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Junio de 2018 Página 2 de 3

Aplicaciones de manufactura aditiva en moldes

Ángela Andrea Castro

La sustitución de procesos sustractivos por procesos aditivos avanza incesantemente. En la fabricación de moldes, comienzan a presentarse algunas señales, sobre todo en procesos combinados.

Finalmente está el tema del diseño. La experiencia de Protolabs en este sentido los lleva a afirmar que, con moldes impresos, los ángulos de inclinación deben aumentarse a 5 grados o más, superando ampliamente la mayoría de los requisitos de herramientas de aluminio. Además, el flujo del polímero a través del molde impreso debe orientarse en la misma dirección que las líneas de impresión 3D, para evitar que se pegue y mejorar el llenado a presiones de inyección más bajas. “Los sistemas de enfriamiento pueden usarse para mejorar la longevidad del molde, pero no disminuirán los tiempos de ciclo sustancialmente más largos que se observan con los moldes impresos, ya que las herramientas de plástico no disipan el calor tan bien como las hechas de aluminio o acero”.

Aplicaciones actuales

Llevados estos argumentos a la práctica, presentamos como ejemplo la experiencia de tres compañías norteamericanas que han logrado involucrar exitosamente técnicas de manufactura aditiva en su proceso de fabricación de moldes.

Impresión de insertos

Built-Rite Tool & Die es una empresa de diseño y fabricación de moldes de Massachusetts, Estados Unidos, especializada en la producción de moldes para moldeo por inyección de plástico. Usando los equipos de impresión de metal Studio System, de Desktop Metal, Built-Rite se aventuró a fabricar componentes para el ensamblaje de moldes con un proceso de impresión capa por capa denominado Bound Metal Deposition que minimiza el material requerido sin afectar la resistencia al desgaste requerida para los herramentales.

Un caso de éxito al respecto —publicado por Desktop Metal— da cuenta que, después de producido el inserto con impresión 3D, los empleados del área de maquinado de Built-Rite rectificaron la superficie del mismo para lograr las tolerancias y el acabado de la superficie requeridos. Evaluaron si se requería algún manejo especial y determinaron que las piezas se calentaban de manera similar a otros aceros para herramientas y no presentaban ningún problema al dimensionar o ajustar las inserciones en el conjunto del molde.

Posterior a ello, se utilizó una máquina de EDM para lograr el acabado superficial requerido en las superficies de la cavidad del inserto. Evaluaron la necesidad de variar la configuración de parámetros, el desgaste del electrodo y el acabado superficial resultante. Determinaron que no era necesario variar los parámetros de EDM para las piezas impresas y que el desgaste del electrodo era comparable al de los insertos no impresos.

Después del post mecanizado, el inserto se instaló en el conjunto del molde y se usó para producir piezas de plástico hechas de acetal, un material plástico no abrasivo y de baja fricción. La temperatura del plástico cuando se inyecta en el molde es de aproximadamente 205 °C, y el propio molde se mantiene a aproximadamente entre los 82 ° a 121 °C. Una prueba de aproximadamente cien ciclos no mostró ningún defecto en las piezas de plástico producidas y el inserto impreso en 3D no mostró signos de desgaste.

Según Built-Rite este proceso de impresión interno, en comparación con haber enviado a elaborar el prototipo a un tercero, le significó un ahorro en costos del 90%, en tiempos del 30% y en reducción de peso del 41%. “El éxito de la evaluación inicial indica el potencial del Studio System para aplicaciones de moldeo por inyección. El sistema permite a los fabricantes de moldes de inyección mejorar las operaciones y obtener los beneficios de la manufactura aditiva sin depender de proveedores externos”, manifiesta Desktop Metal en el caso de éxito citado.

Moldes y núcleos para la industria de la fundición

con una impresora robótica 3D de arena Viridis3D RAM System, de EnvisionTEC, la empresa Hazleton Casting Company, ubicada en Pensilvania (Estados Unidos) produce moldes para fundición sin la necesidad de usar herramientas duras. Según explica Hazleton, esta tecnología puede tomar un archivo CAD y crear moldes y núcleos literalmente en horas. “La combinación de la fabricación aditiva con el software de simulación predictiva crea una flexibilidad sin igual en las operaciones de fundición. Los moldes y núcleos producidos a través de métodos aditivos ahora se pueden diseñar con poco o ningún respeto por las limitaciones de los métodos tradicionales de fundición”, sostiene Hazleton en su página web.

Según su experiencia, con este método de fabricación aditiva, los cambios de diseño en la fundición se pueden implementar en tiempo real sin la demora de la alteración de las herramientas duras, lo que reduce el costo y el tiempo de desarrollo del producto. Los moldes y núcleos impresos también ofrecen una opción rentable y eficiente para los fabricantes de equipos especializados que tradicionalmente utilizan métodos de manufactura sustractiva para crear piezas a partir de barras y placas.

Los moldes o núcleos se preparan extendiendo una mezcla de arena de sílice y aglutinante de ácido seco sobre una superficie plana. La cama de arena mezclada se desliza con una barra de nivelación a medida que pasa el cabezal de impresión y se deposita un activador químico para crear la forma impresa.

Un software controla la deposición del activador solo donde sea necesario para producir el molde o el componente central. Cuando se completa, el molde o el núcleo se retira de la mesa de impresión y cualquier arena mezclada que no forme parte del molde o núcleo se recicla para su reutilización en impresiones posteriores.


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Acerca del autor

Ángela Andrea Castro

Ángela Andrea Castro

Editora de Metalmecánica Internacional.
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