La impresión 3D de moldes de arena brinda un enorme provecho a las fundiciones

Tecnología con grandes ventajas
Los moldes de fundición de arena de la impresora 3D brindan grandes y numerosas ventajas a las fundiciones, desde una reducción de los tiempos de ejecución y del trabajo posterior, hasta una mejor calidad de superficies de las piezas fundidas. Las primeras experiencias del fabricante de bombas Nijhuis en la fabricación de moldes de arena con procedimientos 3D del augsburgués voxeljet son muy interesantes a este respecto.
El fabricante de bombas holandés Nijhuis fabrica en su planta de Winterswijk carcasas para bombas y turbinas con un peso de hasta 800 kg. Los holandeses ya han cerrado algunos proyectos con voxeljet. voxeljet cuenta con uno de los principales centros de servicios para la fabricación a demanda de moldes de arena para la fundición de metal. Además, gracias a la VX4000 cuenta con una impresora de alto rendimiento que permite imprimir moldes de arena con un tamaño de hasta 4 x 2 x 1 metros. "Precisamente una empresa como la nuestra, que tiene que afrontar la fabricación de muchos prototipos y series pequeñas, se beneficia enormemente de todas las posibilidades abiertas por la impresión 3D, especialmente en lo que respecta a tiempo y calidad", señala Luke Vrielink, ingeniero de desarrollo de Nijhuis.
La fabricación convencional de prototipos requiere entre tres y cuatro meses, desde la fase de diseño hasta la consecución de la pieza final. Por norma general, pasan de dos a tres meses hasta la fabricación del modelo de madera y, luego, aún son necesarios algunos días más para crear el molde de arena. Todo lo contrario que en la impresión 3D, donde los tiempos de ejecución son notablemente más reducidos. En cuanto está listo el boceto CAD, los datos se envían por correo electrónico al departamento de tramitación de pedidos de voxeljet. A partir de estos datos CAD 3D, una de las impresoras de alto rendimiento del centro de servicios de voxeljet genera los moldes sin herramientas y de forma totalmente automática con un procedimiento de fabricación por capas. De esta forma deja de ser necesaria la costosa fase de preparación de moldes. No hay ningún obstáculo: incluso las formas más complejas, con todo nivel de muescas, se pueden reproducir con absoluta fidelidad y precisión. En función del tamaño de la pieza, la impresión puede durar entre uno y dos días.

Prototipos en tiempo récord
La reducción del tiempo de producción es esencial, sobre todo en el caso de prototipos de bombas. Este suele ser el caso, por ejemplo, en la fábrica de bombas Nijhuis, dedicada al desarrollo y la fabricación de bombas a medida. Gracias a la posibilidad de impresión 3D de moldes de fundición de arena, el fabricante puede reducir el número de moldes de fundición conservados en almacén y, pese a ello, acelerar el tiempo de suministro cuando, por ejemplo, es necesario sustituir la pieza de una bomba a bordo de una embarcación. Cada día en puerto supone una enorme cantidad de dinero. "En voxeljet se pueden imprimir incluso moldes de fundición de arena de gran volumen a costes muy reducidos. Esto nos permite suministrar con rapidez, aun sin tener el modelo almacenado", afirma Luke Vrielink.
El ingeniero de desarrollo ve además otra importante ventaja en el aumento de la calidad. La impresión 3D de moldes de arena tiene una correspondencia 1:1 con el modelo de ordenador, mientras que en la fabricación artesanal siempre pueden darse pequeñas divergencias. Cuanto más complicada es la forma de la pieza, mayores son los ahorros conseguidos gracias al uso de la impresión 3D en el proceso de fabricación. Un buen ejemplo de ello es el impulsor de canal, una turbina cónica que debe coincidir con total exactitud con el modelo. "La forma de esta turbina debe ser precisa a fin de evitar masas centrífugas excéntricas. A pesar de ello, debemos seguir puliendo las piezas después de la fabricación, para eliminar cualquier tipo de excentricidad residual", puntualiza Vrielink. No es pues de extrañar que las piezas fundidas deban ser bruñidas durante más de un día en el departamento de mecanización por arranque de virutas de la fábrica de Nijhuis. Con la tecnología 3D, durante la fase de diseño de bocetos, las piezas se equilibran en el ordenador. Así, la pieza fundida es mucho más precisa y requiere mucho menos tratamiento posterior.

Arena de cuarzo fina y superficies lisas
Otra destacada ventaja de la tecnología de impresión de voxeljet reside en el uso de arena de cuarzo fina. En comparación con los moldes de arena fabricados a mano, las piezas de fundición presentan una superficie mucho más lisa. Esto se refleja en un menor consumo energético de la bomba. "Además, por cada turbina se imprime un molde de arena, mientras que con otros procedimientos utilizamos modelos estándar y se funde mucho material sobrante. El material de fundición sobrante se debe retirar mecánicamente, y esta tarea consume tiempo", señala Luke Vrielink. En el caso de las piezas de fundición de materiales duros, puede ser necesario además un tiempo de tratamiento posterior aún mayor. Al contrario que en el procedimiento 3D, donde el gasto de tratamiento posterior de las piezas está reducido al mínimo gracias a las menores dimensiones.
En el departamento de desarrollo, Luke Vrielink y sus colegas llevaban ya mucho tiempo buscando una tecnología de impresión 3D. Pero, hasta hace muy poco tiempo, no podían asumir sus costes. En el pasado reciente, el desarrollo de esta tecnología ha tenido un notable progreso, especialmente con el uso de innovadores procedimientos. Al mismo tiempo, se han reducido los costes asociados. "Cuanto más compleja es una pieza, mayores son las ventajas de la tecnología de impresión 3D. Especialmente en el caso de prototipos, piezas individuales y series pequeñas", afirma Vrielink. En su opinión, el procedimiento de impresión 3D acabará imponiéndose rotundamente a los métodos de fabricación convencionales.
En la fábrica de bombas Nijhuis, las piezas fabricadas con los moldes de fundición de arena de voxeljet se integran en la bomba y se someten a un exhaustivo procedimiento de ensayo en un banco de pruebas propio. Luke Vrielink ha quedado absolutamente convencido por la calidad final. Gracias a esta tecnología, las fundiciones europeas pueden mejorar notablemente su capacidad competitiva.
Todas las ventajas, de un vistazo:
tiempos de ejecución más cortos (pocos días)
reducción del trabajo posterior, ya que las piezas son más precisas
coincidencia al 100% del molde de arena con el boceto CAD
reducción de la necesidad de almacenamiento y mantenimiento de modelos
reducción de gastos en prototipos, piezas únicas y series pequeñas

Pie de foto:
Imagen 1a/b: Estos moldes de arena se imprimen directamente desde el archivo CAD.
Imagen 2: El ingeniero de desarrollo Luke Vrielink de Nijhuis en Winterswijk

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