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5 formas en que la impresión 3D complementa la fabricación tradicional

Se prevé que la impresión 3D sustituirá a las tecnologías de fabricación tradicionales. Sin embargo, el poder real de la tecnología puede residir no en competir, sino en complementar y aumentar los métodos de fabricación convencionales.

Para respaldar esta afirmación, a continuación exploramos cinco formas clave de cómo la impresión 3D puede respaldar la fabricación tradicional.

1. Impresión 3D de moldes de inyección de mejor rendimiento


El moldeo por inyección implica el proceso de fundir e inyectar material plástico en una herramienta de molde especial, con la forma del objeto deseado. Cuando el plástico se endurece, toma la forma de la cavidad del molde. El moldeo por inyección es la mejor manera de producir en masa productos y piezas de alta precisión y complejidad.

Sin embargo, el proceso también presenta algunos desafíos. Por ejemplo, las piezas moldeadas por inyección se enfrían mediante la construcción de canales, esencialmente, pasajes ubicados cerca de la superficie del molde, a lo largo de los moldes. Estos canales son típicamente líneas rectas, lo que a veces puede resultar en un enfriamiento desigual, aumentando el riesgo de deformación de la pieza.

Se puede lograr un enfriamiento eficiente con canales de enfriamiento conformados, que se ajustan a la forma de la pieza. Sin embargo, estos tipos de canales son difíciles de producir con métodos convencionales, lo que hace que la impresión 3D sea una alternativa atractiva para la creación de moldes de inyección.

La creación de moldes con canales de enfriamiento conformados no solo ayuda a aumentar la calidad de las piezas moldeadas, sino que también ayuda a reducir significativamente el tiempo de enfriamiento.

La impresión 3D ayuda a optimizar la línea de moldeo por inyección


Un ejemplo de ello es Alfred Kärcher GmbH &Co. KG, una empresa que vende millones de sus lavadoras de alta presión K2 en todo el mundo, cada año. Al tratar de satisfacer tal demanda, la empresa se enfrentó a un cuello de botella en la producción, por lo que necesitaba aumentar la producción de las carcasas de las lavadoras.

En lugar de comprar más máquinas de moldeo por inyección, Kärcher comenzó a buscar formas de aumentar la productividad de las máquinas existentes. La empresa encontró la solución en la impresión 3D de metales.

Kärcher recurrió a LBC Engineering, parte de Renishaw GmbH, que descubrió que el tiempo del ciclo de moldeo se veía afectado por la ineficiencia del proceso de enfriamiento. Los moldes de revestimiento presentaban sistemas de enfriamiento tradicionales, perforados en líneas rectas, creando puntos calientes que aumentaban el tiempo del ciclo.

LBC Engineering modificó el diseño del molde creando dos núcleos impresos en 3D para proporcionar enfriamiento conforme en los puntos calientes identificados.

Los canales de enfriamiento conformados impresos en 3D ayudaron a reducir la temperatura de la pared en los moldes de 100 ° C a 70 ° C, acortando el tiempo de enfriamiento de 22 a 10 segundos, una reducción del 55 por ciento.

Junto con algunos ajustes en los componentes periféricos, como el sistema de alimentación y manipulación de material, el tiempo de ciclo de las tripas se ha reducido de 52 a 37 segundos. La impresión 3D proporcionó la mayor parte de esta reducción, lo que permitió a Kärcher aumentar la productividad de su línea y lograr los objetivos de producción de tripas.

En otro ejemplo, el profesional del moldeo por inyección, Pat Zaffino, ha desarrollado una tecnología de deposición robótica multicapa que imprime en 3D canales de enfriamiento conformados en la superficie de moldes de inyección.

A principios de este año, Zaffino lanzó una nueva compañía, Conformal Cooling Solutions Inc. (CCS), para promover las ventajas de usar canales de enfriamiento conformados.

'Creación de canales de enfriamiento conformados que siguen la forma de la cavidad y el núcleo promueven la uniformidad de temperatura en los materiales plásticos que se están moldeando, y los moldeadores que usan esta tecnología están obteniendo resultados sorprendentes:tiempos de ciclo más cortos, calidad mejorada de las piezas de plástico y, sobre todo, reducciones de costos '', dijo. en una entrevista con canplastics.com.

A medida que la tecnología se vuelve más barata y más fácil de adoptar, los moldes con canales de enfriamiento conformados impresos en 3D podrían convertirse en un nuevo estándar en la industria.

2. Patrones de impresión 3D para fundición de inversión


La fundición por inversión utiliza patrones de cera desechables y carcasas de cerámica para crear diseños de piezas complejos y detallados. Tradicionalmente, estos patrones se moldean por inyección. Sin embargo, el costo de los moldes de inyección puede llegar a varios miles de dólares, con plazos de entrega que oscilan entre una y cuatro semanas. Esto hace que el proceso sea prohibitivo para las personas que podrían no tener tanto capital o tener plazos cortos para entregar las piezas.


Por esta razón, las empresas pueden optar por imprimir patrones en 3D en un material adecuado para la fundición a la cera perdida. Muchos fabricantes de impresoras 3D han desarrollado materiales imprimibles en 3D específicamente para fundición, que incluyen cera, resinas moldeables y algunos termoplásticos, basados ​​en PLA y ABS.

Estos materiales se utilizan normalmente con estereolitografía (resinas) y FDM ( plásticos), creando patrones altamente precisos con excelentes características de quemado.

Otra ventaja de este enfoque es el riesgo relativamente bajo que implica probarlo. Los patrones se pueden imprimir en 3D utilizando impresoras 3D de escritorio profesionales, que cuestan menos de $ 5,000, una fracción del costo de los equipos de impresión 3D industriales más costosos.

Aceleración de los plazos de entrega de piezas fundidas con impresión 3D


Los patrones de fundición de inversión impresos en 3D se utilizan cada vez más para crear joyas personalizadas con diseños intrincados y plazos de entrega más cortos. En un ejemplo, la empresa canadiense de joyería Vowsmith, que se especializa en anillos personalizados, pudo reducir sus tiempos de producción y entrega en un 50% al integrar las impresoras 3D de cera de 3D Systems en su flujo de trabajo. En una sola impresión, la empresa produjo entre 35 y 40 patrones de anillos personalizados, listos para la fundición.

La tecnología también se aplica cada vez más en las fundiciones, para crear patrones complejos para una amplia gama de aplicaciones industriales. Por ejemplo, Invest Cast, Inc. ha integrado recientemente la nueva solución de fundición digital de 3D Systems en su producción de patrones.

La capacidad de fabricar piezas de fundición finales sin mecanizar un molde les ha dado a los clientes de Invest Cast la libertad de probar múltiples iteraciones de forma rápida y rentable, lo que finalmente les permite llegar a mejores piezas finales.

Según Invest Cast, la impresora 3D ProJet MJP 2500 IC de 3D Systems ha reducido un tiempo significativo del proceso de fundición de inversión . La tecnología permite a la empresa pasar del modelo al metal en 2 a 5 días, lo que es inferior al tiempo de entrega promedio de aproximadamente 6 a 12 semanas con los moldes de fundición de inversión.

3. Aumento de la productividad con herramientas de corte impresas en 3D


La impresión 3D se puede utilizar para crear herramientas de corte:pequeños insertos hechos de carburo que eliminan material de la trayectoria programada.

Algunos materiales de alto rendimiento, como los aceros ultrarresistentes, las aleaciones de titanio y níquel, pueden resultar difíciles de mecanizar y podrían provocar que la herramienta se desgastara rápidamente.

Las herramientas de impresión 3D con geometrías personalizadas, con canales de enfriamiento incorporados que pueden eliminar eficazmente el exceso de calor generado cerca de la zona de corte durante el mecanizado, pueden aumentar la vida útil y el rendimiento de la herramienta.


El especialista en herramientas, LMT Tools Inc., ha utilizado la tecnología para crear conductos de refrigerante internos en el cuerpo de una herramienta de fresado, que anteriormente presentaba orificios rectos. La libertad de la impresión 3D para proporcionar canales curvos permite que la herramienta de fresado de LMT suministre refrigerante precisamente donde se necesita. LMT dice que el corte de prueba ha demostrado una mejora en la vida útil de la herramienta del 50 por ciento en el fresado de titanio, gracias a este cambio de diseño.

Komet Group aumenta la productividad de las herramientas con la impresión 3D


Uno de los principales proveedores mundiales de herramientas de corte de precisión, Komet Group, también está aplicando la impresión 3D de metal a la fabricación de herramientas.

Utilizando una aleación de aluminio y tecnología basada en láser del especialista británico Renishaw, Komet pudo introducir más filos de corte en la herramienta y optimizar su geometría para aumentar la productividad de la herramienta.

Por ejemplo, los ingenieros optimizaron los canales de refrigerante de la herramienta para garantizar que cada borde de corte reciba refrigerante con precisión a través de un canal separado. Gracias a estas mejoras de diseño, el tiempo de mecanizado por unidad se puede reducir hasta en un 50 por ciento.

AM también ofrece la posibilidad de reducir el peso de los componentes, ya que el material solo se puede utilizar donde sea necesario para la funcionalidad óptima del componente. También se informa que supera a los métodos de producción convencionales, en términos de tiempo de entrega, para cualquier herramienta especial o experimental que necesiten los clientes de Komet.

Impresión 3D de un cabezal de fresado más eficiente


Además, el fabricante sueco de sistemas de herramientas, Sandvik Coromant, ha presentado recientemente una nueva fresa con cabezal de metal impreso en 3D. Por primera vez para la empresa, el componente marca un paso hacia la participación de la empresa en la impresión 3D para la producción de uso final.


El nuevo CoroMill 390 ligero, producido por Sandvik Coromant, es un cabezal de fresado de metal basado en el diseño de CoroMill 390. La herramienta, producida con el polvo Osprey de aleación de titanio de marca registrada de Sandvik, se ha desarrollado específicamente para superar los problemas de vibración durante el fresado de metales con voladizos largos.

Estas características son un requisito común de los componentes utilizados en las industrias aeroespacial y de petróleo y gas. Las cavidades profundas en una pieza mecanizada con CNC pueden verse comprometidas por la vibración, lo que lleva a una producción más lenta, una vida útil más corta y un acabado superficial deficiente. Cuando se utiliza en combinación con los adaptadores de fresado Silent Tools de la empresa, la empresa informa que la herramienta impresa en 3D puede aumentar la productividad del mecanizado en un 50 por ciento.

4. Reparación de herramientas desgastadas y dañadas


La impresión 3D no solo se puede utilizar para crear nuevas herramientas y moldes, sino también para reparar herramientas dañadas. Las empresas de la industria aeroespacial, de construcción naval y de bienes industriales están comenzando a utilizar procesos de AM, como la Deposición Directa de Energía (DED), para remanufacturar componentes a su forma original.

También conocido como revestimiento láser, DED utiliza un láser para generar un baño de soldadura en la superficie del componente. Luego, el material se agrega a la masa fundida en forma de polvo o alambre. Las partículas derretidas se fusionan y solidifican, mientras que la boquilla se manipula para agregar la estructura deseada al componente.

A principios de este año, un consorcio de 7 empresas y organizaciones del Reino Unido lanzó un proyecto de £ 1,2 millones, llamado DigiTool. , para permitir la reparación de herramientas y matrices a bajo costo mediante el uso de tecnologías AM.

Con la impresión 3D, las empresas del sector de herramientas y matrices pueden superar los costos de reemplazo y reparación de matrices, con el potencial de acelerar hasta el proceso de mantenimiento. Esto ayudará a las empresas a ahorrar en costos y materiales y, al mismo tiempo, mejorará su sostenibilidad con menos desperdicio.

Reparación más rápida de un inserto de molde


La empresa alemana de fabricación de herramientas y moldes, HWF, ha utilizado la impresión 3D para reparar un inserto de molde. Uno de los desafíos que enfrentó HWF ha sido el de construir una estructura, de 300 x 20 x 20 mm, sobre un material de molde típico.

En el pasado, estructuras como esta se construían usando un Método manual de revestimiento por láser alimentado por alambre para evitar los riesgos de grietas, deformaciones y propiedades metalúrgicas alteradas. Sin embargo, el soldador puede tardar entre 60 y 80 horas en completar la tarea.

Hoy, HWF utiliza la tecnología DED de OR Laser, que le permite crear la misma estructura aplicando capas de 250 µm de espesor, a una velocidad de 5000 mm³ por hora. El tiempo de producción, por tanto, se puede reducir a 24 horas.

Gracias a este proceso, el material de base también se ve mucho menos afectado que antes, lo que reduce en gran medida el riesgo de grietas y socavación del material, a menudo causados ​​por los métodos de reparación convencionales.

5. Conseguir más flexibilidad con procesos híbridos


La combinación de capacidades aditivas y sustractivas en un sistema híbrido es otra forma en que AM puede complementar la fabricación tradicional. En este escenario, las tecnologías aditivas y sustractivas pueden abrir una gama de oportunidades para una fabricación integral mejorada.

La fabricación híbrida aprovecha las capacidades más valiosas de ambas tecnologías:la complejidad geométrica de AM y la alta precisión de los métodos sustractivos. Esto significa que una pieza se puede crear y mecanizar de forma aditiva en una sola operación, acelerando el proceso de producción.

Varios sistemas híbridos comerciales están ahora disponibles en el mercado. Por ejemplo, DMG MORI combina DED con capacidad CNC de cinco ejes en su sistema de fabricación híbrido.

Mientras tanto, Matsuura y Sodick adoptaron un enfoque diferente, combinando la tecnología Powder Bed Fusion (PBF) y la capacidad CNC en sus sistemas de fabricación híbridos. Para mantenerse al día con la competencia, DMG MORI respondió recientemente con su propio sistema híbrido PBF y CNC.

Además de un sistema híbrido independiente, también existe la opción de modernizar un centro de mecanizado CNC existente con el cabezal de deposición láser de alimentación de polvo Ambit de Hybrid Manufacturing Technologies.

Las empresas también pueden agregar una combinación de capacidades de alimentación de polvo y alambre a una máquina CNC, con tecnología de 3D Hybrid. Esto permite convertir un sistema sustractivo convencional en un sistema de fabricación híbrido con un costo y esfuerzo relativamente mínimos.

Aunque la promesa de la fabricación híbrida es cautivadora, acabamos de empezar a aprender cómo se puede aplicar esta tecnología. aplicado de manera eficiente y viable.

Adopción de la impresión 3D como tecnología complementaria


La impresión 3D puede convertirse en un activo valioso para los fabricantes que buscan optimizar sus procesos de fabricación tradicionales.

La tecnología se puede utilizar para producir moldes de mayor rendimiento y patrones de fundición complejos, así como para aumentar la eficiencia de las herramientas de mecanizado. Además, las máquinas híbridas pueden ofrecer a las empresas una mayor libertad y flexibilidad en el diseño y la fabricación.

Por lo tanto, en lugar de ver la fabricación aditiva como una tecnología competidora, los fabricantes deberían adoptarla como otra herramienta en la caja de herramientas y dar un paso adelante hacia los beneficios que brinda.


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