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Impresión 3D - Fabricación aditiva

Introducir la fundición como proceso de fabricación de piezas metálicas elimina o minimiza las mayores limitaciones de la fabricación directa mediante impresión 3D

Procesos de fabricación aditiva e híbrida para recambios de metal

Israel Arias, director general de Drukatt25/02/2021

Cuando iniciamos nuestra andadura con Drukatt hace unos años, pensábamos que íbamos a poner a disposición de la industria los beneficios de la fabricación aditiva para piezas metálicas fácil y rápidamente, y así ha sido en algunas situaciones, pero aún hoy existen barreras tecnológicas y económicas, principalmente en tamaño, geometrías, disponibilidad de materiales, etc. Así que vamos a compartir en qué ha estado trabajando Drukatt durante estos años para minimizar o eliminar estas barreras en la fabricación de piezas metálicas con fines industriales.

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Rodetes impresión 3D en acero inoxidable.

Nos centraremos en el uso de tecnologías o procesos para la fabricación de recambios y piezas industriales utilizados por industrias de proceso y fabricantes de equipos, que es donde Drukatt desarrolla principalmente su actividad. Gran parte de la información aquí compartida se basa en nuestra experiencia, con la gran dificultad de establecer líneas claras en algunos asuntos, así que deben tomarse como referencias o puntos de partida para un análisis más profundo de determinadas soluciones.

Solemos comentar que si no podemos utilizar la impresión 3D como un fin (fabricar la pieza directamente), podemos estudiar las posibilidades de utilizarla como un medio (utillajes, master, moldes, etc).

Intentando establecer de esta manera dos grandes grupos en cuanto a procesos de fabricación, hablaremos de:

  • Fabricación directa mediante impresión 3D.
  • Fabricación indirecta utilizando la impresión 3D como un subproceso.
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Ingeniería inversa en pieza de impresión 3D en acero inoxidable.

Fabricación directa mediante fabricación aditiva

Aquí debemos establecer varios grupos de piezas, y asociarlos a diferentes tecnologías (que no trataremos en este artículo):

  • Piezas mecanizables. Podríamos hacer la generalización, con riesgo de error, que si una pieza es mecanizable, difícilmente será rentable hacerla mediante impresión 3D.
  • Optimización de piezas y/o conjuntos. Este es el gran valor y atractivo del uso de la impresión 3D en metal, con ejemplos como la fabricación de piezas con conducciones internas complejas (figuras de moldes, inyectores, álabes, etc), y la simplificación de conjuntos complejos (la necesidad de diseñar una función con diferentes piezas mecanizables puede ser una barrera a eliminar mediante el diseño para fabricación aditiva).
  • Piezas de fundición. Una aplicación habitual es estudiar la fabricación mediante impresión 3D de piezas que originalmente han sido fabricadas mediante procesos de fundición. Intentando generalizar, esta es una situación atractiva en caso de gran urgencia de fabricación, pero difícilmente rentable en plazos normales.
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Fabricación de pieza en aluminio con inserción de acero inoxidable.

Las mayores limitaciones que nos encontramos en este método son de dos tipos:

  • Tecnológicas: materiales y tamaños limitados.
  • Económicas: si las piezas no han sido pensadas y diseñadas para ser impresas, nos alejamos rápidamente del umbral de rentabilidad a nivel económico, y se ven superadas por otras tecnologías ‘más lentas’, pero de coste más reducido

Fabricación mediante procesos de fundición

Introducir la fundición como proceso de fabricación de piezas metálicas elimina o minimiza básicamente dos de las mayores limitaciones que tenemos en la fabricación directa mediante impresión 3D: el tamaño de las piezas, y la posibilidad de seleccionar cualquier aleación.

En Drukatt hemos trabajado y validado diferentes procesos de fabricación para acabar solucionando situaciones en las que nuestros clientes tenían una urgencia (reducir tiempos de fabricación o disponibilidad de piezas), o la necesidad de optimizar la pieza (mejorar el material de fabricación, reducir masa, reforzar geometrías, etc).

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Fabricación de piezas en acero superduplex.
Estos procesos han sido desarrollados y optimizados incorporando nuevas tecnologías de fabricación, y por supuesto aglutinando el conocimiento de diferentes industriales, para acabar aplicando una ingeniería sobre la pieza nos permite su producción en mejores plazos y costes que los procesos de fundición habituales, puesto que eliminamos o reducimos algunas de las fases y/o utillajes habitualmente utilizados.

Cabe destacar que el uso de estos procesos cabe enfrentarlos a otros procesos similares como la cera perdida, los modelos de porexpan y otros procesos para validar que efectivamente existe esta ventaja en plazo y/o costes.

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Fabricación de pieza en latón para zona ATEX.

Hasta la fecha, Drukatt ha fabricado numerosas piezas con los siguientes procesos, siempre determinando el óptimo según geometría, tamaño, material y cantidad de piezas, pero podemos determinar a grandes rasgos:

  • Master simple. Este proceso nos permite fundir piezas con geometrías sencillas, sin grandes complejidades, tamaños hasta 600-800 mm.
  • Master ‘puzzle’. Con el master puzzle integramos cierta ingeniería requerida para los procesos de fundición que permite la fabricación en diferentes pasos siempre que la geometría lo permita. Con este proceso podemos fabricar geometrías más complejas y piezas entre 500-600 mm, y solo es recomendable para aleaciones no férreas.
  • Molde/utillaje de arena. Con este proceso podemos fabricar geometrías complejas
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Fabricación de recambio obsoleto en aluminio mediante master.
 

Impresión 3D

Master simple Master puzzle Molde arena
Geometría sencilla + +++ - +
Geometría compleja ++ + +++ ++++
Materiales no férreos (aluminio) ++++ ++++ ++
Aleaciones férreas + ++++ - ++++
Aleaciones férreas especiales + ++ - ++++
Piezas hasta 300x300x300 mm + +++ +++ +
Piezas mayores de 300x300x300 mm - +++ ++ ++++
Recambio único +++ ++++ ++++ ++++
Serie o fabricación regular + +++ ++ +

 

Como hemos indicado al principio, esta tabla debe tomarse como una aproximación a posibles herramientas y procesos de fabricación útiles para determinadas situaciones, basados en los casos de éxito de Drukatt, pero cada caso, incluso la simple interacción entre algunas de estas situaciones puede alterar la recomendación que ofreceríamos.

Estos procesos han permitido a Drukatt fabricar piezas en aleaciones no férreas como latones, bronces, aluminios, etc.; pero también en aleaciones de acero al carbono o bajo carbono, y gran parte de la familia de inoxidables. E incluso crear capas superficiales mediante aditiva de metales como cobre, inoxidables, antidesgaste, etc.

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