La tecnología de impresión 3D avanza a pasos agigantados. Tanto si las fundiciones utilizan moldes de arena para la fundición de metales como modelos de plástico fundido para la fundición a presión, en ambos casos se benefician de las numerosas ventajas de los procesos de impresión aditiva en 3D.
Desde hace muchos años, muchas fundiciones consideran que los moldes y noyos (aka machos, núcleos, almas) de fundición en arena producidos con una impresora 3D son el estándar. Esta tecnología está muy consolidada en el ámbito de la fundición de hierro y metal y se utiliza allí donde resulta beneficiosa. Aunque estas aplicaciones se sitúan principalmente en el ámbito de los prototipos y los lotes pequeños, los límites se desplazan cada vez más hacia volúmenes más grandes, ya que el rendimiento de los sistemas de impresión 3D sigue mejorando.
En términos de costos globales, la impresión 3D es siempre la alternativa más económica a los procesos convencionales hasta un determinado tamaño de lote, ya que se eliminan los costes de las herramientas. Cuanto menor sea el tamaño del lote, mayor será la ventaja de costos que ofrece la tecnología de voxeljet. En particular, con geometrías complejas, la impresión 3D es la opción más económica, incluso en tamaños de lote de varios cientos de unidades, aunque aún no puede sustituir a la construcción clásica de moldes en grandes series.
Las demás ventajas van desde la reducción de los tiempos de producción hasta la disminución del trabajo de post tratamiento de las piezas de fundición no acabadas. Lo mismo se aplica esencialmente a la fundición de cera perdida, en la que los modelos de plástico impresos en 3D han sustituido a los modelos de cera clásicos, cuya producción con moldes de inyección es muy lenta y costosa.
Moldes de arena impresos para la fundición de metales
A diferencia de la fabricación convencional de moldes, en la que sólo la producción de placas de modelo o cajas de noyos (aka machos, núcleos, almas) puede llevar varias semanas, la impresión 3D permite imprimir incluso moldes de arena complejos normalmente de un día para otro o en sólo unos días. Los moldes se crean sin necesidad de costosos montajes, y se producen en un proceso totalmente automatizado basado exclusivamente en datos CAD en un proceso de estratificación, en el que se aplican repetidamente capas de arena de cuarzo de 300 micrómetros y se pegan selectivamente con un aglutinante, utilizando el cabezal de impresión del sistema. Una vez finalizado el proceso de impresión, sólo hay que desembalar el molde y limpiar el exceso de arena, y eso es todo. Dado que los moldes de arena se fabrican directamente a partir de los datos CAD, marcan la pauta en cuanto a riqueza de detalles y precisión.
Además de un menor tiempo de producción, la libertad de diseño es mucho menos limitada que en la fabricación convencional. Los diseños pueden hacerse fieles a su estructura sin tener que vigilar los ángulos de inclinación, las líneas de separación o los rebajes. Incluso los moldes que se modifican durante la fase de pruebas pueden imprimirse inmediatamente de acuerdo con los nuevos datos CAD, sin necesidad de modificar las herramientas, lo que lleva mucho tiempo. Además, los sistemas de inyección pueden adaptarse individualmente a parámetros como la presión de colada, evitando así las turbulencias y aumentando la calidad.
Combinación de noyos impresos en 3D y construcción clásica de moldes
Cuando es conveniente, las fundiciones innovadoras apuestan hoy por una combinación de noyos (aka machos, núcleos, almas) impresos en 3D y moldes producidos con métodos convencionales. Este enfoque es una buena opción, entre otras cosas, cuando se producen noyos complejos con huecos, que son necesarios para los impulsores, por ejemplo. Los noyos pueden imprimirse en la impresora 3D y posteriormente integrarse en el molde convencional. Las ventajas incluyen un menor número de piezas y un proceso de construcción de moldes mucho menos laborioso, ya que el método elimina la producción y el montaje convencional de los noyos complejos, que lleva mucho tiempo, y también minimiza el mecanizado posterior.
Otra alternativa interesante que los fundidores experimentados eligen cada vez con más frecuencia es producir las herramientas de moldeo que consumen mucho tiempo e imprimir en 3D los moldes de arena en paralelo. Dado que los moldes de arena impresos están disponibles de inmediato, se pueden fundir las piezas iniciales con fines de prueba para optimizar las herramientas en construcción. En muchos casos, esta variante es más rápida y rentable que la construcción clásica de moldes por sí sola.
La impresión 3D y la construcción clásica de moldes son iguales cuando se trata de la estabilidad y la resistencia del molde. Con valores ajustables entre 220 y 380 N/cm2, la resistencia a la flexión que se puede conseguir en el proceso de estratificación está en el mismo rango que la resistencia de los noyos producidos con métodos convencionales.
Modelos de fusión de alta precisión para la fundición a presión
Además de imprimir moldes de arena, cada vez más fundiciones confían en los modelos producidos con la impresora 3D para la fundición de cera perdida. Este método facilita la producción fácil y sencilla de modelos de cera. Aunque estos modelos ya no están hechos de cera, sino de plástico, esto no influye en los pasos posteriores del proceso. La producción de modelos de PMMA en impresoras 3D es bastante sencilla: se imprimen exactamente según los datos CAD. Para aumentar la calidad del proceso de fundición, los modelos de plástico también se infiltran con cera, lo que crea una superficie especialmente fina y homogénea.
Ventajas de la impresión 3D para la fundición a presión
Además de producir modelos de forma rentable y sin herramientas, el método también gana puntos con un impresionante ahorro de tiempo. Así, el centro de servicios voxeljet puede suministrar modelos de hasta 1.000 x 600 x 500 milímetros en pocos días de trabajo. Por supuesto, la caja de trabajo grande también puede utilizarse para imprimir lotes pequeños completos en un solo trabajo de impresión. Las operaciones posteriores de fundición a la cera son idénticas tanto si se utilizan modelos de cera clásicos como modelos impresos en 3D.
Casos prácticos
Una amplia gama de aplicaciones, como la fabricación rápida de motores de dos tiempos para motosierras, demuestra el rendimiento de las impresoras voxeljet en la práctica. Un motor tiene un tamaño de sólo 78 x 76 x 59 milímetros. Para producir los modelos de la forma más rápida y económica posible, voxeljet combinó 780 de estos motores en un solo trabajo de impresión en un espacio de construcción cuyas dimensiones eran de 1.000 x 600 x 500 milímetros. Se tardaron 23 horas en imprimir los motores con la impresora de alto rendimiento VX1000, lo que corresponde a un tiempo de impresión de sólo 1,8 minutos por motor.
Brignone & Asociados representa a voxeljet en Sudamerica, para más información y consultas, escribir a info@brignoneasociados.com.ar Además de los sistemas de impresión 3D, voxeljet también ofrece el servicio de impresión 3D de modelos, noyos (machos, núcleos, almas) según demanda.