¿Cómo puede la impresión 3D beneficiar a la fundición de metales? Aquí hay tres formas

La fundición de metales puede ser uno de los métodos de fabricación más antiguos utilizados para crear piezas metálicas, pero también es otro sector que puede beneficiarse de la impresión 3D.

Con los altos costos involucrados en la producción de herramientas auxiliares como moldes, núcleos y patrones, la impresión 3D ya está demostrando ser una alternativa valiosa a la producción convencional de herramientas para procesos de fundición de metales. Por lo tanto, las fundiciones están adoptando cada vez más la impresión 3D en sus flujos de trabajo como un medio para seguir siendo competitivas.

Superar las limitaciones existentes

Las fundiciones se basan en varios procesos de fundición de metales, siendo los más utilizados la fundición a presión, la fundición en arena y la fundición a la cera perdida. Sin embargo, si bien la fundición de metales es un método de fabricación probado en el tiempo, todavía existen ciertas limitaciones, que incluyen:

• Costos elevados: Crear herramientas de fundición puede resultar increíblemente caro. Esto significa que para tiradas de producción pequeñas y medianas, los altos costos de herramientas a menudo no se pueden amortizar fácilmente.

• Requiere mucha mano de obra: Dado que las herramientas se producen normalmente de forma manual, el proceso que requiere mucha mano de obra puede resultar fácilmente en largos plazos de entrega de hasta varios meses.

Para superar estos desafíos y mantener una ventaja competitiva, las fundiciones deben buscar formas innovadoras de producir herramientas para fundición de metales, que es donde entra en juego la impresión 3D.

Cómo la impresión 3D puede beneficiar a las fundiciones y las empresas de creación de patrones

Si bien la impresión 3D de ninguna manera señalará el fin de los métodos de fundición tradicionales, la tecnología puede ayudar a evitar los aspectos costosos y que requieren mucho tiempo de crear patrones, núcleos y moldes, lo que permite una mayor flexibilidad y rentabilidad para los volumen, piezas fundidas y prototipos de gran complejidad.

A continuación, se muestran algunos ejemplos de cómo la impresión 3D se puede integrar en el proceso de fundición convencional:

# 1 Produzca troqueles impresos en 3D

La fundición a presión se remonta al siglo XIX y se refiere al proceso de vertido de metales fundidos a alta presión en las cavidades del molde para producir piezas metálicas.

Uno de los desafíos clave de la fundición a presión es el diseño de canales de enfriamiento, que se utilizan para evitar el sobrecalentamiento de la matriz y controlar el proceso de solidificación de la fundición.

Con los métodos de producción convencionales, estos canales generalmente se mecanizan en línea recta, lo que da como resultado un proceso de enfriamiento más lento y no uniforme. Como resultado, la herramienta puede deformarse y su vida útil se reducirá significativamente. Además, la disipación de calor parcialmente deficiente conduce a tiempos de enfriamiento prolongados para los productos fabricados.

Sin embargo, estas limitaciones no se aplican a la impresión 3D. Con técnicas de impresión 3D de metal como DMLS o SLM, los fabricantes de herramientas pueden integrar canales de enfriamiento de cualquier complejidad en el diseño de un troquel.

Por lo tanto, la impresión 3D para fundición a presión conlleva una serie de beneficios, que incluyen:

• Flexibilidad de diseño, p. ej. geometrías complejas, estructuras internas y cavidades
• Un proceso de enfriamiento más rápido y uniforme
• La vida útil extendida de una herramienta
• Mayor rendimiento

N.º 2 Considere la impresión 3D para patrones de fundición a la cera perdida

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 oscilar entre $ 3,000 y $ 30,00, con plazos de entrega de una a cuatro semanas. Esto hace que la creación de un molde sea económicamente inviable para la producción en series pequeñas o productos únicos.

Por esta razón, las empresas de fundición y patronaje pueden optar por imprimir patrones en 3D en un material adecuado para la fundición a la cera perdida. Por ejemplo, la estereolitografía se puede utilizar para crear patrones utilizando un láser UV que cura finas capas de resina.

El uso de la impresión 3D para la fundición por inversión puede ayudar a:

• Reducir los plazos de entrega de semanas a días
• Elimina los altos costos de herramientas
• Brinde a los diseñadores más libertad al crear patrones muy complejos

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 tecnologías de estereolitografía (resinas) y FDM (plásticos), creando patrones de alta precisión con excelentes características de quemado.

N.º 3 de moldes y núcleos de arena para impresión 3D

La fundición en arena es otra técnica de formación de metales que se está transformando mediante la impresión 3D.

Por lo general, un proceso de fundición en arena implica la creación de un objeto a partir de metal fundido utilizando arena como molde. Las cavidades del molde se crean empaquetando arena a mano alrededor de un patrón de diseño. El diseño de la fundición a menudo requiere que se coloquen núcleos en el molde para crear los contornos interiores de la fundición.

La impresión 3D puede simplificar este proceso al crear moldes y núcleos de arena directamente desde archivos CAD, sin pasar por los pasos de creación de patrones y núcleos.

Al igual que los patrones de impresión 3D para la fundición por inversión, la impresión en 3D de moldes y núcleos de arena es un proceso automatizado y sin herramientas. Esto significa que se eliminan los costos de herramientas y mano de obra que hacen subir los precios de la fundición de metales.

Los moldes y núcleos de arena generalmente se imprimen en 3D utilizando la tecnología Binder Jetting, que funciona depositando selectivamente un agente aglutinante para pegar la arena, capa por capa.

De esta manera, la impresión 3D ofrece un método rápido y eficiente para la producción de bajo volumen. Actualmente, los sistemas Binder Jetting para impresión 3D de arena pueden alcanzar grandes volúmenes de hasta 4.000 x 2.000 x 1.000 mm, produciendo núcleos y moldes de arena a gran escala. Además, los moldes de fundición en arena impresos en 3D son lo suficientemente fuertes como para soportar el duro entorno de la fundición de metales.

Otros beneficios de la impresión 3D para moldes y núcleos de arena incluyen:

• Tiempos de producción más cortos
• Mayor libertad de diseño para crear piezas fundidas geométricamente complejas (que requerirían patrones y / o cajas de núcleos)
• La capacidad de imprimir núcleos complejos de varias piezas (como un impulsor para una bomba) como un solo cuerpo, eliminando la necesidad de ensamblar componentes separados

Cómo utilizan las empresas la impresión 3D para la fundición de metales

Si bien las herramientas de metal para impresión directa en 3D, como los troqueles, aún están en su infancia, los patrones de fundición de inversión impresos en 3D y los núcleos y moldes de arena ya se utilizan ampliamente y están ganando mayor tracción.

Patrones de fundición de inversión

Los patrones de fundición de inversión impresos en 3D, por ejemplo, se utilizan cada vez más para crear joyas personalizadas con diseños intrincados y productos dentales personalizados, y experimentan 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.

Fundición en arena

Cuando se trata de fundición en arena, cada vez más empresas del sector de la fundición están instalando impresoras 3D de arena para ahorrar dinero en herramientas para pequeñas series de producción y lograr tiempos de entrega más rápidos. Por ejemplo, Hazleton Casting Company está utilizando un sistema de impresión 3D de arena robótica además de sus operaciones tradicionales de fundición para producir núcleos y moldes de arena personalizados y geométricamente complejos a pedido. Para diseños de núcleos complejos, la impresión 3D permite ahorros de costos de hasta un 50% al renunciar a la producción de herramientas.

Herramientas heredadas

A principios de este año, Danko Arlington, una fundición especializada en patronaje y fundición en arena, invirtió en un gran sistema de impresión en arena en 3D, que se utiliza principalmente para reemplazar las herramientas heredadas, que son difíciles y costosas de adquirir, mediante la impresión directa de moldes y núcleos de arena en 3D.

Núcleos de válvulas hidráulicas

Otro ejemplo es Prospect Foundry, con sede en EE. UU., Que ha elegido la impresión 3D en arena para la desafiante tarea de crear complejos núcleos de válvulas hidráulicas. En el pasado, cuando la complejidad de los núcleos prohibía la producción, la fundición tenía que rechazar trabajos como este. Sin embargo, con la impresión 3D, la empresa no solo pudo cumplir con el pedido, sino que también logró una tasa de desperdicio muy baja.

Impresión 3D:una tecnología complementaria para la fundición de metales

Contrariamente a la creencia de que la impresión 3D puede reemplazar los procesos de fundición, es más realista verla como una poderosa adición a los métodos existentes, que van desde la fundición a presión hasta la fundición por inversión y la fundición en arena. Las ventajas son claras:no hay necesidad de fresado CNC u otras herramientas que pueden aumentar los costos.

La impresión 3D es ideal para trabajos de fundición muy complejos y de bajo volumen, lo que facilita una mayor libertad de diseño y rentabilidad en la producción de patrones y moldes.

Dicho esto, es importante tener en cuenta que, si bien la impresión 3D no es la respuesta a todos los problemas de las herramientas de fundición, sí permite realizar tareas desafiantes que antes no hubieran sido posibles.

Con la impresión 3D, y en particular la impresión 3D de metal, que se enfrenta a un rápido crecimiento, es vital que las fundiciones continúen modernizándose con la impresión 3D. Esto ayudará a superar las limitaciones de los métodos existentes y a seguir siendo competitivo en el cambiante panorama de la fabricación.