Nuevos avances de la estéreo-litografía
No es sólo la generación de prototipos, sino también la del utillaje rápido un campo reciente en el que esta técnica permite progresos impensables hace muy poco tiempo
El departamento de desarrollo de Mercedes Benz adquirió hace sólo un par de años un primer equipo de estéreo-litografía, que fué seguido rápidamente por otro cuando se demostró capaz de producir moldes para estampación de prototipos de chapa metálica. Poco después, Karl Denton, en Ford, desarrollaba un primer molde de inyección; el de la cubierta del lava-cristales posterior del Ford Explorer, realizando varios prototipos previos.
Es comprensible que en la pasada Mold’Expo se presentaran numerosas novedades en este proceso, puesto que la tendencia de la industria del automóvil a acortar los tiempos de puesta a punto de nuevos productos no excluye la necesidad de efectuar cambios por diversos motivos, entre los que se cuentan los ajustes, la aerodinámica y el styling, por lo que la posibilidad de generar negativos en CAD para fabricar moldes de estampación o inyección, aunque sólo fuese para realizar series cortas, es una ayuda inapreciable, además de que la integración de los datos de CAD en un conjunto único permite evitar que se produzcan interferencias con otros elementos cuando se efectúan tales cambios.
Figura 1 El equipo Actua 2100 de estéreo-litografía de oficina técnica es una máquina equivalente a una fotocopiadora tridimensional, permitiendo la confección rápida de prototipos a cualquier escala para superar las limitaciones de la visualización CAM 2D.
La dinámica generada por la industria del automóvil se transmite a los demás sectores y es lógico esperar en los próximos años mejoras importantes en velocidad y capacidad volúmica de estas máquinas, en su más completa integración con los sistemas de CAD/CAM y aumente el interés de los fabricantes de resinas en esta técnica, puesto que sus productos pueden todavía aportar mejoras sustanciales en la resistencia mecánica de los modelos y moldes y, muy especialmente, a la velocidad de transformación.
Técnicas como el sinterizado selectivo por láser de DTM hacen posible construir prototipos con las cualidades del producto final, puesto que permiten utilizar casi cualquier termoplástico en polvo para realizarlos, es decir, en la misma materia que el producto final.
Otro proceso, Keltool, se ha demostrado muy eficaz para realizar útiles para pequeñas piezas y la electro-erosión con matriz abrasiva se empieza a utilizar para construir grandes moldes. Firmas como Pitney-Bowes y Santin Engineering han realizado útiles en cerámica aleada químicamente (CBC) y útiles en níquel compatible. Mattel utiliza fresadoras copiadoras para mecanizar útiles a partir directamente de modelos realizados por estéreo-litografía.
Otra aplicación del proceso son los moldes para la inyección o prensado con núcleo fusible, en los que es difícil obtener el mejor posicionado para las coladas de material y en donde el procedimiento permite una iteración económica.
Figura 2 La facilidad de mantenimiento del Actua 2100 es extremada; se recarga de termopolímero mediante cartuchos estancos, es siencioso y no produce vapores u olores molestos o nocivos.
Finalmente, Ford construye mediante geometría inversa patrones de verificación para diversas piezas, después de que el proceso se mostrara particularmente útil para resolver el problema generado por una conducción de aceite de una transmisión automática, cuyo ensamblado fallaba por causas de difícil identificación.
Modelos tridimensionales en la oficina técnica
La firma 3D Systems, creadora de la estéreo-litografia y pionera en el desarrollo de sus aplicaciones, como la mayoría de las descritas anteriormente, presentó en la Feria de Hannover de este año su nuevo producto Actua 2100, que constituye un complemento de los equipos tradicionales al permitir disponer, en la fase inicial de diseño, de un método rápido y poco costoso de obtención del modelo tridimensional para su revisión física y comprobación.
Funciona como un plotter o una impresora, sin necesidad de salir de la oficina técnica donde se está realizando el diseño. De este modo se pueden corregir los posibles errores de diseño en una fase inicial, puesto que son difíciles de detectar con sólo la visualización bidimensional del CAD. Una vez obtenido el diseño adecuado se puede avanzar con seguridad en el desarrollo del producto, fabricando por medio de la estéreo-litografía prototipos funcionales o moldes y utillajes.
El Actua 2100 no requiere un local especial sino que puede instalarse en cualquier punto de la oficina de diseño, conectado al equipo de CAD, puesto que es totalmente silencioso y los materiales utilizados son inertes. La programación Allegro que se facilita con el equipo permite que la obtención del modelo tridimensional sea tan simple como una mera impresión. Desde su equipo CAD, el diseñador elige los modelos a construir, su escala y el número de copias, pudiendo incluso combinar varios modelos en una misma operación. Una vez listo el modelo, el programa avisa al diseñador en su CAD, en cuyo momento puede recoger la pieza, limpiarla y suprimir los soportes que haya precisado su construcción y disponer de la misma para su uso.
El mantenimiento se limita a añadir el material consumido en la construcción, un termopolímero denominado Thermojet. El material se añade en unos cartuchos que facilitan la operación, sin riesgo de provocar manchas de material.
La tecnología que soporta el Actua 2100 es el nuevo proceso de 3D Systems denominado Multi-Jet Modeling (MJM), que consta de una "cabeza impresora" con 96 toberas alineadas que construye modelos capa a capa, aplicando selectivamente cada tobera el termopolímero. El cabezal se mueve en ambos sentidos como una impresora (eje de las X), construyendo lo que será un modelo tridimensional. Si éste es más ancho que el cabezal, la plataforma se vuelve a posicionar (eje de las Y) para seguir construyendo cada capa. Cuando se ha completado cada capa, la plataforma se desplaza verticalmente (eje de las Z) y el cabezal empieza la construcción de la capa siguiente.
Figura 3 La estéreo-litografía conoce una ampliación constante de sus aplicaciones; no menos de quince proyectos de utillaje rápido están en curso de evaluación. En la ilustración, un patrón de verificación de conductos de aceite que habían provocado serios problemas en una transmisión automática de Ford.
Esta tecnología es muy eficaz y económica, con un coste reducido tanto del equipo como del termopolímero que se utiliza. La combinación de la tecnología MJM con la estereo-litografía (SL) asegura la obtención del mejor producto en el más breve plazo. Con el Actua 2100 es posible comprobar un diseño sin abandonar la oficina técnica, eliminando eventuales errores, y con la estéreo-litografía (SL) pueden obtenerse luego, con rapidez, prototipos robustos de elevada precisión, con diseño previamente optimizado mediante MJM, válidos para utilizarlos como prototipos funcionales para la obtención de moldes.
Nuevos desarrollos en marcha
En este momento, 3D Systems participa en quince proyectos de utillaje rápido con diversas agencias industriales, universitarias y gubernamentales. Los métodos estudiados, ensayados y en curso de evaluación son los siguientes:
Utilaje prototipo
- Moldes en silicona vulcanizada a temperatura ambiente
- Moldes en epoxy con carga de aluminio
- Matrices ACES para modelos en cera
Utillaje de serie
- Utillaje Keltool
- Utillaje QuickCast (en colaboración con Ciba)
- Galvanoplastia del níquel
- Utillaje realizado por pulverización de níquel
Los moldes en silicona y en epoxi se utilizan desde hace ya algún tiempo. Las matrices ACES sirven para modelos de cera perdida y se trata de una técnica que saca partido de que la temperatura de transición vítrea de las epoxis usadas es superior a la temperatura de fusión de numerosas ceras de modelado, que se inyectan a 35 bar en las matrices SL de epoxi.
La tecnología Keltool permite fabricar por inyección las numerosas piezas cuyas dimensiones queden dentro de un cubo de 150 mm de lado. Los útiles fabricados por galvanoplastia o por revestimiento de niquel, a partir de modelos ACES, tienen una dureza Rockwell Rc entre 50 y 58 y, obtenidos mediante el paso directo de positivo a negativo, pueden incorporar canales de refrigeración en tubo de cobre optimizados térmicamente mediante CAD y respaldar el conjunto con cerámica en matriz química, obteniendo moldes de inyección de duración comparable a los de acero en una fracción de tiempo.
Está en curso de evaluación la comparación de costes de estos procesos con los tradicionales, ya que la ventaja en tiempos y seguridad de realización está fuera de duda, pero la salud que presenta el sector, a juzgar por el volumen de inversiones en curso, hace recomendable seguir con atención su evolución que, dados los logros actuales de tan joven industria, puede llegar a desplazar muchos de los modos de hacer actuales.
| El Actua 2100 funciona como un plotter o una impresora sin necesidad de salir de la oficina técnica donde se está realizando el diseño, permitiendo corregir errores en la fase inicial. | 3D Systemas participa en quince proyectos de utillaje rápido con diversas agencias industriales, universitarias y gubernamentales y utiliza diversos métodos de evaluación. |
| Es lógico esperar en los próximos años mejoras importantes en velocidad y capacidad volúmica de los equipos de estéreo-litografía, así como en la resistencia de los materiales utilizados | Otra aplicación del proceso son los moldes para núcleo fusible, en los que es difícil obtener el mejor posicionado para las coladas y en donde ses posible una iteración económica. |
