El espíritu pionero e innovador son términos clave que tienen alta prioridad en ExOne, una empresa de Alemana y uno de los principales fabricantes equipo de manufactura aditiva para piezas de producción.
ExOne cuenta hoy con su centro de innovación europeo llamado, S.Kent Rockwell 3D Printing Innovation Center, donde existe un centro de producción que entre otras cosas han fabricado corazones de arena por métodos de impresión 3D, el departamento incluye además un centro de servicio a clientes e investigación de proyectos.
Innovando juntos
La empresa Küttner de Essen Alemania también ofrece a sus clientes productos innovadores, la empresa ha implementado más de 450 instalaciones de hornos tipo cubilote, Küttner es un socio competente en el diseño y construcción de hornos para vaciado centrifugo, su tecnología se usa en la producción de vaciados roto moldeados fabricados de una variedad de materiales en todo el mundo.
Los moldes de arena hechos en impresión 3D se han hecho en la industria por un tiempo. En este proceso, la producción de vaciados centrífugos representa todo un reto, en el pasado, Küttner había realizado experimentos exitosos y cree que la nueva tecnología de manufactura aditiva tiene un enorme potencial.
Andreas Rössler del área comercial de Küttner comenta, “Claro que queremos promover las piezas hechas por fundición centrífuga, pero nuestro interés primario es mostrar al cliente las posibilidades de la impresión 3D”. Rössler en conjunto con ExOne, llevaron a cabo la idea para realizar unas pruebas para hacer el estudio de factibilidad, aprovechando que ambas compañías tenían una relación de largo plazo. Los especialistas de impresión 3D de ExOne se interesaron por el desarrollo en esta área.
Fabricar moldes de arena para fundición o corazones usando manufactura aditiva tiene muchas ventajas para el personal de fundición, desde tiempos más cortos y menores tiempos de acabados para obtener mejores superficies. Muchas fundiciones usan tecnología para sus procesos, la fabricación de corazones impresos 3D para producción en piezas cilíndricas y componentes no-cilíndricos para fundición centrifuga, se encuentran aún en fase de desarrollo.
Imagen 1: Una sección transversal de la preparación de las pruebas experimentales
Inicio de una nueva serie de pruebas.
La serie de pruebas debía comenzar con la fundición de un impulsor, un componente que se usa en todo el mundo de diferentes formas. En julio de este año Holger Barth, un vendedor de ExOne se reunió con Andreas Rössler de la empresa asociada Düker de la ciudad de Karlstadt. La serie de pruebas fue diseñada para ser llevada a cabo en Düker, la cual es uno de los principales fabricantes de bridas y válvulas hechas en fierro vaciado (imágenes 1 y 2). El Sr Barth de ExOne viajo con dos paquetes de tres piezas de corazones vaciados. Estos incluían un corazón del impulsor que se había usado en el primer experimento (imagen 3). Todos los corazones habían sido hechos en una impresora 3D ExOne S-Max Furan en partes luego pegados a la medida requerida. Después de establecer las condiciones de la prueba esta inicio. Los estándares de fundición se usaron para probar el llenado molde de arena del impulsor (imagen 4). El vaciado de hierro con grafito laminar de tipo 15, fue previamente fundido en uno de los hornos tipo cubilote de Düker. Rössler comenta: “Estábamos ansiosos por ver si los corazones hechos en ExOne serían capaces de aguantar la carga de 60g,”. Los resultados del experimento excedieron las expectativas, las piezas hechas en manufactura aditiva no solo aguantaron sino que ofrecieron mejores acabados en general (imagen 5).
Imagen 2: Andreas Rössler (l.) y Fred Büttner (r.) de Küttner en la preparación de la prueba.
Los resultados muestran avances significativos en el vaciado centrifugado
Holberg Barth de ExOne comenta, “El llenado del molde fue muy bueno, todos los contornos tuvieron un llenado perfecto. Son bien sabidas las ventajas de la tecnología de la impresión 3D, ahora lo corroboramos piezas de fundición complejas. Las ventajas fueron obvias para el proceso de vaciado centrifugo, “Usando desmoldeo y reduciendo el tamaño de las piezas, el molde de arena impreso 3D permitió un diseño más constructivo.” El costo del proceso de vaciado fue reducido en 50%. Además, al producir el corazón del impulsor en paquetes, no se requirió el ensamble de corazones ni enfrentar negativos como se hubiera necesitado en el proceso en la extracción del corazón tradicional.
Imagen 3: Corazón montado en el molde
Holberg Barth y Andreas Rössler vieron muchas ventajas adicionales de la tecnología 3D: puede diseñarse formas libres y se pueden hacer diferentes pruebas sin un gran impacto en costo. Esto no sería posible con la fundición tradicional del impulsor. El software que hay disponible en la industria no es lo adecuado para procesos de simulación de fundición centrifuga, se tienen muy pocas opciones de fundición centrifuga y menos para corazones de arena hechos en este proceso, Esto es consecuencia de la poca investigación que hay en este tema. “Con la impresión 3D, pudimos de inmediato aplicar soluciones prácticas y nuevas ideas” agrega Barth.
Imagen 4: Vista frontal de la máquina de fundición centrifuga con la ranura de alimentación.
Andreas Rössler explico que las pruebas mostraron que era posible reducir costos: “Al usar moldes 3D los alimentadores y entradas de colada cumplen su función perfectamente, podíamos identificar el siguiente efecto: el uso de materiales necesario a fundir se reduce a la mitad y sus costos con ellos. “La menor cantidad de material no solo resulta en mejoras en presupuesto: “Aun los costos asociados con limpieza en la extracción de gatings y alimentadores se reduce a la mitad y nos ahorró mucho tiempo.” Estas primeras serie de pruebas nos permitió inferir muchas técnicas. Por ejemplo, no fueron encontradas diferencias significativas en los núcleos usados o en la selección de su tamaño. También encontramos que la calidad de la fundición fue decisiva y fue determinada pos la posición del bebedero hacia el corazón, la dirección de rotación y su velocidad durante las diferentes secuencias del proceso en vaciado y enfriamiento.
Imagen 5: Impulsor terminado, prueba de la fundicion para buscar mejores logros en calidad
“El uso de corazones 3D en paquete, series pequeñas o partes individuales, puede ser hechas de forma económica en colada centrifuga y lotes grandes pueden ser hechas en moldes de cera perdida en tiempos cortos.” Vemos muchas oportunidades para innovar usando tecnología 3D en moldeo centrifugo.” concluyen Barth.
Perspectiva y nuevas pruebas
La conclusión de esta primera serie de test , deja ver una perspectiva positiva. Hay planes para pruebas próximas, entre ellas hacer pruebas con otro tipo de fundición, optimizar corazones respecto a la separación de la forma. Lo cual trae nuevas oportunidades a la industria de fundición en camino hacia el futuro digital. Con el gusto de estos resultados, Barth comenta, “En base a las pruebas, veo previamente un potencial que se destapo en el uso de moldes y corazones en procesos de fundición centrifuga”. El asegura que, las ventajas de la tecnología 3D convencerán a todos tarde o temprano. “Juntos con Küttner queremos demostrar la versatilidad delas posibilidades del uso de impresión 3D en corazones para la industria de la fundición.”
Procedimiento experimental
- Geometría de corazón 5 corazones paquete del impulsor, fabricado en el equipo S-Max Furan de ExOne
- Diámetro del corazón 300 a 350 mm con una altura experimental de 210 a 230mm
- Sistema de vaciado centrifugo RingCast 500 con Canales de vaciado calientes y vertedero horizontal
- Velocidad Independiente de la geometría y variable de 400 a 1800 rpm
- Molde Con agujeros de ventilación para sostener el paquete de corazones
- Fundido EN-GJL150, fundición gris del horno de cubilote
- Temperatura de corte 1500 ° C
- Temperatura de vaciado 1390 a 1430° C
- Dosificación Basada en el llenado planeado sobre el peso
Fuente: ExOne
