Microfusión explicada: historia, proceso y técnicas modernas

• La microfusión (investment casting) es uno de los procesos de fabricación metálica centenarios, que se remonta 5.000 años. En sus formas más antiguas se usaba cera de abeja para formar los modelos necesarios. Hoy se emplean ceras avanzadas, materiales refractarios y aleaciones especializadas. El metal fundido se vierte en un molde consumible de material cerámico refractario con un modelo de cera. La cera se funde y sale, el metal se solidifica dentro del molde cerámico y las piezas fundidas emergen. Por eso la microfusión se conoce como «fundición a la cera perdida».

• Recibe su nombre porque el proceso «invierte» (rodea) el modelo con material refractario para hacer el molde, y se funde una sustancia fundida en él. La mayoría de metales pueden fabricarse por microfusión: aleaciones de aluminio, latón, aleaciones de cobre, bronce, aceros, hierro fundido, acero inoxidable.

• La cavidad interna del molde refractario es una réplica exacta de la pieza deseada. Debido a la dureza de los materiales refractarios, el proceso de cera perdida genera normalmente piezas complejas de alta precisión con excelente acabado superficial, como álabes de turbina o componentes de armas. Las aplicaciones a alta temperatura son comunes: piezas para automoción, aviación e industria militar. A veces la microfusión puede reducir o incluso eliminar la necesidad de mecanizado, siendo a menudo la única forma económica de fabricar una pieza.

• La microfusión con silicato sódico (water glass) y con sol de sílice (silica sol) son los dos métodos principales actuales. Las principales diferencias son la rugosidad superficial y el coste. El método water glass descebra en agua a alta temperatura y el molde cerámico es de arena de cuarzo con silicato sódico. El método silica sol descebra en llama rápida y el molde cerámico es de arena de circonio con sol de sílice. El método silica sol cuesta más pero logra mejor superficie. Precise Cast ofrece ambos métodos como opciones para clientes de distintas industrias, cubriendo diversos pesos de componentes.

Pasos principales del proceso de microfusión

Pasos del proceso de microfusión en Precise Cast:

Podemos producir fundidos de microfusión de alto nivel en variedad de dimensiones y formas. En nuestra fundición, el proceso se opera con la tecnología más avanzada de China. En todo el proceso, todas las aleaciones metálicas están disponibles, personalizamos fundidos según sus especificaciones de material.

Diseño y fabricación de molde de microfusión:

Es el primer paso del proceso de microfusión metálica, base para lograr productos de precisión y paso fundamental para hacer modelos de cera. Precise Cast cuenta con centros de mecanizado CNC de clase mundial para producir moldes de fundición de alta precisión y ofrece servicio de utillaje rápido a clientes.

Fabricación de modelos de cera:

Un modelo que replica las geometrías de la pieza final se hace por dos métodos principales:

Fabricar un molde de inyección de cera: el modelo se obtiene inyectando cera en el molde. Obtenemos un modelo con las mismas dimensiones que el producto deseado. Repetimos la inyección para más modelos.

Modelo de cera impreso en 3D.

Ensamblaje de cera:

Tras finalizar los modelos, se ensamblan en coladas (runners) y luego en un árbol completo listo para inmersión.

Estucado (Stuccoing):

Tras el recubrimiento de lechada (slurry), se dejan caer partículas de arena sobre la superficie del árbol húmedo, lo que ayuda a engrosar y reforzar la capa de recubrimiento sobre el ensamblaje de cera.

Descebrado (Dewaxing):

La cera dentro de la carcasa recién construida se elimina introduciendo la carcasa en un autoclave de descebrado al vapor o en horno de llama rápida. La cera se funde y sale por la colada y el canal de vaciado a alta temperatura. Los moldes de carcasa cerámica deben cocerse para eliminar los últimos restos de material del modelo y precalentar el molde para la fundición. Normalmente entre 1600-2000 °F (870-1090 °C), por eso la microfusión también se llama «fundición a la cera perdida».

Fundición o vaciado:

El metal fundido se vierte en las cavidades del molde precalentado. El vaciado es el paso clave de todo el proceso.

Enfriamiento:

El molde reposa para que el metal se enfríe y solidifique a temperatura ambiente, convirtiéndose en los fundidos finales.

Eliminación de la carcasa:

El material de la carcasa se elimina mediante procesos como golpeteo, vibración o granallado con granalla de acero.

Corte de fundidos:

Las piezas fundidas terminadas se separan del sistema de colada y canal, y se elimina el exceso de metal del cuerpo del fundido por rectificado.

Acabado:

Se emplean diversas técnicas: tratamiento térmico, rectificado, pulido, granallado/chorro de arena y recubrimiento para lograr la superficie final requerida.

Tratamiento térmico: mejora las propiedades mecánicas de los brutos. Principales procesos: normalizado, temple, revenido, cementación.

Granallado/chorro de arena: para eliminar incrustaciones y lograr mejor acabado, los fundidos se granallan con pequeñas bolas de acero.

Pintura antióxido y tratamientos superficiales: para evitar oxidación, los fundidos se sumergen en agua o aceite antióxido. Otros tratamientos como pintura, galvanizado también pueden realizarse en este paso.

Inspección de calidad:

La inspección es uno de los pasos más importantes para el control de calidad. Una vez finalizadas las operaciones de acabado, las piezas se inspeccionan según planos y requisitos técnicos. Inspección visual y por penetrante fluorescente para superficies y rayos X para identificación de defectos subsuperficiales.

Aplicaciones principales de la microfusión

• Beneficiosa para fundir metales con altos puntos de fusión. Por la variedad de productos que puede producir, tiene aplicaciones universales en la industria.

• Piezas típicas producidas por microfusión: estructuras complejas como álabes de turbina o componentes de armas (receptores, gatillos, martillos). Los fundidos de microfusión se usan incluso en fabricantes de equipos para bebidas y válvulas de alivio de presión en petróleo y gas. Ampliamente usados en aeroespacial, médica, joyería, automoción, aviación e industria militar.

• Componentes fabricados por microfusión también resultan en productos como fijaciones dentales, engranajes, levas, trinquetes, joyería, componentes de maquinaria y otras piezas de geometría compleja. Sea cual sea su industria, si su negocio puede beneficiarse de las ventajas de las piezas de microfusión, podrían ser la opción metálica perfecta para todos sus proyectos.

Ventajas del proceso de microfusión

Rango de tamaño:

Pueden producirse piezas de más de 1000 libras (450 kg), aunque la mayoría son pequeñas. Esta capacidad está limitada a pocos fundidores y requiere tratamiento profesional especial. Para la mayoría, el peso suele oscilar entre onzas y 20 libras (9 kg).

Multifuncional y formas complejas:

• La microfusión logra tolerancias de alta precisión y contornos exteriores complejos, pudiendo cumplir requisitos técnicos que las máquinas-herramienta no alcanzan. Permite que las piezas alcancen el estándar de forma neta o casi neta, reduciendo drásticamente el coste de mecanizado posterior.

• El proceso es la mejor alternativa a soldadura y fabricación. Permite combinar múltiples componentes en un solo fundido, reduciendo complejidad productiva y mejorando eficiencia y precisión dimensional.

Superficie precisa y lisa:

• Vertiendo cera en un molde de aluminio pulido se produce un modelo liso. 125 micro-pulgadas (3,2 µm) es el estándar, y superficies aún más finas son comunes.

• La carcasa cerámica se construye sobre el modelo. A diferencia de los dos medios moldes de la fundición en arena, la microfusión no tiene línea de partición al ser un solo molde. El estándar de defectos superficiales se acuerda con el cliente según su función.

Precisión dimensional:

• Generalmente, la tolerancia estándar para la primera pulgada es ±0,010 pulg (0,25 mm), y para cada pulgada adicional ±0,004 pulg (0,1 mm).
• El paso de diseño del dibujo puede disminuir u omitir los requisitos de mecanizado posterior, comparado con la misma pieza sin diseño.
• Ya sea fundición, pieza mecanizada o componente fabricado, el coste de producción es directamente proporcional al requisito de precisión dimensional. Mediante revisión rigurosa del diseño, se modifican tolerancias, rebajes, agujeros ciegos, etc. para aumentar rendimiento y reducir coste. Cuanto mayor la precisión de tolerancia de fundición, menos mecanizado posterior requieren los fundidos de microfusión frente a otros fundidos tradicionales o componentes fabricados.

Calidad e integridad:

Una característica vital es la integridad del fundido. La microfusión tiene larga historia sirviendo a sectores exigentes: turbinas de gas, petróleo, química, defensa y médica.

Precauciones al usar microfusión

Coste de procesamiento:

Para requisitos de bajo volumen, la microfusión puede ser más cara que otros procesos si se persigue utillaje. En ese caso, SLA o modelos 3D impresos pueden ser alternativas rentables (incluso para una sola unidad).

El coste inicial del molde es factor clave para determinar si la microfusión aporta mayor valor. El molde suele constar de múltiples partes ensambladas para hacer piezas de forma compleja. Este coste inicial no es insignificante pero puede compensarse por la ausencia de mecanizado y/o fabricación posteriores.

Restricciones de tamaño:

La microfusión puede crear piezas con amplia gama de tamaños y tiene menos limitaciones que otros procesos, como la fundición en arena.

Tiempo:

Comparado con otros procesos, aunque el proceso multi-paso de microfusión lleva más tiempo, requiere menos operaciones de mecanizado CNC posteriores que otros procesos.

Nuestro equipamiento

Nombre del equipo	Cantidad	Tiempo medio de servicio
Máquina de inyección de cera	30 juegos	4 años
Máquina de pulido vibratorio	12 juegos	3 años
Soldadora de agua	3 juegos	3 años
Máquina de soldar	15 juegos	4 años
Máquina de brochar	2 juegos	5 años
Horno de tratamiento térmico	2 juegos	5 años
Soporte de pulido y abrillantado	50 juegos	4 años
Máquina de granallado	15 juegos	8 años
Horno de sinterización	9 juegos	8 años
Lavadora	10 juegos	8 años
Torno automático CNC tipo suizo	20 juegos	4 años
Tornos CNC	30 juegos	5 años
Centro de mecanizado CNC	25 juegos	4 años
Unidades de roscado y taladrado	80 juegos	6 años

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Obtendrá mejor servicio en Precise Cast, ya que podemos satisfacer todas sus necesidades únicas de microfusión de prototipos rápidos. Suministramos constante y consistentemente servicios de prototipos rápidos y producción, esforzándonos al máximo para hacer realidad sus ideas de diseño. Si tiene requisitos específicos para fundidos de microfusión de prototipos, solicite una cotización para saber más.