TECNALIA, Ingeniería Inversa como herramienta para reinventar y mejorar, Eneritz Zamalloa

1. INGENIERÍA INVERSA
COMO HERRAMIENTA PARA
MEJORAR Y REINVENTAR
Eneritz Zamalloa, Responsable de Laboratorio de Metalografía
de la División de Servicios Tecnológicos, TECNALIA

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Índice
Introducción a la ingeniería inversa. Definición y aplicaciones
Ejemplos
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
Resumen

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Introducción a la ingeniería inversa.
Definición y aplicaciones
Introducción a la ingeniería inversa. Definición y aplicaciones

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Introducción a la ingeniería inversa. Definición y aplicaciones
La ingeniería inversa (reverse engineering) de un producto consiste en determinar el diseño, la calidad del
material y el proceso de fabricación de una pieza acabada para reproducirlo, mejorarlo o reinventarlo.
Definición:
PIEZA FINAL ANÁLISIS
ENSAYOS
REQUERIMIENTOS
Aplicaciones:
 Identificar piezas obsoletas (sin documentación).
 Fijar especificaciones de fabricación.
 Selección de proveedores.
 Analizar productos de la competencia para conocer
sin infringen con alguna patente.
 Desarrollar componentes que sean compatibles con
otros de características no conocidas.
Diseño
Calidad
Proceso de fabricación

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¿Qué información se puede obtener?
¿Cómo abordar un estudio de
ingeniería inversa?
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?

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¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
[1] DISEÑO DE LA PIEZA [2] CALIDAD DEL MATERIAL
Escáner 3D Ensayos mecánicos
Análisis químico
[3] PROCESO DE FABRICACIÓN
Análisis macro-microestructural
Laminado/Forjado, fundido o sinterizado
Tratamiento térmico
Tratamiento térmico superficial
Recubrimiento
Conformado o mecanizado

7. 7Manual de contactoManual a distancia
Obtener medidas físicas reales de la pieza mediante la captura de la realidad de las piezas (adquiriendo una nube de
puntos) y tratando estos datos con técnicas de digitalizado (3D CAD).
Equipamiento escáner 3D
¿En qué consiste un escáner 3D?
[1] DISEÑO DE LA PIEZA
Ventajas
• Rapidez y precisión en la toma de datos
• No es necesario el contacto físico
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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Terrestre de largo alcance

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Escáner 3 DPieza original
[1] DISEÑO DE LA PIEZA
BUJE DE AEROGENERADOR
Acotar la muestra en 3D (x, y , z)
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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Métodos para análisis químico
• Espectrometría de emisión por chispa
• Espectrometría emisión ICP-OES
• Analizadores automáticos
• EDS (Espetrómetro de energía dispersiva de
Rayos-X)
Ensayos mecánicos
• Ensayo de tracción
• Dureza
¿Cómo se define la calidad de un acero?
En general, de acuerdo a las normas de los productos, la designación de la calidad se define principalmente
mediante la composición química y las propiedades mecánicas.
[2] CALIDAD DEL MATERIAL
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?

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El análisis químico y los ensayos mecánicos determinan que se trata de un acero con designación
GX40CrNiSi27‐4 (Cr 25-28% y Ni 3-6%) s/UNE‐EN 10295:2003 (Aceros moldeados refractarios).
Propuesta de mejora: En ambientes con alto contenido en cloro emplear aceros con mayor
contenido en níquel.
TUBO REFRACTARIO
Tubo refractario deteriorado en contacto con atmósfera
oxidante con presencia de cloro para sustitución.
Composición química [%]
C Si Mn P S Cr Mo Ni
0,44 1,10 0,8 <0,010 <0,010 26,1 0,3 4,2
GX40CrNiSi27-4 s/UNE‐EN 10295:2003
0,30-0,50 1,00-2,5 ≤1,50 ≤0,040 ≤0,030
25,00-
28,00
≤0,50 3,00-6,00
Ensayo de tracción
Rp0,2[Mpa] Rm [MPa] A [%]
350 600 5
GX40CrNiSi27-4 s/UNE‐EN 10295:2003
≥ 250 ≥ 550 ≥ 3
[2] CALIDAD DEL MATERIAL
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?

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Ti
Ti-Al-O
Conclusión: Los implantes con presencia de alúmina no son biocompatibles.
Implantes dentales de diferentes proveedores con problemas de biocompatibilidad.
[2] CALIDAD DEL MATERIAL
IMPLANTES DENTALES
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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[3] PROCESO DE FABRICACIÓN
 Laminado-forjado, fundido, sinterizado…
 Tratamiento térmico: normalizado, temple y revenido, ….
 Tratamiento térmico superficial: cementación, nitruración, …
 Recubrimiento: pintura, galvanizado, …
 Conformado, mecanizado, soldado…
Análisis macroscópico
Ojo desnudo
Lupa estereoscópico (hasta x50)
Análisis microscópico
Microscopia óptica (hasta x1000) SEM-EDS
(hasta x100000)
Herramientas para abordar un análisis macro-microscópico:
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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[3] PROCESO DE FABRICACIÓN
ACERO FUNDIDO
ACERO LAMINADO/FORJADO
Inclusiones no
metálicas sin
orientación.
Inclusiones no
metálicas orientadas
en la dirección de
laminación.
X200 sin revelado
X100 sin revelado
FUNDIDO/LAMINADO-FORJADO
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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TRATAMIENTO TÉRMICO MÁSICO[3] PROCESO DE FABRICACIÓN
NORMALIZADO
Bandas de ferrita (blanco) y perlita (oscuro) Ferrita (blanco) rodeando la perlita (oscuro)
X200 revelado con Nital X100 revelado con Nital
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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[3] PROCESO DE FABRICACIÓN TRATAMIENTO TÉRMICO MÁSICO
TEMPLE Y REVENIDO
X500 revelado con Nital
Martensitas y bainitas revenidas
¡Ojo! En algunos aceros por su composición, aplicándoles un normalizado o
recocido incluso, pueden aparecer martensitas o bainitas y otras aleaciones incluso
templando no aparecen estas microestructuras.
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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[3] PROCESO DE FABRICACIÓN TRATAMIENTO TÉRMICO SUPERFICIAL
CEMENTACIÓN NITRURACIÓN
En la superficie: martensitas
En el núcleo: ferrita
X100 revelado con Nital X500 revelado con Nital
Nitruración: Capa blanca y nitruros
paralelos a la superficie
Endurecimiento de la superficie mediante la
penetración del carbono
Endurecimiento de la superficie mediante la
penetración del nitrógeno
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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[3] PROCESO DE FABRICACIÓN RECUBRIMIENTOS
CAPAS EXTERNASCAPA GALVANIZADO
3 capas sobre fibra de vidrio
X200 sin revelar
¿Qué información se puede obtener? ¿Cómo abordar un estudio de ingeniería inversa?
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X200 sin revelar

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Ejemplos prácticos.
Un par de ejemplos

19. TUBOS DE APLICACIÓN MÉDICA [Dimensional, fabricación y calidad]
Ejemplos.TUBOORIGINALTUBONUEVO
INOX 316
Análisis microestructural Análisis EDS
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Conclusión:
Dimensiones diferentes, tratamiento y proceso de fabricación diferente y material diferente.
INOX 316Ti

20. VALVULERÍA
Ejemplos.
Microestructura constituida por una matriz de
austenita e islas de ferrita con presencia de
precipitados de carburos o fases intermetálicas.
Composición química [%]
C S Si Mn P Cr Ni Mo N
0,056 0,008 0,82 0,66 0,035 18,2 9,7 2,2 0,088
Calidad A351-CF8M s/ ASTM A351
≤0,08 ≤0,04 ≤1,5 ≤1,5 ≤0,04 48,0-21,0 9,0-12,0 2,0-3,0 ≤0,10
Composición química
Análisis microestructural
Propiedades mecánicas
Ensayo de tracción
Rm [MPa] Rp0,2 [MPa] A[%]
313 249 12
Calidad A351-CF8M s/ ASTM A351
≥485 ≥205 ≥30
Conclusión: Hipertemple no adecuado.
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Resumen
Resumen.

22. RESUMEN:
• La ingeniería inversa es una herramienta valiosa para obtener información sobre el
diseño, la calidad del material o el proceso de fabricación de un producto acabado.
• Requiere de medios de análisis adaptados (escáner 3D, ensayos mecánicos, análisis
químicos, análisis metalográficos…)
• Requiere de experiencia y conocimientos.
Resumen.
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23. www.tecnalia.com
Eneritz Zamalloa, Responsable de Laboratorio de Metalografía
Eneritz.zamalloa@tecnalia.com
Gracias por vuestra atención,
Eskerrik asko zuen arretagatik