Fabricación por impresión 3D de piezas metálicas en cera perdida vs DMLS
El mundo de la fabricación de prototipos en aleaciones metálicas y la fabricación de pequeñas series ha avanzado mucho gracias a la tecnología de impresión 3D . Sin embargo, existen algunas técnicas tradicionales que no han desaparecido, sino que han evolucionado.
Este es el caso de la fabricación de cera perdida , una técnica milenaria que evolucionó desde tener que hacer una cera original de forma más o menos artesanal, hacer moldes de cera ligeros y poder fabricar series cortas, hasta finalmente poder fabricar piezas en impresoras 3D de resina, como Form 2 y las impresoras 3D de resina Castable o FDM con materiales especializados para la cera perdida (MoldLay) que han revolucionado el mercado como PolyCast, gracias a su alta precisión y excelente acabado superficial .
Video 1:Fabricación de piezas a la cera perdida utilizando PolyCast. Fuente: Polymaker
Volviendo a los inicios de la impresión 3D, nos encontramos con el PLA, un material económico utilizado por casi todas las impresoras 3D, incluidas las domésticas, capaz de fabricar la pieza original que luego se inserta en una masa de arena y aglomerante para formar un molde al calentarse. en el horno.
Hace algunos años (2015), cuando esta técnica aún no era de uso común, ennomotive, una plataforma de innovación con una comunidad global de ingenieros, les pidió, a pedido de un cliente, que propusieran una innovadora, más rápida y más barata, para realizan sus prototipos en titanio aleaciones para el mundo de la aviación, y si fuera posible, también fabricar series cortas, totalmente funcionales, sin el coste económico y tiempo que implica el proceso tradicional de fabricación de moldes metálicos para inyección o fundición de piezas.
En ese momento, uno de los ingenieros de la comunidad, de la Franja de Gaza, que había desarrollado sus estudios de ingeniería en USA y cuyo proyecto final había sido sobre esta técnica de impresión 3D en PLA y fabricación con el método de la cera perdida lo propuso como solución. Conocía muy bien sus virtudes.
El cliente, incrédulo ante una solución que le ahorró meses y muchos miles de euros , y que no fue utilizado ni propuesto por ninguno de los miles de ingenieros con los que contaba la empresa, comentó:"¿La pieza así fabricada cumple con los estrictos estándares de la normativa aérea?". La respuesta fue demoledora:"Sí, y también están esos que están empezando a usarlo, y podemos ponerte en contacto con quién puede hacerlo, tardará 3 días más en transportarse".
En aquella época impresoras 3D que podían hacer piezas de metal , aún lo hacían con pocas aleaciones, no conseguían los acabados necesarios, ni las mismas especificaciones técnicas de una pieza hecha por moldeo (y centrifugado, o vacío si fuera necesario), aparte de lento y caro .
Pero la tecnología continúa su evolución, y han mejorado las propiedades técnicas de las piezas fabricadas, así como su coste y la cantidad de aleaciones disponibles. Sin embargo, la tecnología de la cera perdida sigue plenamente vigente y evolucionando en base a la impresión 3D FDM, por lo que aunque la tecnología DMLS ha avanzado mucho , ¿cuál sería ahora la recomendación de los ingenieros de la comunidad si volvieran a preguntar en ennomotive.com?
Pues la respuesta es que varía, y mucho, según la pieza, requerimientos técnicos, dimensionales, materiales etc.., y bien podría pasar que por la evolución de los métodos de fabricación, algunos de los ingenieros recomienden:“Modificar el diseño” o “ Cambiar materiales”, como hicieron la primera vez, preguntando por qué esta pieza estaba hecha en una aleación de titanio y no en algún tipo de resina que pudiera cumplir con las especificaciones técnicas exigidas.
Por eso existen una serie de recomendaciones a la hora de elegir la tecnología de fabricación , pero es el ojo experto del ingeniero proyectista, que conoce bien estas técnicas (y ojo porque cada día mejoran) lo que se puede conseguir con la mejor combinación calidad/coste.
- En este momento las dos técnicas obtienen acabados superficiales muy similares , destacando unos u otros en función de la calidad del proceso y del material. Por ejemplo existen impresoras DMLS que ofrecen una gran calidad superficial pero también existen filamentos para impresión 3D FDM (PolyCast) que consiguen un acabado totalmente liso.
- Al igual que con el acabado superficial, con la precisión geométrica el debate es bastante parejo, siendo cierto que con la tecnología DMLS , piezas finales con una precisión mayor de 0.1mm±0.3% se logran.
- En cuanto a tallas, piezas grandes se puede imprimir en la cera perdida , de 2 m por ejemplo, mientras que con DMLS suelen ser más pequeños , aunque posteriormente se pueden unir, alcanzando el tamaño necesario.
- Donde la cera perdida aprovecha, se puede elegir el material que se desee , sin límites, mientras que el catálogo de materiales para DMLS, aunque va en aumento, es limitado.
- Por el contrario, la tecnología DMLS permite formas geométricas más complejas (por ejemplo, estructuras internas) y paredes más delgadas, lo que no permite la tecnología de cera perdida, que permite geometrías complejas pero con un límite.
- El DMLS permite imprimir diferentes componentes a la vez, integrados en una misma pieza (aunque no era así).
- Pero si se tiene a toda velocidad y costo, que es fundamental para la industria, de momento es favorable a la cera perdida, por lo que sigue siendo muy utilizada en la industria aeronáutica; Aunque el rápido avance de la tecnología DMLS la hace más cercana y que cada día es más utilizada en la industria.
Entonces, en la parte mencionada anteriormente , ya que su geometría no era demasiado complicada , y el material era una aleación especial , para la producción de series cortas, probablemente volvería a optar por la cera perdida , sobre todo ahora que existen materiales para impresión 3D FDM como el PolyCast, un filamento desarrollado exclusivamente para la fabricación a la cera perdida. Aunque para cuando leas este artículo, es posible que las tablas hayan cambiado. ¿Volveremos a preguntar a la comunidad de ingenieros? ¿O estaremos al tanto de lo último en impresión 3D?
El desarrollo de materiales y tecnologías es tan rápido que hacen que una solución aceptada hoy como válida, quede desactualizada en menos de 5 años. El ritmo frenético de los avances en fabricación aditiva es imparable.
Artículo en colaboración con ennomotive.
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