Prototipos de arena para moldes y machos de fundición.
Mediante tecnologías de prototipado 3D, se pueden fabricar piezas directamente en arena para que luego puedan servir como machos y moldes para fundición de piezas complejas. El diseño CAD 3D del prototipo se realiza directamente en la impresora tridimensional, va de lo virtual a lo real imprimiendo en 3D el modelo CAD. Proceso de construcción a través de aglutinado de polvo. Se pueden fabricar prototipos funcionales, conceptuales, modelos a color o monocromáticos y con amplia variedad de aplicaciones. De esta forma se eliminan todos los elementos convencionales para la fabricación de machos, lo que conlleva la posibilidad de obtener las primeras piezas prototipo sin entrar en costes ni plazos elevados. Los moldes de arena convencionales se obtienen mediante la fabricación previa de unas cajas de molde o modelos, generalmente fabricados mediante CNC. Estos modelos pueden ser de madera, resina o incluso metal dependiendo del número de moldes de arena que deseemos obtener, y por tanto de lo automatizado que este el proceso. Todos estos utillajes son relativamente caros y consumen mucho tiempo. La posibilidad que nos da la impresión 3D en Arena es la de obtener una preserie de moldes de arena para poder colar el metal y así validar el diseño de pieza y molde. De esta forma ahorramos mucho tiempo y dinero que se perdería en posibles modificaciones.
MATERIAL
El material para fabricar prototipos de arena utilizables en los procesos de fundición convencionales de moldeo en arena, son arena convencional + aglutinante que permite su adhesión y fabricación por capas en impresoras 3D. Las características más llamativas de esta tecnología son: - Fabricación rápida de las piezas por capas - Posibilidad de fabricar piezas con un máximo de 4000 x 2000 x 1000 mm - Ahorro de tiempo y dinero comparando el proceso habitual e realizar cajas de machos para tiradas prototipo o tiradas cortas - Posibilidad de fabricar cualquier forma por compleja que sea
- Rango de materiales variados para diferentes soluciones personalizadas - Materiales vรกlidos para colar aleaciones ligeras, hierros y aceros.
PROTOTIPOS EN MATERIALES METALICOS Y PLASTICOS. Procesos para obtener piezas metálicas Existen varias tecnologías diferentes para realizar prototipos metálicos. Dependiendo de varios factores como el material, geometría, tamaño de la serie y plazos de entrega, la tecnología adecuada será una de las siguientes: Tecnología Tempocast y Tempoform Mediante estos dos procesos, podemos fabricar piezas en Aluminio, Magnesio, y Zink o Zamak. Esta tecnología parte de un prototipo plástico fabricado mediante impresora 3D o mecanizado CNC de resina. Con estos machos fabricamos tantos negativos como
necesitemos en función del número de piezas metálicas a colar. Los negativos se fabrican con un material denominado "plaster" que es depositado en estado líquido. Tras un proceso de secado se prepara para la colada del metal líquido y una vez colado y endurecido, la huella se destruye para el desmoldeo. Esta es la razón de fabricar tantas huellas como piezas a colar. La tecnología Tempocast nos permite obtener unos acabados superficiales y tolerancias dimensionales similares a la inyección de aluminio. Existe la posibilidad de realizar piezas desde 50 hasta 1000 copias. Los grosores de pieza tienen que ser de 1mm mínimo. Dimensiones de la pieza desde 10 x 10 x 10 mm hasta un máximo de 1500 x 1500 x 1000 mm. El proceso Tempoform es idéntico al anterior pero como prototipo inicial se utiliza una impresora 3D más rápida y económica para producir tantos modelos como huellas necesitemos. Esta tecnología esta orientadas a series de 1 a 50 piezas y con unos requisitos de acabado superficial similares al colado en arena o al sinterizado. Las dimensiones máximas de estas piezas son 340 x 340 x 600 mm.
Las piezas de Magnesio se realizan mediante la tecnología Tempoform. El proceso es algo más complejo ya que el material también es más delicado de tratar. Esto hace que los plazos de entrega de prototipos de magnesio sean algo mayores que en aluminio, no así la calidad de las piezas. Un material cada vez más utilizado en mercados como la automoción, atraídos por el bajo peso y excelentes prestaciones mecánicas.
Otra forma de fabricar prototipos de magnesio más económica para series cortas y piezas unitarias es mediante prototipos de poliester. Se fabrica un prototipo de poliester en una impresora 3D que se utiliza como modelo durante el proceso de fundición como si se tratara de cera. De esta forma podemos fabricar piezas con interiores complejos que necesitan machos en poliester para obtener esa forma interior. En la foto a continuación podemos ver un ejemplo de pieza fabricada mediante prototipo de poliester + fundición de magnesio:
Sinterizado Láser o Fusión Selectiva por Láser (FSL) La tecnología de Fusión selectiva por Láser se utiliza para producir piezas sólidas de metal mediante la fusión de un rayo láser en polvo de metal aplicado capa por capa, creando de forma automática la geometría final partiendo de los datos de un CAD tridimensional. Dependiendo del material utilizado y los parámetros del proceso aplicado, este método permite una amplia gama de propiedades en la pieza. La producción por capas permite asimismo la fabricación de geometrías altamente complejas ofreciendo una gran libertad de diseño y fabricación. El sistema de Fusión selectiva por Láser trabaja con diferentes materiales, de esa forma podemos obtener piezas en Acero, Aluminio, Titanio o Cromo-Cobalto. Ahora es posible obtener prototipos en estos materiales finales con los que se pueden hacer ensayos finales e incluso piezas finales (Rapid Manufacturing). Estos ensayos finales, son a veces imposibles de realizar sustituyendo los materiales finales (Acero) por otros más convencionales en las tecnologías de prototipado como Aluminio o plásticos diversos. Por ejemplo, si necesitamos realizar un tirador para un mueble y queremos ensayar la resistencia y comportamiento al tirar de él manualmente, solo se puede hacer en material final. Otro ejemplo, sería realizar piezas de cubertería en acero inoxidable. El sustituirlas por plástico o aluminio, impedirá tener las mismas sensaciones al coger el cubierto, peso, equilibrio, etc.
CUADRO COMPARATIVO.
DESCRIPCION Diseño de la pieza Materiales Maquinaria Mano de obra Corte del material Mecanizado Rectificación
PROTOTIPOS DE ARENA PARA MOLDES DE FUNDICIÓN METODO TRADICIONAL PROTOTIPADO 3 D VENTAJAS DESVENTAJAS DESCRIPCION VENTAJAS Convencional Diseño de la pieza Convencional Madera Convencional Materiales Arena Convencional Maquinaria Impresora 3D Calificada Bajos costos Mano de obra Especializada Convencional Largo Tiempo PROTOTIPADO 3 D Corto tiempo Convencional Largo Tiempo Convencional Largo Tiempo
DESVENTAJAS Especial Altos costos Altos costos
MEJORAS A LOS PROCESOS.
Una nueva familia de máquinas conocidas como máquinas de Prototipado Rápido, permiten obtener piezas físicas acabadas de modo automático, de cualquier forma y en dimensiones finales, con complejidad y detalles que nos permitirían su obtención en máquinas convencionales, o que harían su ejecución larga y compleja en centros de fabricación con control CNC. De esta forma tales máquinas posibilitan una mayor velocidad y menor costo en la obtención de prototipos comparados con los procesos tradicionales de fabricación.
Más allá de esto, en ciertos casos estas técnicas permiten la obtención de matrices capaces de producir una cantidad limitada de piezas, ideal para el uso en la producción de lotes pilotos. Tal tecnología posibilita que las empresas puedan desarrollar productos más rápidamente (menor time to market) y con menor costo, y, principalmente con un incremento de calidad por medio de una mejor evaluación del proyecto. Lleva también una disminución de dudas y de riesgos.
El Prototipado Rápido es una tecnología que posibilita producir modelos y prototipos directamente a partir del modelo sólido 3D generado en el sistema CAD. Al contrario de los procesos de fabricación que sacan material de la pieza en bruto para obtener el modelo deseado, los sistemas de Prototipado Rápido generan la pieza a partir de la unión aditiva de líquidos, capa por capa, a partir de secciones transversales de la pieza obtenidas a partir del modelo 3D, las máquinas de Prototipado Rápido producen piezas en plásticos, madera, cerámica o metales. Los datos para las máquinas de Prototipazo Rápido son generados por los sistemas CAD en formato STL, que aproxima el modelo sólido por pequeños triángulos o facetas.
Cuanto más pequeños sean estos triángulos, mejor la aproximación de la superficie, al coste, naturalmente, del mayor tamaño del archivo STL, y de tiempo de procesamiento. Una vez que el archivo STL es generado, las demás operaciones son ejecutadas por el propio programa que acompaña a las máquinas de Prototipado Rápido.
Básicamente este programa realizara operaciones básicas de visualización y la generación de secciones transversales del modelo que será construido. Tales datos serán entonces transmitidos a la máquina que ira depositando sucesivas capas hasta que la pieza sea generada.
CONCLUSIONES.
Los procesos de manufactura son de vital importancia en la ingeniería industrial porque deben ser administrados todos los recursos como las materias primas, maquinarias, mano de obra, métodos de trabajo, mantenimiento industrial, medio ambiente en el cual se realizan las actividades del proceso fabril. La competitividad de las industrias depende del grado de automatización, la tecnología y el mantenimiento de la misma, garantizando la producción de productos de alta calidad, estandarizados y costos razonables.
BIBLIOGRAFIA.
DIRECCIONES ELECTRÓNICAS CONSULTADAS.
http://undoprototipos.com