Creación de prototipos de fundición acelerada:Eagle Alloy ofrece piezas de bajo volumen rápidas y de calidad

Cuando el tiempo y la flexibilidad son las principales prioridades, la creación rápida de prototipos para piezas fundidas ofrece a los fabricantes una ruta rápida para producir piezas fundidas complejas en pequeñas cantidades. En Eagle Group, este enfoque avanzado respalda tanto el desarrollo de prototipos como la producción de bajo volumen, ayudando a los clientes a refinar los diseños, verificar el rendimiento y pasar del concepto a la producción rápidamente sin los largos plazos asociados con las herramientas permanentes.

Este artículo analiza cómo funciona el flujo de trabajo de creación rápida de prototipos en Eagle Group, desde el modelado digital hasta la impresión y la fundición final, y cómo la integración de moldes de arena impresos en 3D en nuestro proceso de airset brinda a los clientes un camino rápido y adaptable para producción de bajo volumen, diseño iterativo y restauración de piezas heredadas.

La creación rápida de prototipos para piezas fundidas es el uso de técnicas avanzadas para crear rápidamente prototipos físicos funcionales (o los patrones, moldes o núcleos utilizados para fabricarlos) sin herramientas permanentes tradicionales. Como sugiere el nombre, la principal distinción entre la creación rápida de prototipos y la creación tradicional de prototipos es la velocidad:la creación rápida de prototipos ofrece resultados más rápido. 

"Es posible que podamos cotizar muestras utilizando moldes impresos en 3D en seis a siete semanas, mientras que las muestras de herramientas de producción pueden ser 14, dependiendo del cliente y de cuáles sean sus necesidades", afirma Jeff Cook de Eagle Alloy, comparando la velocidad de la creación rápida de prototipos con los flujos de trabajo de fundición tradicionales.

Arriba:Simulación de fundición utilizando el software MAGMA

Si bien la velocidad es la ventaja definitoria, la creación rápida de prototipos no es un proceso único sino una variedad de enfoques de fabricación, cada uno de ellos adecuado a diferentes etapas de desarrollo y tipos de piezas. En la fabricación de metales, los métodos de creación rápida de prototipos se agrupan en tres categorías:aditivos, sustractivos y formativos.

La fabricación aditiva, que incluye la impresión 3D, es una de las principales tecnologías que posibilita la creación rápida de prototipos. Debido a que puede generar prototipos funcionales rápidamente, es ventajoso en proyectos donde se espera que los diseños cambien y la flexibilidad es importante. Este ciclo de desarrollo acortado hace que la fabricación aditiva sea una tecnología valiosa para prototipos y proyectos de fundición de bajo volumen.

Sin embargo, la fabricación aditiva por sí sola suele ser incapaz de ofrecer piezas metálicas funcionales según las especificaciones. Para poder ofrecer piezas fundidas con propiedades similares a las producidas mediante moldeo en cáscara, fundición por aire o fundición a la cera perdida, fundiciones como la nuestra trabajan junto con especialistas en fabricación aditiva.

Eagle Alloy, la fundición de moldes para carcasas y airset de Eagle Group, a menudo emplea moldes de arena impresos en 3D para la creación rápida de prototipos de piezas fundidas. Trabajamos en estrecha colaboración con socios de aditivos confiables como Humtown Additive para incorporar sin problemas moldes y núcleos de arena impresos en 3D en nuestras operaciones de fundición. A partir de un modelo digital de una pieza, los impresores especializados crean moldes y núcleos de arena construyéndolos capa por capa. Una vez impreso, cada molde se limpia, cura y luego se entrega a Eagle Alloy para su vertido y acabado.

Este enfoque sin herramientas es ideal para trabajos que requieren iteraciones rápidas o requieren solo una pequeña cantidad de piezas. También permite características internas y complejidades de diseño que son difíciles (o a veces imposibles) de lograr con los métodos tradicionales de fabricación de núcleos.

¿Cuándo tiene sentido la creación rápida de prototipos para la fundición de metales?

La creación rápida de prototipos es más eficaz cuando la velocidad, la flexibilidad o la complejidad del diseño son factores clave en un proyecto de fundición. El proceso es ideal para:

• Probar nuevos diseños o materiales antes de comprometerse con herramientas permanentes
• Lograr un prototipo funcional sin inversión permanente en herramientas
• Producir pequeñas cantidades (menos de 100 piezas) sin largos plazos de entrega
• Iteración rápida cuando se esperan cambios de diseño y se necesita flexibilidad
• Fundición de piezas con geometrías complejas , como mallas o canales internos superpuestos
• Cumplir con los ciclos de desarrollo que requieren plazos de entrega cortos
• Conversión de componentes fabricados en componentes fundidos cuando es necesaria una validación temprana antes de la producción total
• Reemplazar piezas heredadas o difíciles de conseguir cuando las herramientas originales no están disponibles o su reproducción tiene un costo prohibitivo

Tolerancias dimensionales y detalles de fundición

Los moldes impresos en 3D de Eagle Alloy logran tolerancias comparables a nuestro proceso estándar de airset. El siguiente cuadro resume estas tolerancias de rendimiento.

Tolerancias dimensionales

Lineal: ±0.045″ por pulgada
Angular: ±1 grado

Características de fundición

Acabado superficial: 200-420 RMS
Espesor mínimo de pared: 0,250″ (6,35 mm)
Pesos típicos de las piezas: 2-400 libras
Tamaños de ejecución típicos: 1-100 partes

Descripción general del proceso de creación rápida de prototipos

Nos asociamos con fabricantes de aditivos confiables para producir moldes y núcleos de arena directamente a partir de los modelos CAD de nuestros clientes y luego los integramos en nuestro flujo de trabajo de vertido y acabado para crear piezas fundidas de acero de densidad completa. Los pasos siguientes detallan cómo se desarrolla el proceso rápido de creación de prototipos en Eagle Alloy.

1. Discusión de los objetivos del proyecto con el cliente.
   Cada compromiso de creación rápida de prototipos comienza con una discusión colaborativa para comprender los objetivos del cliente, los requisitos de las piezas y el rendimiento esperado. Ya sea que los clientes traigan un concepto, un plano 2D, un modelo 3D o una pieza existente que necesita ingeniería inversa, adaptamos el proceso para encontrarlos donde estén.
2. Decidir el material
   Una vez definidos los objetivos de un proyecto, nuestros ingenieros trabajan con los clientes para determinar la aleación más adecuada en función de la resistencia, la durabilidad, el entorno operativo y las consideraciones de costos. La selección de materiales en esta etapa garantiza que todo el trabajo de diseño y simulación posterior esté alineado con las necesidades de rendimiento del mundo real.
3. Desarrollo de modelos CAD, ya sea directamente del cliente o con la ayuda de ingenieros de Eagle Alloy
   Los clientes pueden proporcionar archivos 3D completos, información dimensional parcial o solo una muestra física.
   • Para impresiones 2D o listas dimensionales, nuestro equipo crea un modelo 3D completo utilizando software CAD.
   • Si el cliente proporciona una pieza existente en lugar de especificaciones de diseño o planos, debemos realizar ingeniería inversa. Utilizando herramientas manuales, escáneres láser portátiles o CMM, los ingenieros de Eagle Group obtienen información dimensional y luego ingresan los datos en el software CAD para crear un modelo 3D de la pieza.
4. Diseño de puertas mediante simulación de puertas
   Utilizando una simulación de solidificación avanzada, diseñaremos y optimizaremos las compuertas y los elevadores. La simulación nos permite predecir cómo el metal entrará en la cavidad del molde y se comportará a medida que se enfríe, lo que nos permitirá tener en cuenta la contracción natural y abordar posibles defectos antes del vertido.
5. Impresión 3D de núcleos/moldes de arena respaldada por socios
   Una vez validado el diseño de la entrada, colaboramos con socios confiables de fabricación aditiva para producir moldes de precisión y componentes centrales con arena aglomerada.
6. Montaje de moldes y machos impresos
   El molde impreso en 3D y los componentes centrales se entregan a nuestra fundición para su montaje. Se combinan con los flujos de trabajo de vertido tradicionales en Eagle Alloy para garantizar una alineación, ventilación y preparación adecuadas para que los componentes funcionen según lo previsto durante el vertido.
7. Fundición utilizando métodos de vertido convencionales
   Una vez ensamblado el molde, la pieza se funde utilizando las prácticas de fundición estándar de Eagle Alloy. Los operadores controlan cuidadosamente la temperatura, la velocidad y el manejo del vertido para que coincidan con los parámetros establecidos durante la simulación y garanticen fundiciones de acero precisas y libres de porosidad y otros defectos.
8. Pruebas y validación internas
   Cada prototipo se somete a una evaluación exhaustiva para confirmar la integridad dimensional y metalúrgica. Nuestros métodos de inspección incluyen:
   • Escaneo láser para una comparación dimensional de alta resolución de la pieza física con CAD
   • Pruebas de partículas magnéticas para detectar discontinuidades superficiales y cercanas a la superficie
   • Inspección por rayos X para identificar defectos internos y verificar la uniformidad de la pared
     

¿Quiere obtener más información sobre cómo diseñamos productos fundidos utilizando software de solidificación y modelado 3D? Echa un vistazo a nuestro Diseño de productos fundidos publicación de blog.

Arriba:moldes y núcleos impresos en 3D en las instalaciones de Eagle Alloy, listos para su montaje

Estudio de caso de prototipo rápido de Eagle Group

Si se pregunta cómo se ve este flujo de trabajo en la vida real, nuestro proyecto de creación rápida de prototipos PBR es un gran ejemplo.

Eagle Alloy y Eagle CNC replicaron un componente clave de una lancha patrullera de la era de Vietnam mediante la creación rápida de prototipos y una fabricación moderna mediante fundición y máquina. Sin planos y solo con una pieza original corroída y rota, el equipo tuvo que realizar ingeniería inversa, comenzando con el escaneo 3D para crear un modelo digital preciso.

Eagle Alloy diseñó el molde, realizó simulaciones de solidificación y se asoció con Humtown Additive para imprimir moldes de arena en 3D. Debido a que la pieza original (hecha de hierro Ni-Hard) se había vuelto quebradiza con el tiempo, los ingenieros de Eagle Group seleccionaron acero inoxidable para una mayor durabilidad y rendimiento a largo plazo.

Después de que Eagle Alloy vertió las nuevas piezas fundidas, las piezas se trasladaron a Eagle CNC, donde su equipo utilizó herramientas personalizadas y mediciones cuidadosas durante el proceso para mecanizar todas las características críticas y garantizar que el ensamblaje final encajara y funcionara según lo planeado.

¿El resultado? Un componente de acero inoxidable completamente rediseñado que devolvió la vida a un buque de guerra de importancia histórica.

Lea el estudio de caso completo aquí.

Por qué está creciendo la demanda de creación rápida de prototipos

La demanda de creación rápida de prototipos está creciendo porque elimina la necesidad de herramientas permanentes, ofrece iteraciones más rápidas con mayor flexibilidad para cambios de diseño, permite funciones y canales internos complejos y acorta los plazos de desarrollo. Este flujo de trabajo, que utiliza moldes y núcleos impresos en 3D, puede hacer que las piezas fundidas lleguen a manos de los clientes en semanas en lugar de meses. La creación rápida de prototipos ofrece a los clientes una forma de equilibrar la velocidad, la certeza del diseño y los requisitos del proyecto, haciéndolo atractivo, pero solo para proyectos que cumplen con los criterios correctos.

La creación rápida de prototipos puede ser especialmente valiosa para componentes únicos, únicos o de baja producción, donde su flexibilidad y entrega más rápida pueden compensar su mayor costo por pieza. Como resume Cook:"Las muestras hechas a partir de moldes impresos en 3D son más caras, pero más rápidas". Sin embargo, la creación rápida de prototipos no es rentable para la producción de piezas fundidas de gran volumen y muchas fundiciones tienen dificultades para encontrar usos para la nueva tecnología.

Arriba:molde impreso en 3D antes de la inserción del núcleo

Al mismo tiempo, según Brandon Lamoncha de Humtown Additive, la industria está adoptando cada vez más flujos de trabajo híbridos. "Lo que estamos empezando a ver cada vez más en la producción es que se trata de un proceso más híbrido", dice Lamoncha. "Una fundición producirá un patrón para crear la forma exterior de la pieza fundida y el molde, pero las partes internas altamente complejas, desde una carcasa de turbo hasta una culata y cuerpos de válvulas para sistemas de aire, hidráulicos o neumáticos, esas geometrías complejas ahora se producen cada vez más mediante impresión 3D y se combinan con un molde tradicional hecho a partir de un patrón".

Para la mayoría de los proyectos que van más allá del desarrollo inicial, los métodos de fundición tradicionales, como el moldeo en carcasa y la fundición a la cera perdida, aún ofrecen una precisión y consistencia superiores, con costos de piezas mucho más bajos en volúmenes más altos. Por lo tanto, el enfoque más efectivo a menudo no es una decisión entre uno u otro, sino una evaluación cuidadosa de qué tan rápido se pueden aplicar los métodos tradicionales y de creación de prototipos (individualmente o juntos) en función del cronograma, la complejidad del diseño y las necesidades de cantidad de un proyecto.

Por qué es importante una fundición con experiencia para la creación rápida de prototipos

Asociarse con una fundición calificada brinda experiencia en fundición de extremo a extremo que agiliza todo el camino desde el diseño hasta la producción. Los clientes trabajan directamente con nosotros porque mantenemos nuestras piezas fundidas de creación rápida de prototipos con el mismo estándar que nuestras piezas fundidas. Nuestro compromiso es entregar piezas fundidas según las especificaciones, utilizando el mejor método de fabricación posible para cada proyecto.

Cómo Eagle Alloy respalda su proyecto, desde el inicio hasta la entrega

Lamoncha, que colabora regularmente con Eagle Alloy en proyectos de fundición con moldes impresos en 3D, resume la diferencia que puede suponer un equipo de fundición experimentado:"Recibimos clientes que tienen una idea en una hoja de papel y podemos plasmarla desde un boceto en servilleta o una impresión 2D o un modelo 3D hasta la fundición. Pero el tiempo desde que empiezas a hablar de un proyecto hasta que tienes algo en tus manos puede pasar semanas o meses".

"Cuando trabaja con Eagle", continúa Lamoncha, "Humtown recibe lo opuesto a Napkin Sketches. Humtown recibe paquetes completos de datos técnicos con todas las autorizaciones, encogimiento por pie y otras consideraciones de fundición listos para imprimir, lo que hace que el proceso y el flujo de trabajo sean mucho más rápidos".

En Eagle Alloy, no solo brindamos acceso a moldeo impreso en 3D para trabajos de fundición de respuesta rápida, sino que también ofrecemos un alto nivel de experiencia en fundición e ingeniería para cada proyecto. Nuestros ingenieros evalúan si la creación rápida de prototipos es la mejor opción para su cronograma, complejidad del diseño y necesidades de cantidad, y brindamos orientación temprana para evitar problemas de fundición y rediseños costosos. Ya sea que esté pasando del prototipo a la producción o de la fabricación soldada a los componentes fundidos, lo guiaremos a través del proceso y garantizaremos un cambio sin problemas hacia la fabricación completa.

Solicite una cotización o comuníquese con nuestro equipo para iniciar la conversación.