El desarrollo de componentes 3D en cobre es interesante para determinados componentes de la industria electrónica

El especialista en materiales Schunk, que es proveedor, entre otros productos, de fabricación en serie en el campo de moldeo por inyección y prensado de polvo de metal, ha ampliado ahora su especialización como proveedor de impresión de metal 3D en su emplazamiento de Thale. La ampliación de la cadena de procesos del moldeo por inyección de metal en el ámbito de la fabricación aditiva resulta útil para las futuras aplicaciones con diseño biónico y optimización de la topología.

Las características del componente y la rentabilidad requieren el uso de diferentes tecnologías de procesos o estrategias de fabricación en impresión de metal 3D. Por ello, Schunk amplió sus competencias en el proceso CEM (Composite Extrusion Modeling) en 2020 con una impresora 3D multimaterial ExAM 255 de AIM3D. Ahora ya están disponibles los primeros resultados de esta colaboración de desarrollo, tal y como nos explica Christian Stertz, director de Proyectos de Ingeniería de equipos en Schunk.

El objetivo de la colaboración entre Schunk y AIM3D abarca tres ejes estratégicos:

1. desarrollos de material (como materiales de cobre y con base de níquel);
2. desarrollo continuo de la ingeniería de instalaciones (por ejemplo, refrigeración de extrusor o mesa de sujeción por vacío) y
3. marketing y adquisición para Schunk como proveedor de piezas de metal 3D a partir del tamaño de lote 1.

Los puntos principales son el prototipado rápido y las series pequeñas, que presentan una cantidad insuficiente de unidades para la técnica de sinterizado convencional. Los componentes de cobre constituyen un punto central del desarrollo en la impresión 3D. Christian Stertz, director de proyectos de ingeniería de equipos en Schunk, describe los resultados de la impresión de cobre.

Con la técnica CEM del equipo ExAM 255 de AIM3D, afirma Christian Stertz, se mantienen las ventajas de la conductividad eléctrica o térmica también en la impresión 3D. Esto supone, en su opinión, una característica única entre los métodos de fabricación aditiva. Stertz describe que se dan valores de conductividad más elevados y mejores en la superficie y en el interior del componente que en otros métodos de fabricación aditiva. El proceso CEM también presenta ventajas respecto al precio del material y la preservación de los recursos.

Christian Stertz, director de Proyectos de Ingeniería de Equipos en Schunk, ve potenciales de fabricación aditiva en segmentos de mercado muy diversos:

• Movilidad en los sectores aeronáutico y aeroespacial, de automoción, ferroviario o de astilleros, desde piezas de accionamiento hasta componentes de diseño en reingeniería.
• Ingeniería médica con prótesis e instrumentos.
• Construcción de maquinaria e instalaciones.
• Construcción de moldes.
• Equipos deportivos.
• Sector de la construcción.
• Joyas.
• Bienes de consumo.

Entrevista con Christian Stertz sobre las aplicaciones de cobre 3D en Schunk

¿Por qué es tan interesante para usted el proceso CEM de AIM3D?

En general, cada proceso de fabricación aditiva presenta ventajas frente a las estrategias de fabricación convencionales en términos de diseño, pero también en cuanto a los costes. En diseño, con geometrías biónicas y en el aspecto de los costes, por el consumo de material y la fabricación sin herramientas. El proceso CEM de AIM3D obtiene altas densidades, grados de dureza y valores de conductividad en cobre, que otros procesos de fabricación aditiva no consiguen. Además, en el marco de la ingeniería de procesos CEM, la ExAM 255 de AIM3D es una impresora multimaterial. Por lo tanto, podemos pensar también en piezas 3D de varios componentes.

¿Qué potenciales ve para las aplicaciones de cobre en 3D?

El cobre y las aleaciones de cobre desempeñarán un papel importante en el futuro dentro del negocio de Schunk de fabricación aditiva y procesos MIM cuando sea necesario cumplir requisitos electrónicos y térmicos especiales. También es posible pensar en materiales de cojinetes como bronce o latón. La fabricación aditiva (AM) se utiliza, en este caso, como tecnología básica: con la AM se pueden producir tanto prototipos como series pequeñas o series piloto. Además esta estrategia de fabricación reduce los costes de desarrollo en las optimizaciones de diseño, es decir, de rediseño y reingeniería, y en la diversidad de variantes de los componentes de cobre.

¿De qué aplicaciones se trata en concreto?

En principio se trata de tres grupos:

1. Aplicaciones con una buena conductividad eléctrica en el campo de la movilidad eléctrica como, por ejemplo, los sensores de contacto eléctricos, los componentes de motores eléctricos, de bobinas y de transformadores.
2. Aplicaciones con buena conductividad eléctrica y térmica en el campo de la construcción de equipos, por ejemplo, en la técnica de soldadura y endurecimiento, inductores con refrigeración interna en estructuras parcialmente endurecidas por inducción, como dentados de piñones de cadena y también contactos/mordazas de soldadura moldeados específicamente con refrigeración interna.
3. Aplicaciones con buenas propiedades de deslizamiento, como cojinetes de deslizamiento, de escasas unidades.

¿Cuál cree que será la importancia en el mercado de los componentes de cobre 3D?

Naturalmente, este mercado, es un mercado de nicho. Los diseños biónicos ofrecen algunas ventajas para determinadas aplicaciones en reingeniería. Los futuros componentes de AM, no solo tienen un aspecto diferente por su geometría, sino que también rinden más funcionalmente, por ejemplo, respecto a la resistencia al desgaste. No estoy pensando solo en el prototipado rápido, sino también en el mercado de repuestos. En el caso de los repuestos, de este modo se puede garantizar el suministro a largo plazo sin herramientas para pequeñas cantidades de unidades. Además es posible crear piezas de varios componentes. Para el futuro preveo optimizaciones funcionales y mecánicas de piezas, ya que la gran variedad de aleaciones permite que surjan numerosas ideas nuevas.

¿Hay más grupos de materiales que sean interesantes para Schunk?

En cuanto a estrategias de fabricación aditiva, nos encontramos aún en los comienzos. También la ingeniería de equipos y máquinas tiene todavía un gran potencial de evolución. Por supuesto que, en Schunk, no solo vemos potencial en los materiales de base cobre. También los aceros de baja o alta aleación o los materiales de base níquel, como Inconel o Hastelloy X, desempeñan un papel importante, además de los materiales de base cobalto. Actualmente nos estamos centrando menos en las aleaciones de aluminio y titanio, pero todos los materiales de alto rendimiento metálicos tendrán una gran importancia en el futuro.