Cómo la impresión 3D está revolucionando el moldeo en arena

El moldeo en arena tiene una historia que se remonta a miles de años y ha permanecido prácticamente sin cambios durante ese tiempo. Sin embargo, las cosas están cambiando ahora, gracias a la impresión 3D. Aquí hay algunos de los resultados de esos esfuerzos.

Ayudando a una empresa bien establecida a mantenerse innovadora

En el mercado altamente competitivo de hoy, incluso empresas establecidas hace más de un siglo tienen que mejorar continuamente para mantener satisfechos a los clientes y evitar que vayan a otra parte por servicios. D.W. Clark es una empresa de fundición de múltiples aleaciones que implementó la impresión 3D para sus métodos de moldeo en arena y obtuvo resultados notables.

La empresa acortó supuestamente su tiempo de entrega de meses a semanas mientras eliminaba los métodos tradicionales de herramientas y patrones. D.W. Clark usa tecnología de inyección de aglutinante, y el vicepresidente Jeff Burek dio un ejemplo de los plazos potencialmente acortados.

"Tenemos un cliente que quería que termináramos de mecanizar un impulsor en dos semanas. Y sin haber usado la máquina por más de un par de construcciones, pudimos diseñar el molde en un par de días, imprimirlo, verter la fundición, tratar térmicamente la fundición y terminar de mecanizar la fundición todo dentro de dos semanas."

Otra ventaja de llevar la impresión 3D al moldeo en arena es que reduce los costos asociados con la producción de piezas complejas. La impresora trabaja a partir de un archivo digital que los representantes pueden reproducir rápidamente cuando se necesita. Además, la impresora seleccionada por la empresa usa menos arena que los procesos de fundición convencionales. Ese beneficio significa que gasta menos en materiales.

Este caso de estudio es un ejemplo de cómo el moldeo en arena puede ayudar a empresas establecidas desde hace mucho tiempo a mantenerse relevantes y seguir satisfaciendo las necesidades de los clientes mientras logran otros beneficios que les ayudan a permanecer resilientes.

Facilitando la creación de prototipos manteniendo bajos los costos

Aplicar la impresión 3D al moldeo en arena también es una alternativa atractiva cuando las empresas quieren acortar el tiempo de creación de prototipos. GRATZ Engineering es una empresa alemana con varias ubicaciones en todo el país y poco menos de 250 empleados. Descubrieron que usar la impresión 3D durante proyectos de moldeo en arena era particularmente ventajoso durante la creación de prototipos. La empresa suele depender del moldeo en arena con impresión 3D, así como de sinterizado láser directo de metal (DLMS).

Andreas Steinbronn, jefe de gestión de piezas, dijo: "La impresión 3D de metal como el sinterizado láser siempre es demasiado costosa si la velocidad no es un problema. Si tenemos dos o tres semanas para el prototipo, generalmente preferimos usar una combinación de fundición de metal clásica con moldes de arena impresos en 3D o patrones de fundición a la cera perdida hechos de polimetilmetacrilato."

Steinbronn continuó: "Esto reduce los costos enormemente, y la mayor durabilidad y estabilidad de los componentes es, por supuesto, también una ventaja. Los aspectos más prácticos son los grandes volúmenes de construcción y las rápidas tasas de impresión."

También hubo una comparación directa de impresión 3D versus DMLS: "Con los sistemas de impresión por inyección de aglutinante, podemos producir directamente varias variantes de nuestros prototipos, como turbocompresores, en paralelo y anidados unos sobre otros en un solo proceso de impresión 3D, y no solo en un nivel, como es el caso con DMLS."

Permitiendo a las empresas crear prototipos de nuevos diseños más ligeros y delgados

El moldeo en arena es un método perpetuamente popular para fabricar piezas metálicas complejas. Además de la eficiencia y rentabilidad que ofrece, hay un aspecto de reutilización. Cada molde creado con moldeo en arena es un artículo de un solo uso. Sin embargo, después de sacar las piezas terminadas de los moldes, las personas pueden reutilizar la mezcla de arena para futuros proyectos de moldeo.

Combinar el moldeo en arena con la impresión 3D ofrece otro tipo de sostenibilidad. Permite a los clientes inspeccionar a fondo los prototipos y someterlos a pruebas rigurosas antes de que comience la producción, ahorrando tiempo y dinero sustanciales.

Una empresa británica llamada Brooks Crownhill Ltd. (BCP) usa moldeo en arena 3D al fabricar carcasas para motores eléctricos y piezas de automóviles. Lee Henderson, el director de ventas de la empresa, aclaró que el negocio no es ajeno a este proceso emergente.

"Hemos estado usando impresión 3D y fundición, o fundición impresa, por bastante tiempo ahora. Las inmensas ventajas son obvias. El proceso es rápido, rentable y da a los diseñadores una enorme libertad creativa. Esto es importante para repensar componentes establecidos y ahorrar la mayor cantidad de material posible, por ejemplo, optimizando la topología de los componentes," dijo Henderson.

Henderson también discutió cómo el uso de impresión 3D para moldeo en arena permitió a BCP abordar las necesidades emergentes de los clientes. Los clientes demandan con más frecuencia diseños nuevos más ligeros y delgados. Dijo que los procesos convencionales, como el fresado o el disparo de núcleos, no acomodaban las geometrías de las piezas de los clientes. Sin embargo, el moldeo en arena con impresión 3D sí lo hace. Henderson dijo que muchas personas desconocen los beneficios que la impresión 3D y el moldeo en arena pueden aportar. Sin embargo, resultados como estos podrían ayudar a que la opción gane tracción.

Permitiendo a las fundiciones reutilizar bienes inmuebles

Antes de que la impresión 3D se convirtiera en una opción, las fundiciones no tenían más opción que dedicar grandes secciones de sus instalaciones para albergar placas de coincidencia con patrones. Esos patrones representan copias de piezas hechas para clientes. Las personas que trabajan en fundiciones dependen de esas placas cada vez que un cliente les pide que creen una pieza de nuevo. Las filas de esas placas de coincidencia a menudo se vuelven tan expansivas que las fundiciones pagan almacenes para guardarlas.

Sin embargo, dado que la impresión 3D se basa en archivos digitales, las empresas que la usan para moldeo en arena pueden minimizar o incluso eliminar la práctica de mantener placas de coincidencia físicas in situ. Howard Rhett trabaja en Viridis3D, una empresa especializada en impresión 3D para moldeo en arena. Señaló que la digitalización ofrecida por la impresión 3D significa que las empresas ya no necesitan preocuparse por cuestiones como el control de humedad o mantener plagas fuera de las instalaciones de almacenamiento.
En su lugar, pueden almacenar los patrones de uso medio-bajo en una memoria USB. Esa es una opción portátil que elimina muchas de las inconveniencias asociadas con los métodos de almacenamiento tradicionales. Si las fundiciones liberan suficiente espacio, podrían usarlo para otros propósitos, como hacer crecer su negocio y permitir la expansión.

Además, tener los archivos de los clientes en formato digital acelera el tiempo entre cuando una fundición recibe un pedido de cliente y los representantes comienzan a trabajar en él. En algunos casos, los trabajadores de la fundición pueden verter metal fundido en un molde grande el mismo día que reciben un archivo digital.

Demostrando que el proceso aporta múltiples beneficios

La investigación en curso muestra que las personas pueden anticipar numerosas ventajas si deciden usar impresión 3D para moldeo en arena. Una investigación involucró comparar la impresión 3D y el moldeo en arena convencional al fabricar un cuenco de bomba.

El equipo encontró que el enfoque impreso en 3D tomó solo 26 horas para imprimir las partes del molde de arena. Ese es un plazo sustancialmente más corto en comparación con las más de seis semanas requeridas para que el enfoque tradicional alcance ese paso. Además, el cuenco impreso en 3D era aproximadamente 300 micrones más suave que su contraparte. También era casi un 27 % más ligero que el cuenco fundido tradicionalmente.

Otro proyecto de investigación comparó las diferencias entre un molde cerámico hecho con impresión 3D y moldeo en arena y la técnica tradicional. La opción hecha con impresión 3D era un 95 % más ligera y tenía un rendimiento metálico optimizado en un 29 % en comparación con el molde cerámico fundido convencionalmente. Otra diferencia fue que el método tradicional tomó casi el doble de tiempo para la fabricación. Eso fue porque el equipo tuvo que hacer un patrón de dos partes y suavizar su superficie.

La impresión 3D cambia el juego en el moldeo en arena

Estos ejemplos destacan por qué las personas ven cada vez más la impresión 3D como una alternativa atractiva al moldeo en arena tradicional. Aún no es una práctica generalizada, pero eso podría cambiar pronto. A medida que más empresas experimentan con ella y obtienen resultados impresionantes, otras fundiciones deberían seguir su ejemplo y hacer la técnica más común.