Prefacio：En la fabricación moderna, la combinación de la impresión 3D con las técnicas de fundición tradicionales abre un mundo de posibilidades. La capacidad de crear moldes personalizados con diseños y geometrías complejas mediante la impresión 3D ha revolucionado el proceso de fundición. Mediante el uso de la fabricación aditiva, los particulares y las industrias pueden explorar nuevas vías de creatividad, eficiencia y rentabilidad en la producción de objetos de fundición de alta calidad.

Este artículo es una guía completa para crear moldes de fundición impresos en 3D. Exploraremos cómo dar vida a tus ideas y crear moldes de fundición mediante impresión 3D.

¿Qué es la tecnología de impresión 3D?

La impresión 3D es un tipo de tecnología de prototipado rápido. Descompone el modelo digital tridimensional diseñado por ordenador en varias capas de rebanadas planas y, a continuación, utiliza la impresora 3D para pegar plásticos en polvo, líquidos o filamentos, metales, cerámica o arena. Es una tecnología que apila materiales compuestos capa a capa según patrones de rebanadas, y finalmente los apila en un objeto completo.

Esta tecnología combina conocimientos técnicos de vanguardia en tecnología de modelado digital, tecnología de la información, tecnología de control electromecánico, ciencia de los materiales y química, y es una tecnología de aplicación integral con un alto contenido tecnológico.

¿Qué es la fundición de metales?

La fundición de metales existe desde hace unos 7.000 años. Es un proceso en el que se vierte metal líquido caliente en un molde y se deja enfriar y endurecer. Se utilizaba para fabricar herramientas, armas y estatuas. Hoy en día se sigue utilizando para fabricar joyas y coches.

La idea básica es verter o forzar metal líquido caliente en un molde. Luego se espera a que el metal se enfríe, se endurezca y adopte la forma del molde. Luego se saca la pieza sólida del molde. Pero hay muchas formas diferentes de hacer fundición. Lo más importante es de qué material está hecho el molde y cómo se introduce en él el metal líquido caliente.

La impresión 3D puede agilizar y abaratar la fabricación de moldes para la fundición de metales. Esto es especialmente cierto para la fundición a la cera perdida y la fundición en arena. Puede imprimir en 3D los patrones que utiliza para hacer los moldes. O puede imprimir en 3D los propios moldes.

Diseñar el modelo CAD

En primer lugar, tendrá que crear un modelo 3D de su molde utilizando un programa de diseño asistido por ordenador (CAD). Asegúrese de que el modelo tiene los ángulos de desmoldeo y las líneas de separación correctas para facilitar el desmoldeo, así como el grosor de pared adecuado para el material de fundición. También querrá incluir características del molde como compuertas, canales y respiraderos para facilitar el colado de la pieza. Puede diseñar su molde utilizando software CAD como Autodesk Fusion®, SolidWorks®, Rhino3D®, AutoCAD®, Tinkercad®, etc.

Cuando diseñe su Modelo de molde impreso en 3DHay algunas cosas que debe tener en cuenta. En primer lugar, simplifique el diseño. Segundo, no llenes los espacios huecos con objetos. Tercero, piensa en el grosor de las paredes. Cuarto, elige un diseño simétrico. Y, por último, diseña teniendo en cuenta los detalles finales.

Determinar si el modelo es hueco o sólido

El proceso de fundición variará en función de si su modelo es hueco o macizo. Si el modelo es hueco, el proceso de moldeado se complica. Tendrá que crear un molde que soporte el interior del modelo y, a continuación, retirar la estructura de soporte de la pieza final. Su pieza final tendrá un agujero en alguna parte lo suficientemente grande como para permitir que el material de soporte se retire cuando se estire la resina curada.

Si su modelo es sólido, el proceso de fundición es más sencillo. Los objetos sólidos no necesitan ninguna estructura interna que los sostenga. En este caso, puedes saltar al paso 4 del proceso de fundición.

Generar la estructura interna del modelo hueco

Para hacer el interior de un modelo hueco, tienes que hacer algunas cosas. Primero, haz un bloque sólido que sea un poco más pequeño que el modelo hueco. Coloca el modelo hueco encima del bloque sólido y céntralo. Cambia el modelo hueco para que tenga forma de "agujero". Esto hará que el interior del modelo sea sólido. Combina el bloque sólido con el modelo hueco modificado.

Ahora tienes una copia exacta del interior del modelo hueco. Para mantener el interior del modelo en su sitio cuando hagas el molde, añade soportes que conecten el interior del modelo con el exterior del molde. Estos soportes los quitarás más tarde.

Generar bloques sólidos alrededor del modelo

En primer lugar, compruebe si su modelo original ya es un sólido o si necesita convertirlo en sólido. Si su modelo ya es un sólido, puede pasar al siguiente paso. Si no, tendrás que modificarlo para que sea un volumen cerrado y estanco. Diseñe una estructura de bloque o caja mucho más grande que su modelo. Este bloque será el límite exterior del molde y formará las paredes que rodearán el modelo. Coloca el modelo dentro del bloque, asegurándote de que está centrado y alineado correctamente.

El modelo debe estar rodeado de bloques, con espacio entre el modelo y las paredes interiores de los bloques. Combine o fusione los bloques y el modelo para crear un objeto único y unificado. El resultado será un nuevo modelo 3D en el que los bloques forman las paredes exteriores del molde y el modelo está dentro del molde.

Al encerrar los bloques sólidos del modelo, habrá creado la estructura necesaria para el molde. El bloque definirá la forma y el tamaño de la pieza de fundición final y proporcionará soporte y contención durante el proceso de fundición.

Divida el bloque en dos o más piezas según el diseño

Es posible que tenga que dividir el bloque en secciones para facilitar el desmoldeo. Esto depende de lo complicado que sea el modelo. A la hora de dividir los bloques, piense en lo siguiente: En primer lugar, fíjese en la forma del modelo y piense cómo puede llegar a él. La razón principal para facilitar el desmontaje del molde es poder sacar la pieza moldeada sin estropearla.

No hagas cuñas ni formas que dificulten la salida de la colada. Cuando veas la forma de tu modelo, piensa en dónde puedes dividirlo. Por ejemplo, si el modelo es redondo, necesitarás al menos una división en el centro para poder separar las dos mitades. Asegúrate de que las líneas que elijas te permitan llegar al interior del modelo. Esto te permitirá sacar el molde sin apretar ni doblar el modelo, ya que el bloque que lo rodea es sólido.

Incrustar el modelo en el bloque sólido

Coloque el modelo simétrico de lado en el bloque dividido, centrado. De este modo, cuando juntes los bloques, tendrás la misma cobertura en ambos lados del modelo. Coloca los bloques con cuidado, asegurándote de que queden bien ajustados alrededor del modelo. Alinea los bloques correctamente, utilizando las guías o marcas de registro para asegurarte de que están bien alineados. Utiliza pasadores para asegurarte de que las mitades del molde se unen correctamente y permanecen alineadas.

Estos pasadores le ayudarán a alinear las mitades del molde cuando lo cierre. Hay un gran canal en el centro para dejar fluir el material de moldeo. Asegúrate de que el canal es lo suficientemente ancho como para permitir que la resina fluya, especialmente si la resina es espesa. Los canales más anchos permiten que la resina fluya mejor y evitan que se atasque o que se formen burbujas de aire al verterla. Haz una cámara que se asiente en la parte superior del molde y que contenga resina extra.

La cámara utiliza la gravedad para que la resina líquida fluya de forma natural hacia el interior del molde. El tamaño de la cámara determina la cantidad de resina que puede introducirse en el gran canal y garantiza que haya suficiente material para llenar el molde.

Comenzar a imprimir en 3D

Ahora es el momento de empezar a imprimir el molde. Para comenzar el proceso de impresión 3D de tu molde, asegúrate de que tu impresora 3D funciona correctamente y está bien calibrada. Comprueba que la base de la impresora está limpia y nivelada y que no hay obstrucciones en el cabezal de impresión o el extrusor. Elija el material de impresión adecuado para su molde. Tenga en cuenta factores como el material de fundición, las propiedades deseadas del molde (como la flexibilidad o la resistencia al calor) y la compatibilidad con las impresoras 3D.

Entre los materiales más comunes para la impresión de moldes se incluyen varios tipos de resinas y termoplásticos. El software toma un archivo de modelo 3D y genera una serie de instrucciones que la impresora debe seguir, especificando la altura de la capa, la densidad de relleno, la velocidad de impresión y otros ajustes. Ajuste estos parámetros en función de sus necesidades específicas. Cargue los materiales de impresión elegidos en la impresora 3D.

Esto puede implicar cargar un rollo de filamento o verter resina en un recipiente adecuado, dependiendo del tipo de impresora que esté utilizando. Inicie el proceso de impresión 3D enviando el archivo de corte a la impresora. La impresora empezará a crear tu modelo capa por capa siguiendo las instrucciones proporcionadas por el software de corte. No pierdas de vista nada al principio para asegurarte de que todo se adhiere y tiene buen aspecto, y para solucionar cualquier problema que pueda surgir.

Utilice el molde impreso y vierta la silicona para iniciar el proceso de fundición

Para iniciar el proceso de colado, mezcle la silicona siguiendo las instrucciones del fabricante, asegurándose de tener la proporción correcta de ingredientes base y catalizador. Cuando la mezcla de silicona esté lista, viértela lenta y uniformemente en el molde. Empieza a verter desde un extremo para que la silicona llene la cavidad del molde. Tenga cuidado de no introducir burbujas de aire durante el proceso de vertido, ya que pueden estropear la fundición final.

Golpee o agite suavemente el molde para eliminar las burbujas de aire restantes. Esto ayuda a que las burbujas de aire suban a la superficie, garantizando una fundición suave y sin burbujas. También puede utilizar un equipo especializado, como una cámara de vacío o un tanque de presión diseñado para la fundición de silicona, para eliminar las burbujas de aire con mayor eficacia.

Deja que la silicona se cure durante el tiempo recomendado por el fabricante. El tiempo de curado dependerá del tipo de silicona que utilices, así que asegúrate de seguir las instrucciones. Debes dejar que la silicona se endurezca y se cure por completo antes de continuar.

Una vez que la silicona esté completamente curada, sácala con cuidado del molde. Dependiendo del molde que utilices, puede que tengas que separar las mitades del molde o doblar el molde para sacar la pieza fundida.

Recorte las piezas sobrantes

Una vez que haya desmoldado con éxito la pieza fundida del molde de silicona, el siguiente paso es recortar el exceso. Este exceso se refiere a cualquier molde adicional de material de silicona que pueda haber fluido fuera de la forma deseada o formado a lo largo de los bordes.

Eche un buen vistazo a su molde e identifique las zonas que deben recortarse. Con un cuchillo afilado o unas tijeras, empiece a recortar el exceso de silicona siguiendo el contorno de la forma deseada. Tómese su tiempo para garantizar la precisión y evitar cortar accidentalmente el molde.

Dependiendo de la complejidad de su moldeado, puede que necesite utilizar diferentes herramientas o técnicas para conseguir los resultados deseados. Recortar el exceso es un paso importante en el proceso de vaciado, ya que ayuda a mejorar el aspecto final y la calidad del vaciado. Al eliminar cuidadosamente el exceso de material de silicona, puede perfeccionar los detalles y conseguir un resultado limpio y pulido que se asemeje mucho al modelo original.

Ventajas de la impresión 3D de moldes de fundición

Utilizar moldes impresos en 3D tiene muchas ventajas, entre ellas:

Ciclo de producción de moldes más corto

Los moldes impresos en 3D acortan todo el ciclo de desarrollo del producto y se convierten en la fuente que impulsa la innovación. En el pasado, las empresas han optado a veces por retrasar o abandonar las actualizaciones de diseño de productos debido a la gran inversión necesaria para fabricar nuevos moldes. Al reducir el tiempo de producción de los moldes y permitir actualizar rápidamente las herramientas de diseño existentes, la impresión 3D permite a las empresas permitirse cambios y mejoras más frecuentes de los moldes. Permite que el ciclo de diseño del molde siga el ritmo del ciclo de diseño del producto.

Además, algunas empresas compran sus propias impresoras 3D para fabricar moldes, lo que acelera el desarrollo del producto y lo hace más flexible y adaptable. Estratégicamente, hace que la cadena de suministro sea más resistente a los riesgos de largos plazos de entrega y estancamiento del desarrollo, como obtener moldes defectuosos de los proveedores.

Menores costes de fabricación

Si el coste actual de la impresión 3D en metal es superior al de la fabricación tradicional en metal, es más fácil ahorrar dinero con las piezas de plástico.

Los moldes metálicos impresos en 3D son económicamente ventajosos para fabricar series pequeñas e intermitentes de piezas finales (porque es difícil amortizar los costes fijos de estas piezas) o para determinadas geometrías (optimizadas específicamente para la impresión en 3D). Son especialmente rentables cuando los materiales son muy caros y la fabricación tradicional de moldes da lugar a altos índices de desechos.

Además, la impresión 3D puede ayudar a los procesos de fabricación y a los beneficios haciendo moldes precisos en pocas horas. Esto es especialmente útil cuando resulta caro detener la producción o mantener muchas herramientas en stock.

Por último, a veces ocurre que es necesario modificar el molde una vez iniciada la producción. La flexibilidad de la impresión 3D permite a los ingenieros probar innumerables iteraciones simultáneamente y puede reducir los costes iniciales causados por las modificaciones del diseño del molde.

Las mejoras en el diseño de moldes añaden más funcionalidad a los productos finales

La metalurgia especial de la impresión 3D de metales suele mejorar la microestructura del metal y produce piezas impresas totalmente densas con propiedades mecánicas y físicas tan buenas o mejores que las de los materiales forjados o fundidos (en función del tratamiento térmico y la orientación de las pruebas) .

La fabricación aditiva ofrece a los ingenieros opciones ilimitadas para mejorar el diseño de los moldes. Cuando la pieza objetivo consta de varios subcomponentes, la impresión 3D tiene la capacidad de integrar el diseño y reducir el número de piezas. Esto simplifica el proceso de montaje del producto y reduce las tolerancias.

Además, puede realizar funciones de producto complejas, por lo que puede fabricar productos finales de alta funcionalidad más rápidamente y con menos defectos de producto. Por ejemplo, la calidad general de un pieza moldeada por inyección se ve afectada por las condiciones de transferencia de calor entre el material inyectado y el fluido refrigerante que circula por el utillaje. Si se hace a la antigua usanza, los canales que transportan el material refrigerante suelen ser rectos, por lo que la pieza moldeada se enfría más despacio y de forma irregular.

La impresión 3D puede crear canales de refrigeración de cualquier forma, lo que permite obtener una refrigeración conforme, más optimizada y uniforme, y fabricar piezas de mayor calidad con menos desechos. Además, puede eliminar el calor más rápidamente, por lo que puede hacer que las moldeo por inyección ciclo más corto, ya que el tiempo de enfriamiento suele ser de unos 70% de todo el moldeo por inyección ciclo.

Optimizar las herramientas para que sean más ergonómicas y mejoren el rendimiento mínimo

La impresión 3D facilita la validación de nuevas herramientas que responden a necesidades no cubiertas en la fabricación, lo que permite poner en fabricación más dispositivos móviles y fijos. Tradicionalmente, las herramientas y los dispositivos correspondientes se han diseñado para durar el mayor tiempo posible debido al considerable gasto y esfuerzo que requiere su rediseño y fabricación. Con la impresión 3D, las empresas pueden reacondicionar cualquier herramienta en cualquier momento, no sólo las que se han desechado y no cumplen los requisitos.

Al requerir poco tiempo y un coste inicial reducido, la impresión 3D hace que resulte más económico optimizar las herramientas para obtener un mejor rendimiento marginal. Por tanto, los técnicos pueden tener más en cuenta la ergonomía a la hora de diseñar para mejorar la comodidad de manejo, reducir el tiempo de procesamiento y hacer más cómodo su uso y almacenamiento. Aunque esto sólo ahorre unos segundos de tiempo de operación de montaje, no suma mucho. Además, optimizar el diseño de las herramientas también puede reducir la tasa de piezas desechadas.

Los moldes a medida ayudan a personalizar el producto final

Con ciclos de producción más cortos, la capacidad de hacer formas más complejas y la posibilidad de reducir los costes finales de fabricación, las empresas pueden hacer un montón de herramientas a medida para ayudar a fabricar piezas personalizadas. Los moldes de impresión 3D son realmente buenos para la fabricación a medida, como equipos médicos y material médico. Puede proporcionar a los cirujanos herramientas personalizadas impresas en 3D, como guías y herramientas para cirugía, para que puedan hacer mejores cirugías y hacerlas más rápido.

Conclusión

En resumen, el uso de la impresión 3D para fabricar moldes de fundición de metal supone un cambio radical en la fabricación. Se pueden fabricar moldes personalizados complejos de forma más rápida y sencilla que nunca. En comparación con la fabricación tradicional de moldes, este método tiene grandes ventajas. Hace moldes más rápidos, más baratos y mejores. Puede hacer moldes que hagan más cosas, como que las herramientas sean más cómodas de usar y que funcionen mejor. Los moldes personalizados le ayudan a fabricar piezas a medida.

Además, puedes probar y mejorar los diseños más rápidamente, de modo que puedes hacer mejores piezas de fundición.Pero tienes que pensar de qué está hecho el molde y cómo lo imprimes para asegurarte de que funciona bien. Si se planifica y se hace bien, se puede utilizar la impresión 3D para mejorar y acelerar la fundición de metales. A medida que mejore la tecnología, la impresión 3D y la fundición de metales cambiarán la fabricación. Podrás fabricar cosas de formas nuevas y hacer más cosas.