En la pasada edición de la feria EMO Hannover, Trumpf mostró cómo la impresión en 3D mejora los procesos de fabricación de materiales resistentes al calor. Estos materiales a menudo consisten en la aleación Inconel a base de níquel, que puede soportar temperaturas de hasta 1.000 °C.
El Inconel se utiliza en aplicaciones como turbinas de gas, motores de combustión y sistemas de calefacción, pero es difícil de mecanizar utilizando métodos convencionales. Las herramientas de fresado a menudo se atascan, se rompen o pierden su filo. En la EMO 2019, Trumpf demostró cómo las piezas Inconel se pueden producir más rápido, más barato y con mayor calidad gracias a la impresión en 3D.
La impresora TruPrint 3000 3D de Trumpf está especialmente indicada para fabricar componentes de generación de energía.
La impresión en 3D ahorra tiempo, materiales y herramientas
A diferencia de los métodos de eliminación de material, como el fresado y el torneado, una impresora 3D no desperdicia material, ya que sólo utiliza la cantidad de polvo que realmente se necesita fundir para crear la pieza. Prácticamente no se requiere un posprocesado manual, lo que reduce significativamente los costes de las herramientas. Además, la impresión en 3D alcanza mayores niveles de calidad al facilitar la creación de geometrías complejas. Por ejemplo, simplifica enormemente el proceso de fabricación de canales de refrigeración internos que aumentan el rendimiento y la vida útil de un componente. “Los materiales resistentes al calor juegan un papel clave en muchas industrias, incluyendo la aeroespacial y el sector de generación de energía. Esperamos que las aplicaciones que presentamos en EMO animen a las empresas de estos sectores y talleres a empezar a utilizar esta tecnología”, afirma Volkan Düğmeci, miembro del equipo de gestión del sector de la industria aeroespacial de Trumpf Additive Manufacturing.
Gracias a la impresión en 3D, Trumpf fabricó el impulsor de un compresor de gas en tan sólo la mitad del tiempo que tardaría normalmente en producirse.
La impresora TruPrint 3000 3D que Trumpf presentó en la EMO es la elección perfecta para las aplicaciones tradicionales con Inconel. Con una cámara en forma de cilindro que mide 40 centímetros por 30 centímetros, la TruPrint 3000 puede fabricar múltiples piezas al mismo tiempo. El sistema también ofrece soluciones para el aseguramiento automático de la calidad, como el control del lecho de polvo y el control de la masa fundida. “Este es un importante factor de valor añadido en industrias con altos estándares de fiabilidad de productos, como el sector aeroespacial”, dice Düğmeci Mecanizar Inconel con técnicas convencionales es difícil y costoso. Los costos de las herramientas son altos porque las herramientas de corte se desgastan rápidamente al fresar el Inconel. En algunos casos, esto repercute en la calidad, ya que es posible que la fresadora no detecte una herramienta de corte desgastada. Los fabricantes de piezas también desperdician cantidades considerables de material. Los componentes fabricados con Inconel, como los álabes de las turbinas y los impulsores de los compresores de gas, tienden a ser complejos. Los operadores de las fresadoras a menudo tienen que eliminar hasta el 80% de la materia prima para crear la forma requerida. Con la venta al por menor de Inconel a unos 100 euros por kilogramo, esto conlleva unos costes significativos.
Dos ejemplos de cómo Trumpf ha mejorado la producción de piezas resistentes al calor mediante la impresión en 3D:
1. Rápido y eficiente en el uso de recursos: impulsores de compresores de gas
Una de las piezas que Trumpf presentó en EMO fue un impulsor de compresor de gas impreso en 3D fabricado con Inconel. Se utiliza para operar aviones teledirigidos de reparto postal y modelos de aviones, así como en turbinas de pequeña escala. “Este impulsor es un buen ejemplo de cómo podemos aprovechar los puntos fuertes de la impresión en 3D en el mecanizado Inconel”, afirma el director de proyecto Andreas Margolf, de Trumpf Additive Manufacturing. Los métodos de fabricación convencionales consumen mucho tiempo y recursos. Se tarda un total de ocho días en fresar la pieza a partir de un bloque de Inconel, incluido el posprocesado, y los costes de la herramienta son elevados. Los fabricantes de piezas también desperdician cantidades considerables de material, y más del 80% de la materia prima termina como desecho de virutas. TRU Trumpf MPF ha mejorado considerablemente el proceso de fabricación con su impresora TruPrint 3000 3D. El sistema puede construir tres impulsores simultáneamente en la plataforma de impresión. El tiempo total requerido para producir cada pieza es de sólo cuatro días, incluyendo el posprocesado. La fresadora sólo es necesaria para el posprocesado, lo que reduce la pérdida de material a menos del 20%. Las mediciones en 3D han demostrado que el compresor de gas impreso ofrece el mismo nivel de calidad que el original.
Por encargo de Toolcraft, Trumpf imprimió en 3D un álabe usado en los motores de los aviones. Ahorro total de costes: 20%.
2. Menores costes y plazos de entrega: álabes para aviones
Por encargo de Toolcraft, TRUMPF optimizó un segmento de álabes de guía de avión para la impresión en 3D. La aleta impulsa el flujo de aire y gases de escape a través del motor. Consta de 16 palas curvas dispuestas en círculo alrededor de un eje común. Debido a la compleja geometría de esta configuración anular, el proceso de remoción de material toma 15 horas. Los operarios tienen que realizar un largo trabajo de programación para asegurar que la fresadora produzca correctamente los álabes. Se necesitan tres pasadas por la fresadora para obtener la forma final, y en este proceso se elimina un total del 85% de la materia prima. Los costes de las herramientas también son elevados: los costes de las herramientas de las aleaciones a base de níquel tienden a ser un 40% más altos que los de los aceros convencionales. En este caso, la impresión en 3D es mucho más eficiente. El sistema TruPrint 3000 de Trumpf puede fabricar seis álabes en una sola pasada. El tiempo de impresión por pieza se reduce a sólo seis horas, y sólo se requiere un mínimo posprocesado en la fresadora. Estos menores costos de herramientas y materiales reducen el costo total en un 20%. Stefan Auernhammer, que dirige la fundición láser de metal en la empresa Toolcraft, afirma que la impresión en 3D es especialmente beneficiosa para las piezas de recambio y los lotes pequeños. “Cuando se trata de materiales difíciles de mecanizar, como las aleaciones a base de níquel, las piezas de recambio fabricadas por medios convencionales son cada vez más caras. Por el contrario, el coste de las piezas impresas en 3D sigue bajando. Otra ventaja es que podemos entregar las piezas terminadas más rápido, lo que a menudo es un factor decisivo para los clientes”. La impresión en 3D también ofrece la oportunidad de realizar nuevas mejoras en el álabe. Por ejemplo, se podría utilizar para incorporar estructuras huecas en las palas con el fin de aumentar el efecto de enfriamiento del componente.
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