Impresoras 3d

¿Cuándo se debe utilizar la impresión en 3D en la fundición en arena?

¿Cuándo se debe utilizar la impresión en 3D en la fundición en arena?

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Fundición compleja con molde impreso en 3D (izquierda) y fundición tradicional con núcleos y moldes tradicionales (derecha)

La fundición en arena es una tecnología con una larga historia, pero está siendo reinventada por la fabricación aditiva. Los moldes de arena impresos en 3D permiten piezas fundidas de gran complejidad geométrica, y en un artículo titulado «Economías de la complejidad de los moldes de arena impresos en 3D para fundición «, un grupo de investigadores describe los beneficios de la utilización de la fabricación aditiva en la fundición en arena:

  • la integración de elementos estructurales tales como celosías periódicas para optimizar el peso frente a la resistencia
  • la inclusión estructural de características únicas tales como números de pieza grabados y/u otros detalles del historial de producción
  • geometrías complejas que generan nuevas aplicaciones de fundición no posibles anteriormente

En el artículo, los investigadores describen una herramienta de evaluación de la complejidad que califica los modelos CAD para determinar el enfoque de fundición más económico basado en la evaluación de la geometría 2D y del corte. Los tres resultados potenciales incluyen la fundición en arena tradicional, la fundición en arena con AM y un híbrido de ambos con núcleos impresos en 3D en matraces de fundición tradicionales.

Se desarrollaron cuatro algoritmos que comenzaron por cortar cada uno de los archivos STL de referencia y realizar análisis por capa, lo que produjo una complejidad media en todas las capas, explican los investigadores. Este proceso se repitió para tres orientaciones de cada pieza y los resultados se promediaron incluyendo: un caso no giratorio, un caso girado 90 grados en el eje X y 90 grados girados en el eje Y.

Las rotaciones se completaron para detectar un sesgo de complejidad relativo a la orientación. Para cada orientación, los números de complejidad de todas las capas se calcularon individualmente y luego el total se dividió por el número de capas para un valor medio que era independiente del número de cortes seleccionados. Al utilizar más capas, se esperaba que la precisión mejorara al mejorar el muestreo estadístico; sin embargo, cada capa adicional significaba un aumento en la duración del cálculo.

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Los valores del factor de complejidad de los Algoritmos AD se muestran para cada una de las piezas fundidas de referencia. E indica exterior. Indica interior.

El algoritmo A era el más simple y sumaba el número de contornos detectados para cada capa. El algoritmo B era similar a A, excepto que en lugar de incrementar la suma de contornos, se calculaba una ración y se añadía a una suma corriente. El algoritmo C resumía el número de contornos, pero también incluía una suma de defectos de concavidad que eran suficientemente cóncavos. El algoritmo D fue un agregado de los otros algoritmos: los contornos, la relación entre el perímetro y el área y el número de defectos de concavidad sumados.

16 estructuras fueron seleccionadas para la fundición, que van en complejidad desde esferas simples hasta una matriz de gyroides y una pieza de ajedrez de teselado de Voronoi. Las diferentes piezas moldeadas se ejecutaron a través del software de complejidad, y los datos resultantes se compararon con las puntuaciones de complejidad asignadas por trabajos anteriores, en los que las puntuaciones se generaron manualmente y se correlacionaron bien con la decisión de qué proceso de moldeado era el más adecuado.

De los cuatro algoritmos, el Algoritmo D dio valores que proporcionan una frontera de decisión que está en línea con la intuición de los autores, así como casos extremos obvios (esfera como un caso de simplicidad o una matriz de giroides para un caso que sólo se puede fundir con la ayuda de la impresión en 3D), según los investigadores.

Este factor de complejidad por capas se comparó con un factor de complejidad conocido para el método de fabricación de fundición convencional y mostró resultados similares, pero sin requerir conocimientos de diseño de los métodos tradicionales, afirman los investigadores. La economía de la complejidad y la cantidad se mostró para un método tradicional de fundición de herramientas y luego se comparó con tres métodos que implicaban la fabricación de aditivos.

Los investigadores presentaron cuatro opciones:

  • Fabricación tradicional (TM): Procesos tradicionales de sustracción para la fabricación de moldes / machos.
  • Impresión de arena en 3D (3DSP): Impresión de arena completa de moldes y núcleos.
  • 3D Sand Printed Core (3DSPC): Impresión en 3D de núcleos y patrones convencionales para que el molde se adapte y arrastre.
  • FDM Patternmaking (FDMP): Fabricación de núcleos convencionales e impresión en 3D utilizando modelos de deposición fundida de patrones duros para la fabricación de moldes convencionales con la ventaja de una fabricación de moldes más rápida.

El método más económico dependía de la complejidad y cantidad de las piezas que se fabricaban. Por ejemplo, para un freno de aire, 3DSP era el más rentable, independientemente del nivel de complejidad. Sin embargo, 3DSPC fue el más rentable para objetos más complejos u objetos en cantidades de 100 o más. Para piezas fundidas de baja complejidad, el FDMP fue la mejor opción, mientras que para cantidades de 1.000 3DSPC fue la más rentable para toda la gama de complejidades.

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