Detección de tendencias de fundición:creación rápida de prototipos con impresión 3D

Cómo utilizan las fundiciones las impresoras 3D para el diseño rápido de productos

El desarrollo de productos es un emocionante proceso de descubrimiento. Invertir en nuevos productos demuestra el compromiso de una empresa con las necesidades de sus clientes. La investigación y el desarrollo pueden llevar mucho tiempo, iteraciones de construcción y ajuste de modelos y prototipos. Se necesita tiempo para aprender qué funciona y qué no. La impresión 3D es una herramienta muy útil para agilizar el diseño de muchos productos manufacturados, incluidos los productos metálicos.

¿Por qué prototipo?

La creación de prototipos es una etapa esencial en la fabricación de productos, ya que salva la brecha significativa entre el diseño teórico y el producto de trabajo final. Brinda a los diseñadores de productos la oportunidad de trabajar con modelos del mundo real y aprender de ellos. Les permite probar y probar nuevas ideas, con el objetivo de mejorar y refinar hacia un producto final.

Al diseñar un nuevo producto, la forma y la función se pueden probar en diferentes etapas. Algunos prototipos se producen únicamente para examinar el tamaño y la apariencia. Se pueden diseñar otros para probar características específicas de función y ajuste.

Lo que necesita saber sobre la creación rápida de prototipos

Hay varios prototipos estándar. Tradicionalmente, los prototipos más básicos son maquetas de papel, madera o espuma creadas por artesanos a partir de dibujos o diseños digitales. Se pueden realizar más etapas de creación de prototipos, de complejidad continua, durante el proceso de diseño. Antes de lanzar una serie de producción, las fábricas realizan una prueba, creando un prototipo de producción para evaluar la calidad del producto y evaluar el proceso en la fábrica.

Los prototipos rápidos mejoran la utilidad y la eficiencia de muchas de las primeras etapas de creación de prototipos. Dado que los artesanos tradicionalmente han hecho maquetas y los prototipos de producción generalmente han requerido herramientas personalizadas, la creación de prototipos generalmente ha sido lenta y costosa. Ser capaz de imprimir y ajustar prototipos sobre la marcha puede acortar sustancialmente estas etapas iterativas de diseño. En algunos casos, se puede utilizar un prototipo de plástico para ayudar a agilizar el proceso de producción. Los métodos de fundición en particular a menudo requieren el uso de un patrón y/o troquel, que puede ser costoso y justificable solo cuando la producción a gran escala generará retornos de la inversión, y la creación de maquetas de patrones en una impresora 3D puede permitir que un diseñador detecta problemas antes de pasar a madera o metal a mayor escala.

Por supuesto, estos prototipos no son prototipos de producción. Sustituir el metal por plástico durante este período significa que hay algunas propiedades del metal que no se pueden verificar. Imprimir un bolardo a tamaño completo en plástico en una impresora 3D también es, a nivel de unidad, mucho más costoso que moldearlo. Sin embargo, la impresión de modelos a escala brinda a los diseñadores algo que pueden examinar y manipular, y cualquier cambio que surja de esto no requiere más que un ajuste en el archivo CAD digital y una reimpresión rápida.

Muchos prototipos también se producen a escalas más pequeñas y/o con menos detalles que el producto final. Si bien representan solo una parte o un aspecto del diseño final, aún pueden ser valiosos para tomar decisiones al principio de la fase de diseño, en lugar de hacerlo más adelante, cuando se vuelve más costoso perfeccionarlo.

Prototipado rápido con impresoras 3D

La creación rápida de prototipos a través de la impresión 3D utiliza tecnologías de fabricación aditiva. Los diseños digitales, o modelos CAD, generalmente son "cortados" por el algoritmo de la computadora en muchas capas horizontales diminutas, que luego se imprimen una a la vez.

La impresión 3D ha existido en varias formas desde los años 70 y 80, pero solo recientemente ha evolucionado para ser útil a escala comercial. Si bien existen limitaciones, la tecnología está evolucionando rápidamente. Las impresoras 3D más avanzadas pueden imprimir múltiples materiales con diferentes propiedades y colores. Las impresoras de sinterización directa de metal por láser (DMLS) pueden incluso imprimir productos metálicos.

Las restricciones de tamaño y la calidad de la superficie de los prototipos impresos en 3D también han mejorado mucho a lo largo de los años, lo que los hace especialmente útiles para los diseñadores a medida que iteran a través de las fases iniciales de desarrollo.

Creación de piezas metálicas con impresión 3D

¿Las impresoras DMLS desafiarán a las industrias de fundición o procesamiento de metales? La industria 3D es dinámica, con nuevos desarrollos anunciados casi todos los días. Los proyectos a gran escala, como el puente impreso en 3D de MX3D en Ámsterdam, muestran que existe un gran potencial incluso en la fabricación estructural. Sin embargo, esta forma de impresión no compite con la fabricación tradicional en metal. Incluso con estos desarrollos, es más probable que la impresión 3D mejore en lugar de reemplazar la fabricación de metal tradicional a gran escala en las próximas décadas; incluso el puente de Ámsterdam está asegurado con acero en bruto tradicional que brinda soporte en la cubierta.

Por supuesto, la impresión de metal en 3D generalmente no consiste en verter y estratificar metales fundidos. Las tecnologías actuales imprimen metal incorporando un polvo de metal en una matriz no metálica que se calienta y se canaliza para darle forma. En algunos procesos (aunque no para el puente anterior), el metal se calienta para que la matriz se evapore.

Este metal impreso puede proporcionar más resistencia que el plástico, pero no puede ofrecer la amplia gama de posibles aleaciones disponibles en una fundición tradicional. Las condiciones increíblemente altas de temperatura y enfriamiento controlado necesarias para muchos grados específicos de acero y hierro significan que trabajar para lograr un grado frente a otro es un equilibrio complicado de temperatura y presión. Además, la deformación del metal se puede producir si una parte de una pieza fundida se enfría más rápido que otra, y debe controlarse en el lugar de la unión. La impresión 3D construye un objeto depositando capas en orden:incluso si esto fuera posible con el acero casi fundido tradicional requerido para algunas aleaciones ferrosas, las tensiones causadas por los diferentes niveles de enfriamiento cambiarían fundamentalmente las propiedades del metal en comparación con una fundición completa. pieza.

Aún así, el material impreso por las impresoras de metal está más cerca del acero que del plástico. Emocionantemente, para la fundición, esta tecnología de impresión de metal puede algún día permitir la prueba funcional de un prototipo rápido. Tal vez una pieza de metal podría imprimirse de manera económica y someterse a una tensión relativa, y luego modificarse durante el proceso de producción.

Prototipado rápido para la fundición, hoy

Los equipos y técnicas de lanzamiento se han mejorado a través de siglos de aprendizaje y desarrollo. La fundición en arena brinda a los fabricantes mucho control sobre el comportamiento del metal en los estados de fusión y enfriamiento, que cambian las propiedades mecánicas del metal. El metal tratado de manera diferente a través del proceso de fundición se puede cristalizar en diferentes formas, cada una de las cuales se puede trabajar para obtener propiedades adicionales. Esto explica la gama de propiedades mecánicas disponibles para un cliente a través de la fundición de metales.

Sin embargo, hacer los patrones para estos moldes ha significado un laborioso tallado a mano de patrones de madera para formar en la arena. Estos patrones deben crearse sin lugares en los que el metal pueda "agruparse" y, por lo tanto, enfriarse más lentamente, creando tensión interna en la pieza. Deben ser lo suficientemente suaves para salir de la arena que están imprimiendo. La creación de un objeto impreso puede permitir que el diseñador y la fundición consideren cambios en el objeto que ayudarán en la creación del patrón más eficiente y con la mejor forma para el proyecto.

La fundición de inversión es un proceso versátil ideal para la producción de alto volumen, especialmente para diseños complejos y donde la calidad de la superficie es importante. Con la fundición de inversión, generalmente se fabrica un troquel para producir patrones de cera, que luego se recubren para formar moldes de cerámica. Los patrones de cera se derriten fácilmente, dejando las cavidades del molde listas para el metal fundido.

Sin embargo, los troqueles pueden ser costosos de producir, lo que puede aumentar significativamente los costos unitarios al principio de la fase de diseño. Lo que muchos fabricantes están haciendo es imprimir patrones de cera en 3D para prototipos, lo que elimina la necesidad de troqueles personalizados. Los diseñadores pueden revisar su parte y trabajar para obtener una versión final antes de comprometerse con herramientas más costosas para la producción a largo plazo. La impresión de patrones también es más económica para tiradas cortas y producciones de una sola vez. En la fundición de inversión, las impresoras 3D pueden, por lo tanto, crear el patrón final para su uso.

Una rápida revolución en la creación de prototipos

La impresión 3D es una revolución en la fundición de metales, aunque no reemplace la fabricación tradicional de metales. Los sectores tradicionales solo están limitados por su imaginación al considerar cómo el futuro de esta tecnología de rápido desarrollo puede mejorar las prácticas de producción tradicionales. Los ahorros disponibles en la creación de prototipos permiten más ajustes y cambios, iteraciones adicionales antes de pasar a la producción a gran escala. Independientemente de lo que venga en el futuro de la impresión 3D, sin duda será una herramienta útil para todos aquellos diseñadores que busquen crear los mejores productos para su clientela.