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Existe a menudo una tendencia en la cobertura mediática de la industria de la AM a posicionar la fabricación aditiva como una tecnología revolucionaria que reemplazará los procesos de fabricación tradicionales. Ahora que la industria se ha vuelto independiente, actualmente parece claro que la tecnología (de hecho, revolucionaria) se ha adoptado como un proceso complementario en algunos casos claves. Es decir, mientras que la AM presenta su propio diseño único y capacidades de fabricación directa, cuenta además con una amplia integración junto a los métodos de producción tradicionales, tal como la fundición de precisión, lo cual está resultando igual de fructífero.
3D Systems, pionero en fabricación aditiva, se dio cuenta desde el principio del potencial de la AM en la fundición de precisión, y ha hecho bien en establecer varias de sus tecnologías de impresión 3D (específicamente, Estereolitografía e Impresión MultiJet) como herramientas que pueden ofrecer enormes beneficios para la producción de fundición de precisión, incluida la fabricación de patrones sacrificables con mayor complejidad, por menos tiempo y dinero y sin herramientas.
Revitalizando un antiguo proceso de fabricación
La fundición de precisión, a veces conocido como fundición a la cera perdida o en concha, es uno de los procesos de conformación de metales más antiguos del mundo. La técnica utiliza un patrón (o modelo) generalmente hecho de cera, el cual se recubre con una mezcla de cerámica que se endurece encima. Actuando como una estructura sacrificable, el patrón original se derrite o se quema, extrayéndolo de la concha de cerámica, y luego el metal fundido se puede verter para producir una pieza metálica hecha de cualquier tipo de metal.
Tradicionalmente, los patrones de fundición a la cera se realizan mediante moldeo por inyección, lo que no solo puede consumir mucho tiempo y ser costoso, sino que además puede limitar las posibilidades de diseño. Con la impresión 3D, sin embargo, 3D Systems ha demostrado la capacidad de elaborar patrones complejos de una manera efectiva tanto en tiempo como en costo, lo cual agiliza significativamente el proceso de fundición. Como ejemplo, la compañía dice que un patrón de turbina que típicamente podría tardar al menos cinco semanas para producirse a través de moldeo por inyección y que tendría un costo de más de $20.000 puede imprimirse en 3D de un día para otro por solo un 10% del costo.
| Principales Propuestas de Valor para la Impresión 3D en Fundición de Precisión |
| Tiempos de respuesta más rápidos |
| Optimización del diseño geométrico |
| Rentabilidad |
| Flexibilidad de diseño, iteración rápida durante el desarrollo del producto |
| Acceso a ilimitadas aleaciones de metal |
QuickCast: imprimiendo patrones grandes y altamente precisos
Dos de las tecnologías de 3D Systems: su método QuickCast basado en SLA y su impresión MultiJet, son primordiales para las aplicaciones de AM en el proceso de fundición. El estilo de construcción utilizado en QuickCast es principalmente hueco e integra soportes hexagonales internos que proporcionan resistencia al patrón y facilitan el colapso del mismo cuando se somete a expansión térmica, lo que reduce el riesgo de agrietamiento en la carcasa de cerámica. Desarrollado específicamente para la microfusión, QuickCast es uno de los métodos más populares para los patrones de fundición de impresión 3D y ha encontrado aplicaciones en la industria aeroespacial, médica y de defensa.
Patrick Dunne, Vicepresidente de Desarrollo de Aplicaciones Avanzadas en 3D Systems, nos cuenta cómo el método QuickCast de la empresa impacta los flujos de trabajo en estos sectores. “La tecnología se usa en flujos de trabajo de producción, pero principalmente para flujos de trabajo de certificación”, dice. “En otras palabras, se usa para partes en las que necesitas certificar la funcionalidad de un molde, pero no deseas invertir en las herramientas que producen los patrones de ese molde hasta que hayas validado y certificado tu diseño”.
“Se trata principalmente de oficinas de servicios de impresión en 3D con equipos SLA que suministran patrones a las fundiciones de microfusión”, continúa. “Lo que hacemos es vender nuestras máquinas a las OEM, a las fundiciones, a las oficinas de servicios y también tenemos nuestra propia oficina de servicios que provee patrones. Para piezas muy grandes, complejas, muy precisas, el objetivo es SLA”.
La capacidad para imprimir patrones de precisión 3D de gran escala, mencionados por Dunne, diferencia a 3D Systems de otros fabricantes de impresoras SLA. Por ejemplo, su máquina ProX950 tiene un volumen de construcción de 1500 x 750 x 550 mm (59 x 30 x 22 in). Esto significa que piezas de metal a gran escala, mucho más grandes que lo actualmente permitido por cualquier impresora 3D de metal, pueden ser producidas utilizando patrones sacrificables impresos en 3D y microfusión, donde segmentos del patrón son creados y luego unidos.
Impresión en cera MultiJet para calidad de alta resolución
Otra tecnología AM de 3D Systems para aplicaciones de microfusión es su Impresión en Cera MultiJet, que utiliza un proceso de inyección de tinta para crear objetos finamente detallados de Foundry Wax. Debido a los altos costos de materiales y procesos, en comparación con QuickCast, y a su capacidad para producir piezas complejas y de alta resolución, esta técnica se utiliza principalmente para piezas pequeñas, como componentes de joyería o de odontología.
Este proceso permite a los fabricantes producir piezas de pequeña escala, altamente detalladas y complejas. Además, los sistemas de cera MJP utilizan un material de soporte soluble que facilita el proceso de extracción del soporte sin manos, lo que permite preparar un patrón impreso para la fundición sin riesgo de daños.
En un ejemplo, la empresa canadiense de joyería Vowsmith -que se especializa en anillos personalizados- pudo reducir sus tiempos de producción y despacho en un 50% integrando las impresoras 3D ProJet MJP Wax de 3D Systems en su flujo de trabajo. En una sola impresión, la compañía pudo producir entre 35 y 40 patrones de anillos personalizados, listos para fundir.
| Principales Equipos 3D Systems para la Fundición de Precisión | |
| ProX 800 (SLA) | Alto rendimiento con mayor precisión y detalle |
| ProX 950 (SLA) | Piezas grandes en una sola pieza |
| ProJet 6000 HD (SLA) | La más alta calidad en diseños más pequeños |
| ProJet MJP 2500W | Piezas de alta fidelidad, patrones robustos con diseño adaptable |
Aleaciones ilimitadas
Cuando se le preguntó cómo el surgimiento de las tecnologías de impresión en metal directo impactará en la microfusión, Dunne responde que ambos procesos coexistirán, ya que cada uno presenta sus propias fortalezas. Un beneficio particularmente notable del proceso de fundición sobre la impresión en metal directo es la diversidad de materiales. Particularmente, aunque al presente solo un puñado de metales son adecuados para metal AM, la microfusión ofrece a los fabricantes acceso a aleaciones casi ilimitadas, que incluyen aluminio, acero, cobre, hierro, Inconel, titanio y mucho más.
Para acomodarse a esta gama de metales de fundición, 3D Systems ofrece dos resinas QuickCast dedicadas: Accura ® CastPro y Accura CastPro AF. La primera es muy adecuada para producir patrones que serán reemplazados por metales no reactivos, como aluminio, acero y cobre. CastPro AF, por su parte, no contiene antimonio, por lo que es adecuada para usar con metales reactivos como el titanio. “Si tienes antimonio en tu patrón, este puede cambiar la aleación de titanio y reducir su ductilidad”, agregó Dunne. “Para la fundición de titanio, es valioso tener una versión de este material libre de antimonio”.
Para su proceso MJP, 3D Systems ha desarrollado un material de cera Wax que está diseñado para aplicaciones de fundición. La cera funciona como un material tradicional de fundición a la cera perdida pero no requiere herramientas. VisiJet M2 CAST y VisiJet M3 CAST, por ejemplo, proporcionan un rendimiento mecánico confiable y se pueden procesar de manera rápida y eficiente en las impresoras 3D MJP Wax de 3D Systems.
Mejorando lo tradicional
Mientras el metal AM en sí mismo es aún más adecuado para producir piezas con geometrías internas complejas y estructuras de paredes delgadas, 3D Systems ha demostrado la viabilidad de la impresión 3D, incluso para mejorar los procesos de fabricación más tradicionales. Después de miles de años de microfusión, 3D Systems ha sugerido que la impresión 3D podría ser la clave para optimizar el proceso.
“Hay muy pocos flujos de trabajo de producción donde la impresora 3D es el principio y el final de la historia”, dijo Dunne. “En la gran mayoría de los flujos de trabajo, el inicio consta de pasos tradicionales y el final es asimismo una gran cantidad de mecanizado CNC, pulido y técnicas tradicionales. La impresión 3D es un componente del flujo de trabajo y, desde nuestra perspectiva, admite capacidades muy significativas. El principal beneficio es la velocidad y el segundo la falta de restricciones para la optimización del diseño”.
