva mejora la disponibilidad y la resiliencia, y no solo el coste de fabricación.
Flujo de trabajo típico para la homologación de una pieza certificada por WAAM
La homologación es fundamental en cualquier programa de fabricación aditiva para el sector del petróleo y el gas. En el caso de los componentes críticos, es necesario definir con antelación el proceso de implementación y asegurarnos de que se ajuste a la normativa aplicable, a los requisitos del usuario final y a los criterios del organismo de clasificación.
Un flujo de trabajo típico comienza con una evaluación de la pieza para confirmar su idoneidad técnica y económica. A partir de ahí, se seleccionan el material y el proceso de impresión 3D en función de las condiciones de funcionamiento, el tamaño, los requisitos de resistencia a la corrosión y la vía de certificación. A continuación, se revisa el diseño para garantizar su fabricabilidad, teniendo en cuenta la estrategia de deposición, el margen de mecanizado, el acceso para la inspección y los requisitos de posprocesamiento.
A continuación viene la cualificación de procedimientos, que incluye fabricaciones representativas, probetas de control y la elaboración de registros de cualificación de procedimientos cuando sea necesario. Ensayos mecánicos, validación metalográfica y ensayos no destructivos se utilizan a continuación para confirmar que el material depositado cumple con las especificaciones. Tras la impresión, la pieza suele someterse a un proceso de eliminación de tensiones, mecanizarse hasta alcanzar la tolerancia final y someterse a una inspección dimensional y a una revisión final de calidad.
En el caso de las piezas sometidas a presión o críticas para la seguridad, la documentación y la trazabilidad son tan importantes como el propio componente físico. Un paquete de cualificación completo puede incluir registros de procesos, certificados de materiales, resultados de ensayos, informes de inspección y documentación de aprobación del usuario final.
Requisitos de posprocesamiento e inspección
En el sector del petróleo y el gas, una pieza impresa rara vez es una pieza acabada. El posprocesamiento es una fase fundamental del proceso de fabricación y, a menudo, determina si un componente puede cumplir los requisitos mecánicos, dimensionales y de certificación finales.
Dependiendo de la aplicación, el posprocesamiento puede incluir el alivio de tensiones, el tratamiento térmico, el mecanizado de acabado, la preparación de la superficie y la verificación dimensional. Las interfaces críticas, como las caras de sellado, los orificios, las bridas y los elementos roscados, suelen mecanizarse con la tolerancia final tras la deposición. En aplicaciones sensibles a la corrosión, puede ser necesaria una verificación adicional para confirmar la microestructura y el comportamiento del material.
Los requisitos de inspección son igualmente importantes. Estos pueden incluir ensayos por ultrasonidos, ensayos radiográficos, ensayos con líquidos penetrantes, mediciones de dureza, ensayos de tracción, ensayos de impacto, ensayos de corrosión y una revisión completa de la trazabilidad. El procedimiento exacto depende de la función de la pieza, su clasificación según la normativa y el entorno de uso, pero el principio fundamental sigue siendo el mismo: la fabricación aditiva debe estar homologada como un proceso industrial completo, y no solo como una etapa de impresión.
Cuándo la fabricación aditiva no es la mejor opción
Aunque la fabricación aditiva ofrece grandes oportunidades en el sector del petróleo y el gas, no es la solución adecuada para todos los componentes. En el caso de piezas de gran volumen y uso general, geometrías sencillas o componentes con cadenas de suministro convencionales consolidadas y fácilmente accesibles, la fundición, la forja o el mecanizado de lingotes pueden seguir siendo opciones más económicas y más fáciles de homologar. Aunque la fabricación aditiva por deposición de material (WAAM) pueda no ser la opción más adecuada en algunos casos, puede consultar nuestra comparativa oficial para ver en qué casos es la solución más adecuada y eficiente, y obtener más información.
Del mismo modo, algunas piezas pueden requerir un acabado superficial, un nivel de detalle interno o una capacidad de producción que se adapten mejor a otros métodos de fabricación. En determinados casos, la carga que suponen el posprocesamiento y la certificación puede superar las ventajas de la fabricación aditiva, especialmente cuando los plazos de entrega ya son ajustados o la pieza tiene una importancia estratégica limitada.
Los programas de fabricación aditiva más exitosos comienzan con una selección cuidadosa de las piezas. En lugar de intentar sustituir la fabricación convencional de forma generalizada, los operadores suelen obtener el máximo rendimiento centrándose en aquel conjunto de piezas en las que el riesgo de suministro, la complejidad y el impacto en el negocio justifican una vía de producción diferente.
Reparación, reacondicionamiento y prolongación de la vida útil
Más allá de los componentes de nueva fabricación, la fabricación aditiva también ofrece oportunidades para la reparación, la reacondicionamiento y la prolongación de la vida útil de los activos de alto valor. En el sector del petróleo y el gas, esto resulta especialmente relevante en el caso de las piezas expuestas al desgaste, la corrosión o daños localizados, en los que sustituir el componente completo puede resultar considerablemente más costoso que restaurar la zona afectada.
La tecnología WAAM y los procesos relacionados basados en la deposición de material pueden utilizarse para reconstruir superficies, restaurar la geometría o añadir características a componentes existentes antes del mecanizado y la inspección finales. Esto puede reducir el consumo de material, acortar los plazos de entrega y conservar piezas valiosas que, de otro modo, se desecharían.
Para los operadores que gestionan infraestructuras obsoletas, las estrategias aditivas basadas en reparaciones WAAM robotizadas pueden convertirse en un complemento importante para la fabricación de piezas de repuesto, especialmente cuando las cadenas de suministro de recambios son limitadas o la obsolescencia de los componentes supone un problema cada vez mayor.
Inventario digital y fabricación de piezas de repuesto bajo demanda
Una de las aplicaciones más interesantes de la fabricación aditiva en el sector del petróleo y el gas es el paso del inventario físico al inventario digital certificado. En lugar de almacenar grandes cantidades de piezas de repuesto que rara vez se utilizan, los operadores pueden identificar los componentes críticos, validar el proceso de fabricación con antelación y mantener datos de diseño y producción aprobados para la fabricación bajo demanda.
Este modelo resulta especialmente útil para equipos antiguos, activos remotos y piezas de baja rotación, cuyo almacenamiento resulta costoso, pero cuya falta supone un riesgo operativo. Una estrategia de inventario digital suele incluir la captura de la geometría o la recuperación de planos, la revisión técnica, la selección de materiales y procesos, la planificación de la homologación y la documentación controlada de la pieza aprobada.
Cuando se combina con un socio de producción cualificado o con capacidades internas de fabricación aditiva, el inventario digital puede mejorar considerablemente la disponibilidad de piezas de repuesto, al tiempo que reduce los costes de almacenamiento, la complejidad del aprovisionamiento y la dependencia de las frágiles cadenas de suministro globales.
Cómo MX3D presta apoyo a sus clientes del sector del petróleo y el gas
Para implantar con éxito la fabricación aditiva no basta con disponer de una máquina. Se necesita un proceso estructurado que abarque desde la identificación de las piezas hasta su homologación y producción. MX3D acompaña a sus clientes del sector del petróleo y el gas a lo largo de todo el proceso, desde la evaluación inicial de viabilidad hasta la implantación industrial.
Esto puede incluir la identificación de los componentes adecuados, la selección del material y el proceso adecuados, el apoyo a la planificación de la certificación, la producción de piezas homologadas y el desarrollo de la capacidad de fabricación in situ o regional con los sistemas MX3D. Para las organizaciones que evalúan la fabricación aditiva desde un punto de vista estratégico, esto les permite comenzar con aplicaciones específicas, al tiempo que avanzan hacia una mayor resiliencia de la cadena de suministro y una mayor flexibilidad en la producción.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se utiliza la impresión 3D en el sector del petróleo y el gas?
Se utiliza para fabricar rápidamente componentes críticos con largos plazos de entrega, reducir la necesidad de mantener grandes existencias físicas de piezas de repuesto y crear geometrías complejas, como impulsores con topología optimizada, que son imposibles de producir mediante los métodos tradicionales de fundición.
¿Qué componentes del sector del petróleo y el gas se pueden imprimir en 3D?
Se puede imprimir una amplia gama de componentes, entre los que se incluyen válvulas de gran tamaño, colectores, impulsores, accesorios estructurales submarinos, componentes de recipientes a presión, herramientas de fondo de pozo y piezas de recambio sin necesidad de herramientas para equipos antiguos.
¿Están certificadas las piezas para el sector del petróleo y el gas fabricadas mediante impresión 3D?
Sí, las piezas pueden certificarse y, de hecho, se certifican. Deben cumplir normas rigurosas como API 6A, ASME BPVC, NORSOK M-650 y DNV-RP-A203, y se someten a estrictos ensayos mecánicos y a evaluaciones no destructivas antes de su puesta en servicio.
¿Qué materiales puede imprimir WAAM para el sector del petróleo y el gas?
WAAM imprime con eficacia materiales esenciales para entornos hostiles, entre los que se incluyen el acero inoxidable superdúplex (2507), el acero inoxidable dúplex (2205), diversos grados de Inconel (625, 718, 825), el acero inoxidable 316L y los aceros al carbono.
¿Es la impresión 3D más económica que la fundición para las piezas de repuesto del sector del petróleo y el gas?
En el caso de piezas de repuesto de baja producción, complejas o antiguas, para las que ya no existen los moldes originales, la impresión 3D resulta considerablemente más económica y rápida que asumir el coste y el plazo de entrega que supone reequipar una fundición tradicional.
