El prototipado rápido revoluciona la microfusión para las industrias aeroespacial, automotriz y de defensa

En la industria manufacturera, especialmente en sectores clave como la aviación, la aeroespacial, la defensa nacional y la automoción, los componentes básicos suelen ser piezas metálicas, y un número considerable de estas presentan geometrías asimétricas, superficies curvas irregulares o estructuras complejas y de alta precisión.

La producción de estas piezas a menudo recurre al mecanizado por despiece o a la microfusión (investment casting). La microfusión requiere un molde maestro o de transición para replicar las piezas metálicas; el diseño y fabricación de estos moldes se ha convertido en un cuello de botella que limita la producción de fundidos.

La tecnología de prototipado rápido puede suministrar rápidamente los modelos de cera necesarios para la microfusión. Esto resuelve problemas inherentes al proceso tradicional, como los largos ciclos de preparación de los modelos de cera, los elevados costes de producción y la dificultad para fabricar estructuras complejas como superficies curvas, mejorando drásticamente la eficiencia y la flexibilidad de fabricación.

Proceso de producción de la tecnología de prototipado rápido

• La tecnología de fabricación por prototipado rápido (RPM, por sus siglas en inglés) abarca métodos de moldeo como SLS, SLA y SLM. Integra logros tecnológicos modernos como CAD, control numérico, tecnología láser y ciencia de materiales.
• A diferencia de los métodos de fabricación tradicionales, el proceso de prototipado rápido comienza generando un modelo sólido o de superficies 3D CAD del producto, convirtiéndolo al formato STL estándar para archivos RP y corrigiendo los errores de conversión.
• Posteriormente, los datos de cada capa se transmiten a la máquina de prototipado rápido. Mediante fabricación aditiva y usando el láser como fuente de calor, cada capa se sinteriza o funde sucesivamente, uniéndose a la anterior hasta completar la pieza completa.
• El método SLS utiliza diversos polvos sinterizables, como cera de parafina, plásticos, polvos metálicos de bajo punto de fusión o sus mezclas. La selección del material adecuado según los requisitos del proceso permite la producción rápida de modelos físicos del producto.

Proceso combinado de prototipado rápido y microfusión

La microfusión es el método de conformado más preciso de todos los procesos de fundición, ofrece excelente repetibilidad y reduce los requisitos de mecanizado posterior. Requiere el diseño y fabricación de modelos de cera u otros moldes desechables.

Según la complejidad y dimensiones del fundido, el ciclo de producción suele durar de varias semanas a varios meses. Tras obtener el molde, se necesita otra semana para producir el fundido. La mayor parte del tiempo se consume en la fabricación de los modelos de cera y las cubiertas cerámicas, lo que encarece los costes de utillaje y alarga los plazos, especialmente en producciones de bajo volumen.

La tecnología RPM puede conformar directamente modelos de cera para microfusión sin necesidad de fabricar moldes. El modelo de cera producido por prototipado rápido láser (SLS) está hecho de polvo de parafina.

El proceso tecnológico consiste en extender una capa de polvo sobre la mesa de trabajo y sinterizarla selectivamente con un haz láser controlado por computadora (las zonas huecas del componente no se sinterizan, permaneciendo como material en polvo), de modo que las partes sinterizadas se solidifican juntas formando la parte sólida del componente.

Tras completar una capa, se procede a la siguiente, que se sinteriza firmemente a la anterior. Una vez finalizado todo el sinterizado, se elimina el exceso de polvo para obtener el modelo de cera sinterizado.

La tecnología RPM se caracteriza por una amplia gama de materiales: el polvo de parafina para modelos de cera de microfusión, polvo cerámico para construir cubiertas cerámicas y polvo metálico para establecer moldes metálicos de prensado de modelos de cera.

La aplicación del prototipado rápido en la microfusión puede dividirse en tres situaciones:

• Conformado de modelos de cera o de espuma perdida (patrones para microfusión), utilizados para producción en pequeñas series, desarrollo de productos o preserie de fundidos complejos.
• Conformado directo de cubiertas para producción en pequeñas series.
• Prototipado rápido del molde maestro para conformar el modelo de cera, empleado en producción en serie.
• Estos métodos resuelven el problema del cuello de botella en la fabricación de modelos de cera del proceso tradicional.

Conclusión

El uso de tecnología de prototipado rápido para construir modelos de cera en microfusión evita las restricciones en la forma de los fundidos y en el proceso de desarrollo derivadas de la producción de moldes maestros metálicos, acortando drásticamente el ciclo de desarrollo. Además, el coste ahorrado en la fabricación de moldes puede destinarse a la I+D y producción de fundidos de alta precisión más complejos y avanzados.

El prototipado rápido y la microfusión son complementarios. Sin prototipado rápido, la producción del molde maestro sería el cuello de botella de la microfusión; y sin microfusión, la aplicación del prototipado rápido también tendría grandes limitaciones.