Fabricación Near-Net-Shape: Reduce Residuos, Ahorra Tiempo y Costes

¿Cómo la fabricación near-net-shape ahorra tiempo y dinero?

Los objetos metálicos manufacturados se crean mediante fundición, forjado o mecanizado, a veces creando residuos. La fabricación near-net-shape (forma casi neta) busca producir un artículo o pieza lo más cerca posible de su forma final, reduciendo residuos, ahorrando tiempo y dinero, y creando menor impacto ambiental mediante menores demandas de energía y recursos.

¿Qué es la fabricación near-net-shape?

La fabricación near-net-shape es la práctica de planificar su proceso de producción para hacer un objeto lo más cerca posible de su forma final, reduciendo el tiempo necesario para producir un artículo terminado.

¿Qué es la fundición?

La fundición es usualmente el primer paso en la fabricación near-net-shape. La fundición implica verter metal caliente en moldes preformados para formar un producto cercano a la forma final. La mayoría de fundiciones usan fundición en arena para crear fundiciones metálicas. La fundición en arena usa moldes de arena para dar forma a metal caliente en objetos. La fundición en arena se usó por primera vez alrededor de 1300 a.C. durante la Dinastía Shang, la primera dinastía gobernante de China.

La fundición por inversión (a veces llamada fundición de precisión o de cera perdida) genera menos residuos que la fundición en arena, produciendo objetos más cercanos a near-net-shape. La fundición por inversión se originó hace 6000 años y se usó históricamente para crear esculturas y joyas intrincadas. Aunque produce productos más cercanos a near-net-shape que la fundición en arena, la fundición por inversión es un proceso más complejo y laborioso, lo que puede resultar en un coste de producción total más alto, dependiendo del proyecto.

¿Qué es la contracción de fundición?

El mismo principio que aprendiste en física de secundaria —el calor expande, el frío contrae— también se aplica a la fabricación de metales. El metal se expande al calentarse y se contrae al enfriarse, un proceso conocido como expansión térmica.

Los efectos de la expansión térmica durante el proceso de fundición pueden resultar en defectos de producto, como cavidades de contracción, debido a la contracción de fundición. Las fundiciones usan alimentadores (risers), depósitos de metal fundido extra incorporados en el molde de fundición, para reducir la contracción y prevenir cavidades formándose dentro de una fundición que se enfría. Material aislante, conocido como "hot toppings", ayuda a mantener el alimentador caliente mientras el metal en la fundición se solidifica. Los alimentadores deben removerse del producto final, creando residuos metálicos.

Margenes de contracción

Los metales reaccionan de forma distinta a la expansión térmica según sus elementos y composición, pero la contracción también puede verse afectada por el diseño de la fundición. Estos son márgenes de contracción típicos durante el proceso de fundición (en %):

La elección de metal puede, por tanto, influir en la forma near-net-shape de un objeto metálico fundido.

¿Qué es el mecanizado?

El mecanizado es el proceso de tallar, cortar, rectificar, taladrar o mandrinar un producto metálico hasta su forma final. Como esculpir piedra o tallar madera, el mecanizado da forma al metal removiendo material excedente. La producción near-net-shape usualmente comienza con fundición, ya que mecanizar una forma metálica desde cero crearía demasiado residuo para ser práctico. El mecanizado es un paso de acabado importante en la producción de productos metálicos, asegurando que el producto final sea liso, finamente formado y listo para su propósito. La producción near-net busca el menor mecanizado posible.

¿Qué es el forjado?

El forjado da forma al metal mediante presión compresiva, como martilleo, prensado o laminado. Los métodos de forjado pueden incluir forjado en caliente y en frío. Quizás el mejor ejemplo de forjado es la imagen clásica de un herrero tradicional usando martillo y tenazas para forjar una herradura caliente sobre un yunque. Hoy, la mayoría del forjado se hace a escala industrial usando enormes prensas. El forjado industrial requiere mecanizado para acabar, pero se está trabajando en desarrollar máquinas de forjado que puedan dar forma y entregar un producto cercano al acabado, reduciendo o incluso eliminando la necesidad de mecanizado. Los métodos de forjado incluyen forjado por caída, laminación, prensado, forjado en matriz abierta y cerrada, y forjado de precisión. La soldadura por fricción es otra técnica de forjado que usa movimiento y calor generado por fuerza para producir uniones forjadas de metal.

¿Qué es la impresión 3D?

La impresión 3D es una prometedora nueva tecnología near-net. La impresión 3D industrial se llama fabricación aditiva (o fabricación aditiva por capas). La fabricación aditiva usa un computador para dirigir la deposición de material en capas para producir precisamente un objeto pre-diseñado con muy poco residuo. Los materiales se aplican capa a capa para producir componentes y productos detallados. La fabricación aditiva es lo bastante flexible para permitir componentes y productos personalizables, incluyendo partes personalizadas para audífonos individuales y zapatos individualizados. La fabricación aditiva está jugando un papel creciente en la creación de piezas personalizadas y de componentes para los sectores de transporte, aeroespacial y energético.

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