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Documento realizado como requisito para el Proyecto de grado: “Curso Virtual
en manufactura rápida para la plataforma Open Course Ware en el marco del
convenio Universia – Universidad EAFIT”
AUTORES:
Ing. Natalia Maria Ossa Escobar
Ing. Jorge Mario Giraldo Diaz
ASESOR:
Ingeniero Mecánico. Carlos Arturo Rodriguez Arroyave
CO – ASESOR:
Ingeniera de Diseño de Producto. Adelaida María Henao
Este documento está protegido por la licencia Creative Commons (No
comercial): El material original y los trabajos derivados pueden ser distribuidos,
copiados y exhibidos mientras uso no sea comercial
FUNDAMENTOS DE FABRICACIÓN RÁPIDA DE HERRAMENTALES
El Proceso de Rapid Tooling (RT) o Fabricación Rápida de Herramentales es
un proceso basado en varias técnicas de Prototipaje Rápido. Mediante este se
obtienen herramientas funcionales para bajas series de producción, en cortos
periodos de tiempo y a menor costo en comparación con los métodos
tradicionales. Estas herramientas son utilizadas para la producción de
prototipos en materiales como: plástico, metal, siliconas, entre otros (Plantá,
1999 p.1)
El Rapid Tooling se considera como una de las alternativas más firmes para
dar respuesta a las necesidades reales del mercado, en cuanto a la obtención
de prototipos o pequeñas series en material y proceso lo más parecido al
definitivo para revisar precisión, plazos y precio. El término “tooling” abarca
tanto a los moldes y dados como también a los componentes de éstos; como
son los sistemas de colada, expulsores, pernos e inclusive herramientas
necesarias para su fabricación como punzones y electrodos. (Revista
Ambientes Plásticos, Junio 2004)
Una aplicación anticipada del Prototipaje Rápido es el Rapid Tooling, o la
fabricación automática de herramentales para máquinas herramientas. La
fabricación de herramentales es de hecho una de los pasos más lentos y
costosos en el proceso de manufactura, por la extremada y alta calidad
requerida. Los herramentales tienen, con frecuencia, complejas geometrías, y
deben ser dimensionalmente precisos dentro una centésima de milímetro. De
igual manera, las herramientas deben ser duras, resistentes al desgaste, y
tener muy baja rugosidad superficial (aproximadamente 0.5 micrómetros de
raíz cuadrada media). Con el fin de cumplir estos requerimientos, los moldes y
dados son tradicionalmente fabricados por máquinas de CNC (Control
Numérico Computarizado), maquinados por electro-descarga, o por fabricación
manual. Todos estos procesos son altamente costosos y consumidores de
tiempo, es por eso que los fabricantes quisieron incorporar técnicas de
Prototipaje Rápido con el fin de acelerar estos procedimientos. (Hilton, 1995).
El Rapid Tooling se clasifica, de una manera básica, a partir de tres conceptos:
Clasificación según método de definición, etapas o materiales
Los diferentes métodos que componen el Rapid Tooling forman una matriz
donde las diferentes técnicas y tecnologías se entrecruzan mezclándose según
las características que las definen y sus utilidades.
El Rapid Tooling se clasifica, de una manera básica, a partir de tres posibles
conceptos: (Plantá, 1999)
Según el método de definición de la figura a construir
La zona diferencial entre diferentes utillajes es evidentemente la zona de figura,
ya que es la que presenta mayor complejidad de definición y fabricación. Dicha
zona define la característica de la pieza final obtenida y usualmente se
denomina "Postizo de figura". El resto del utillaje suele ser un acopio de piezas
normalizadas o estándares, diversos procesos de mecanizado seriados,
montajes y ajustes. A menudo dichos procesos básicos son comunes entre
muchos desarrollos paralelos. Basándose en este criterio, podríamos clasificar
el Rapid Tooling en función del método de obtención del Postizo (inserto), tanto
de la zona positiva (punzón) como de la zona negativa (cavidad).
En función del concepto de obtención:
Concepto "Piel": Son los métodos que parten siempre de una pieza física
como maestro o patrón, obtenida por métodos tradicionales (modelo) o
mediante métodos más rápidos o avanzados (Rapid Prototyping), para la
definición del Postizo.
La característica geométrica de la pieza final obtenida con estos utillajes suelen
ser de grueso uniforme o constante, de formas suaves y de gran importancia
estética. Se suelen fabricar matrices para embutición, moldes de inyección de
termoplásticos, moldes de soplado, etc.
Concepto “Sólido”: Son los métodos a partir de los cuales obtenemos un
Postizo tridimensional o de concepto sólido, directamente del proceso de
fabricación, sin necesidad de la fabricación previa de un modelo maestro.
La característica de la pieza final obtenida será de espesor no uniforme, con
aristas vivas, de geometría no uniforme y de tolerancias ajustadas. Se suelen
fabricar moldes de inyección, de soplado, modelos para fundición, etc. (Plantá,
1999)
Según las etapas necesarias de creación de la figura.
Otro criterio posible de clasificación sería en función de los pasos necesarios,
etapas o sub.-estadios intermedios necesarios para la creación de la figura,
también denominada "postizo". Estas etapas están definidas por diferentes
tecnologías o diferentes aplicaciones de determinadas técnicas.
Existen métodos que son necesarios hasta 4 procesos intermedios diferentes
para disponer de la geometría de la zona de figura, lista para montar en el
utillaje.
El pulido y ajuste del postizo al utillaje, no se considera como estadio o etapa,
ya que prácticamente en todas las técnicas es necesaria para la finalización del
utillaje, incluso en los métodos tradicionales de fabricación.
Simple: Son los métodos con los que con tan sólo un paso se obtiene la zona
de figura. En caso de que el material del postizo obtenido fuese metálico se
pueden subdividir en:
MÉTODOS DIRECTOS
Los métodos directos facilitan la producción de insertos capaces de sobrevivir
desde unas pocas docenas hasta decenas de miles de ciclos y representan
buenas alternativas a las técnicas tradicionales de fabricación de moldes.
Los métodos directos de fabricación de herramentales reducen el tiempo total
de producción y las imprecisiones introducidas por etapas de replicación
intermedias. El rango restringido de materiales disponibles está mejorando
continuamente y nuevos materiales tales como los cerámicos para
estereolitografía, están ahora disponibles (Dunlop, 1995).
Otra dirección que promete un futuro mejoramiento en los métodos directos de
fabricación de herramentales es el combinar sus capacidades con aquellas de
los métodos convencionales. De esta manera, el área de aplicación de los
métodos directos puede ser extendida significativamente.
La durabilidad o expectativa de vida de los insertos producidos por esos
moldes varia significativamente dependiendo del material y el método de RT
empleado. Esto hace que el área de aplicación de los procesos directos de RT
sea bastante amplia, cubriendo fabricación de herramentales para prototipos,
pre-producción y producción. De acuerdo a su aplicación los métodos directos
de RT se pueden dividir en dos grupos principales. [Jacob, 1996].
El primer grupo incluye los métodos menos costosos con ciclos de tiempo más
cortos que son apropiados para la validación de herramientas antes de
volverse costosas. Estos métodos son también llamados como “Herramentales
firmes”, y pueden correr series de aproximadamente cincuenta a cien partes
usando el mismo material y proceso de manufactura que el de las partes de
producción. (Jacob, 1996)
El segundo grupo incluye métodos de RT que permiten insertos para pre-
producción y producción de herramientas a ser construidas. Los productores de
aparatos de PR venden estos métodos como soluciones de “hard tooling”, las
cuales están basadas en la fabricación de insertos de metal (acero, hierro y
cobre) sinterizado infiltrados con cobre o bronce.
Maquinado de Alta Velocidad sobre Aluminio
Similar a cualquier proceso convencional de maquinado, el proceso de
Maquinado de Alta velocidad, es un proceso de reducción de material a partir
de un corte vertical u horizontal. Normalmente es llevado a cabo en fresadoras
donde el objetivo primordial es la reducción del tiempo de maquinado y por
consecuencia la reducción de los tiempos de producción [metalmexico.com].
Mediante altas velocidades de avance y de giro, en combinación con valores
pequeños de profundidad de corte y tolerancias finas, se logra por un lado la
reducción de los tiempos de maquinado y por otro, la minimización de tiempos
de pulido, como resultado de la alta calidad de superficies que puede
obtenerse. En el caso de moldes para fundición a presión, o dados para forja,
es incluso posible fabricar las piezas con tal calidad, que se elimina la
necesidad del pulido.
Debido a los altos requerimientos dinámicos, las fresadoras de alta velocidad
HSC (High Speed Cutting) Fresado de alta velocidad y desbaste en una sola
máquina fueron inicialmente hechas de construcciones ligeras, lo cual
restringía notablemente su rigidez. Además a causa de las altas velocidades
exigidas, los husillos HSC poseían también una rigidez relativamente baja.
Ambos factores limitaban fuertemente la capacidad de desbaste de las
fresadoras HSC, especialmente en el maquinado de aceros duros. En
operaciones que requerían el desbaste de grandes volúmenes, se tenía que
fresar inicialmente la pieza en una máquina más adecuada para el desbaste.
De otra forma se originaban costos de herramientas muy elevados, pues los
diámetros máximos permisibles para las herramientas en las máquinas HSC
eran relativamente pequeños. Además, las vibraciones que se producían
durante el desbaste, aumentaban fuertemente el desgaste de las herramientas.
Por tales motivos, se menguaba la reducción de costos que podía obtenerse
mediante el acabado fino de alta velocidad [metalmexico.com]
Proveedores:
La más alta Dinámica, Precisión y Calidad de Superficie son los distintivos de
las Máquinas Fresadoras de Alta Velocidad HSC de la Compañía alemana
Röeders. Con su nuevo desarrollo, la máquina HSC RP800, Röders abre un
horizonte de nuevas posibilidades de fabricación. No obstante su alta dinámica,
con una aceleración de 1.3 g, la máquina posee una construcción
extremadamente rígida.
Mayor información sobre los productos, procesos, materiales, equipos y
aplicaciones de esta compañía, puede ser encontrada en el siguiente enlace:
http://www.roeders.de/eng/start.php
En el enlace http://es.youtube.com/watch?v=LtE2J9MraXY se puede encontrar
una demostración corta del Maquinado de Alta Velocidad sobre una pieza de
aluminio, es posible identificar en este video, la rapidez de elaboración de la
pieza y la alta calidad en el acabado.
Sinterizado láser directo de metal
El sinterizado láser directo de metal (DMLS, Direct Metal Laser Sintering, por
sus siglas en inglés), es una tecnología encargada de la fabricación de insertos
de molde de forma compleja y en metal desde un archivo CAD, garantizando
un 99.99% de densidad en las partes. (aserm.net, 2005).
Este proceso es realizado mediante la máquina EOS M250, la cual fue
diseñada mediante el principio de Sinterizado Selectivo por láser (SLS,
Selective Laser Sintering, por sus siglas en ingles) con el fin de trabajar con
materiales metálicos, el proceso es idéntico al realizado en SLS, la única
diferencia es la adición de una placa de acero la cual sirve como soporte para
la pieza que se esta construyendo y un láser mucho mas potente que el
utilizado en SLS, debido a que ésta trabaja con metales. (aserm.net, 2005).
El proceso de creación de insertos, consiste en la cauterización del material por
medio de un láser de alta potencia, cabe tener en cuenta que el estado inicial
del material es metal en polvo, el cual se va agregando a la superficie de acero
a medida que son formadas las capas del producto. (aserm.net, 2005).
Los materiales utilizados para la fabricación de herramientas a partir de DLMS
son: Bronce, titanio, aleaciones de bajo carbono, cromo, acero y cobalto.
(moldmakingtechnology.com, 2008).
Este proceso es realizado para la fabricación de piezas pequeñas,
generalmente de 240 mm * 240 mm, contando con una muy buena rapidez y un
espesor de capa entre 40 ųm y 60 ųm, entre mas grande sea el espesor de
capa, se gana rapidez, pero se pierde precisión; la cual se encuentra entre
dimension * 0.07 +/- 50 ųm. (aserm.net, 2005).
Entre sus aplicaciones se encuentra la creación de insertos en cantidades
pequeñas y medias para industrias del sector automotriz, aeroespacial,
electrónico y médico, entre otros. (3trpd.co.uk, 2008).
Figura XXX: Herramentales realizados con DMLS
Fuente: Elaboración Propia.
Entre las ventajas encontradas para este proceso se encuentra su buena
calidad superficial, las buenas propiedades que poseen sus productos y como
principal ventaja, este proceso no requiere de personal 24 horas pendientes de
la máquina.
Para un mejor entendimiento del proceso visitar la siguiente página:
http://es.youtube.com/watch?v=QMbQ5dsGB-U
http://es.youtube.com/watch?v=C9awF5te_2w&feature=related
Video: http://envivo.eafit.edu.co/manufacturarapida/DMLS/DMLS.htm
Moldeado por inyección directa
La estereolitografía es utilizada para producir insertos epóxicos para
herramientas de moldes de inyección para partes termoplásticos. Dado que la
temperatura de resistencia de las resinas epóxicas curables disponibles hasta
ahora, es hasta de 200°C y los termoplásticos son inyectados a temperaturas
aproximadas a los 300°C, existen unas reglas específicas que aplican a la
producción de este tipo de moldes de inyección (Decelles y Barritt, 1996).
Figura 1: Moldeado por inyección para fabricación de piezas de plástico
Fuente: http://ocw.mit.edu/.../15-792JFall-2005/CourseHome/
La principal desventaja del moldeado por inyección directa es que el número de
partes que se pueden obtener utilizando este proceso es dependiente de la
forma y tamaño de la parte moldeada, así como de las habilidades de un buen
operario quien puede presentir cuando parar entre ciclos y permitir mayor
refrigeración. Dado que el acabado debe ser hecho sobre las formas internas
del molde, el proceso es levemente más complicado que para los métodos
indirectos donde la mayoría de los acabados de los modelos son externos. De
igual manera, los ángulos de ventilación del orden de ½ a 1 grado y la
aplicación de un agente liberador en cada ciclo de inyección es requerida con
el fin de asegurar un retiro apropiado de la parte.
Aunque el tiempo del ciclo de inyección (3 a 5 min) es largo en comparación
con el moldeado por inyección convencional (5 a 15 s), una herramienta
fabricada mediante este Directo, puede moldear hasta 100 partes, y es posible
su fabricación en el material elegido dentro de una semana después de
recibido el diseño.
Con el fin de incrementar la resistencia a la erosión y la conductividad térmica
de las herramientas fabricadas por este método se ha investigado la posibilidad
de hacer la deposición de una capa de 25 um de cobre sobre la superficie del
molde. (Jacobs, 1996a).
Herramentales por Manufactura de Objetos Laminados (LOM)
El proceso original de LOM produce partes con una madera que aparentan
usar hojas de papel. Se han reportado experimentos para construir moldes
directamente o cubiertos con una capa delgada de metal. Desafortunadamente
los moldes construidos de esta manera solo pueden ser utilizados únicamente
para fundición baja de termoplásticos. Por esta razón, se han desarrollado
nuevos materiales basados en epóxicos o cerámicos capaces de soportar
fuertes condiciones operativas. (Pak et al, 1997).
• Hojas poliméricas: Estas hojas consisten en fibras cerámicas y de vidrio
en una matriz epóxica en etapa B. Las partes hechas con este material
requieren un pos-curado a 175°C por una hora. Una vez están
totalmente curadas tienen buenas propiedades compresivas y una
temperatura de deflección de 290°C (Klosterman et al, 1996).
• Hojas cerámicas: Dos materiales cerámicos han sido desarrollados para
LOM, un cerámico AIN sinterizable y un cerámico de silicona SiC
infiltrable. Ambos materiales son mezclados con un 55% de volumen de
pegante polimérico (Klosterman et al, 1996).
La compañía DTM patentó 3 materiales para la fabricación de herramentales
por este método, cada uno con condiciones y propiedades diferentes, éstos
son: Acero Rápido 1.0, Acero Rápido 2.0, y una poliamida de cobre. (Pham et
al, 2000).
SandForm
Se trata de otro proceso patentado pro la compania DTMTM que utiliza los
metales Si y Zr para construir moldes y corazones directamente de los datos
3D CAD empleando el proceso de Sinterizado Selectivo por Láser. Los moldes
de arena y las cavidades producidas son de una precisión equivalente, y tienen
propiedades que son idénticas a los corazones fabricados mediante métodos
convencionales. Los moldes SandForm y corazones pueden ser usados para
fundición por arena a baja presión. (DTM, 1998f).
Proceso DirectTool EOS
El proceso DirectToolTM es un proceso comercial de fabricación rápida de
herramentales introducido por la compañía EOS GMBH in 1995. Actualmente
hay procesos para su desarrollo y el incremento de materiales utilizados, así
como la productividad de la técnica y al calidad de las partes construidas. La
aplicación más común de este proceso es la producción de insertos para
moldeado por inyección de plásticos y vulcanización de caucho. El proceso de
DirectTool utiliza polvos de metal, los cuales son selectivamente sinterizados
en una máquina desarrollada especialmente para ello; la EOSIN M 250. Las
partes sinterizadas son porosas y usualmente de menor infiltración con una
resina epóxica para incrementar su fortaleza (Fritz, 1998). Después de la
infiltración, se pulen las superficies de la parte para lograr que la calidad
requerida en los insertos.
El método DirectTool es principalmente utilizado para fabricación de insertos
con superficies complejas que no pueden ser maquinados directamente. Este
proceso es considerado una alterativa viable para el prototipaje y la pre-
producción de aplicaciones que requieren la manufactura de hasta unas pocas
miles de partes a partir de plásticos comunes de ingeniería.
Fabricación directa de herramentales usando 3DPTM
El proceso de impresión 3D fue desarrollado por el MIT (Sach el al, 1997; MIT,
1999), y puede ser empleado para construir partes de metal mediante
insertos/herramientas moldeadas por inyección a partir de modelos CAD en un
rango de materiales que incluye aceros inoxidables, tungsteno y carburo de
tungsteno. El proceso permite la fabricación de partes con volúmenes internos
mientras que exista una ruta de escape para la pérdida inusual de polvo. La
producción de partes de metal incluye los siguientes pasos:
1. Construir la parte combinando polvo y pegante empleando el proceso de
3DPTM.
2. Sinterizar las partes impresas en un horno para incrementar su fortaleza.
3. Infiltración de las partes sinterizadas con aleaciones de bajo punto de
fusión para producir partes completamente densas.
El proceso 3DPTM puede ser fácilmente adaptado para la producción de partes
en una variedad de sistemas de materiales, por ejemplo composiciones metal-
cerámicas con novedosas propiedades (Sachs et al, 1997).
El proceso 3DPTM también puede ser empleado para construir moldes
cerámicos directamente a partir de datos CAD sin necesidad de pasos
intermedios. Este proceso tiene los siguientes pasos (Uziel, 1997; Soligen
1999):
1. Crear un modelo 3D CAD desde un árbol de fundición que incluye
sistema de escape a través del cual fluirá el material fundido.
2. El modelo CAD del árbol se usa como referencia para general un
modelo digital de un molde cerámico.
3. el modelo CAD del molde es utilizado para construir el actual molde
cerámico con el proceso 3DPTM
4. El polvo desatado se remueve del molde.
5. Se llena el molde con el metal fundido. Después de la solidificación del
metal, la cerámica y el metal sobrante se remueven y la fundición es
sometida a procesos de acabado.
Algunas de las compañías líderes en el mercado para esta tecnología son:
Prometal: En el siguiente enlace de la compañía ExOne, se encuentra
información puntual sobre aplicaciones, procesos, materiales y equipos
relacionados específicamente con su proceso central de impresión 3D.
http://www.exone.com/eng/technology/x1-prometal/index.html
En el enlace http://es.youtube.com/watch?v=tkg6JSVAwi0 se encuentra un
video que explica de manera breve y concisa el proceso de impresión 3D
llevado a cabo por la compañía ProMetal Inc., con una aplicación sencilla
conducida a través de una entrevista a un experto en el proceso (video en
inglés)
ZCorporation es otro proveedor de impresoras 3D para desarrollar piezas,
prototipos y herramientas a través de este proceso.
En el siguiente enlace http://es.youtube.com/watch?v=4YOx1_DznXM se halla
un video con explicaciones en detalle sobre el proceso de impresión 3D, que va
desde el diseño de la pieza, hasta su producción final, analizando cada etapa
del desarrollo del producto desde una perspectiva técnica y gerencial.
Formación Topográfica (TSF)
La técnica de Formación Topográfica es bastante similar al 3DP. Esta
tecnología es utilizada fundamentalmente para la producción rápida de
moldes. Las partes son construidas mediante una adición sucesiva de capas de
polvo de sílice y atomización selectiva de cera parafina a partir de una boquilla
controlada (X, Y, Z). La cera ata el polvo para formar cada sección cruzada de
la parte y funde parcialmente la capa anterior para asegurar una buena
adhesión. Una vez la parte es completada, se pule, y se cubre en cera y luego
empleada como molde para las partes finales. Los materiales que se utilizan
incluyen el concreto, la fibra de vidrio y espuma expansiva (Formus, 2000)
Una ventaja de esta tecnología es que puede fabricar partes de gran tamaño
rápidamente y manera económica, que de otro modo pueden ser más costosos
y de mayor tiempo de fabricación. La principal desventaja es la característica
arenosa de las partes producida, que pueden necesitar un último proceso de
acabado manual.
El procedimiento es básicamente el mismo para cualquier tipo de molde bajo
construcción: El primer paso es ajustar el molde para obtener la línea de
división requerida, luego se aplica el metal sobre el caparazón hasta obtener el
grosor deseado; éste puede variar de 1 a 5mm. El armazón se debe ajustar
para favorecer su aplicación. Un armazón de 1 – 1.5 mm de grosor sería usado
para moldes de poliuretano, formación en vacío y herramientas por moldeado a
presión en frío.
Proveedores:
BMS (Bristol Metal Spraying & Protective Coatings): Es una compañía
inglesa establecida en 1935, especialista en el área de recubrimientos que
ofrece la aplicación de un rango extensivo de recubrimientos de protección
contra la corrosión, erosión y condiciones abrasivas.
La página web de esta compañía es:
http://www.bmspc.co.uk/. En este sitio se podrá encontrar información relevante
sobre los tratamientos practicados en la empresa y ejemplos en las diferentes
industrias de aplicación como (Aeroespacial, construcción, marina, militar,
naval, petrolífera, entre otras).
MCP Group: La grupo MCP se formó en 1929 en Londres para desempeñar
las tareas de mercadeo de la compañía Aramayo Bismuth en Europa.
En el enlace: http://www.mcp-group.com/index.html
Su división de Prototipaje Rápido (http://www.mcp-group.com/rpt/rpttmst.html)
Describe en detalle los procesos desarrollados por la compañía, tales como:
Moldeo por inyección, fundición de metales, Metal spray, entre otros.
En el área específica de Metal Spray, que puede ser encontrada en el link
http://www.mcp-group.com/rpt/rpttmst.html, se detalla el procedimiento paso a
paso, los materiales utilizados y ejemplos de aplicación.
METODOS INDIRECTOS
También son llamados Métodos de Baja Densidad. De ellos se obtienen piezas
o partes metálicas de baja densidad, que posteriormente se someten a un
proceso de infiltración o post-sinterización, con el objetivo de mejorar su calidad
(dureza y densidad), obteniendo así piezas de estructura metálica de alta
densidad.
En los años recientes, las tecnologías de Prototipaje Rápido (PR) han emergido
para reducir los retrasos inherentes en las re-iteraciones y los ajustes
necesarios para crear productos de alta calidad. Estas tecnologías ofrecen la
capacidad de una producción rápida de objetos sólidos tridimensionales
directamente desde los diseños generados en sistemas CAD (Diseño Asistido
por Computador). Un prototipo puede ser completado a en pocos días o incluso
en pocas horas, en vez de semanas, Desafortunadamente, con las técnicas de
PR, existe un rango limitado de materiales con los cuales los prototipos pueden
ser fabricados. Consecuentemente, aunque la visualización y la verificación
dimensional/geográfica son posibles, las pruebas funcionales de los prototipos,
con frecuencia no lo son, debido a las diferencias en propiedades mecánicas y
térmicas del prototipo comparado con la parte a producir (Jacobs, 1996a).
Todo esto condujo al siguiente paso, el cual significa para la industria de PR
alcanzar, la fabricación rápida de herramentales como una manera natural de
capitalizar las tecnologías de CAD 3D y PR. Con el incremento de la precisión
de las técnicas de PR, numerosos procesos han sido desarrollados para
producir herramientas a partir de patrones de PR. (Childs and Juster, 1994). La
amplia mayoría de métodos de Rapid Tooling, se usan para patrones de PR
con el fin de fabricar moldes de silicona por vulcanizado a temperatura
ambiente (RTV por sus siglas en inglés) para partes de plástico y como moldes
sacrificados para moldeado por inversión de partes metálicas (Dickens et al.,
1995). Estos procesos son apropiados para lotes entre 1 y 20 unidades y son
usualmente conocidos con el nombre de técnicas “soft tooling”.
A pesar del incremento de los rangos de materiales permitidos por el soft
tooling, la elección es aún limitada y no todas las necesidades pueden ser
satisfechas. Por lo tanto, otros métodos indirectos para la fabricación de
herramentales han sido desarrollados. Estos nuevos métodos permiten
prototipos para ser construidos usando el mismo material y proceso de
manufactura que la parte a producir.
Los métodos indirectos que serán descritos a continuación son una nueva y
buena alternativa a las técnicas para la fabricación tradicional de moldes. Estos
métodos, menos costos y con ciclos más cortos permiten conducir la validación
de herramientas antes que los cambios se vuelvan muy costosos.
El amplio rango de soluciones indirectas de RT hace difícil determinar el
método más apropiado para un proyecto particular. Las compañías necesitan
conocer todos los procesos disponibles y tener un entendimiento claro de sus
fortalezas y debilidades junto con los meritos comparativos de los varios
materiales que ellos emplean.
Herramentales RTV (Room Termperature Vulcanizing)
Los herramentales RTV (Vulcanización a temperatura ambiente, por sus siglas
en español) son una forma fácil, relativamente económica y rápida de fabricar
prototipos o herramientas de pre-producción. Los herramentales RTV también
son conocidos como moldes en goma de silicona. La fabricación de moldes
RTV usualmente incluye los siguientes pasos básicos (Jacobs, 1996):
1. Fabricar un patrón. Cualquier método PR puede ser empleado.
2. Agregar una abertura (entrada / salida) y la ventilación al patrón.
3. Ajustar el patrón en una caja molde con una línea de partición en
plastilina.
4. Verter la silicona para formar una mitad del molde
5. Invertir la primera mitad del molde y remover la plastilina.
6. Verter la silicona para producir la segunda mitad del molde.
Existen dos tipos de silicona usados en este proceso: Siliconas a base de
estaño y a base de platino. Generalmente las primeras son menos costosas y
más durables.
Los herramentales RTV pueden ser utilizados para moldear partes en cera,
poliuretano y unos pocos materiales epóxicos. Este proceso se ajusta mejor
para proyectos donde la forma, el ajuste o pruebas funcionales puedan ser
hechas con un material que imite las características del material de
producción.
Otra forma de RTV es conocida, y ampliamente utilizada para producir
herramientas precisas en silicona para partes por fundición, con detalles finos y
paredes delgadas. El proceso requiere una inversión inicial en una cámara de
vacío con dos secciones. La sección superior es para mezclar la resina y la
inferior para fundir la resina en el molde.
Es la más simple y antigua de las técnicas de mecanizado rápido. Un patrón
positivo de Prototipaje Rápido (PR) es suspendido en un tanque de silicona
líquida o a temperatura ambiente de vulcanización de la goma (RTV por sus
siglas en inglés). Cuando la goma se endurece, se corta en dos mitades y el
patrón de PR se remueve. El molde de goma resultante puede ser usado para
fundir hasta 20 réplicas en poliuretano del patrón original de RP. Una variante
muy útil, conocida como proceso de sinterizado de metal por polvo Keltool,
utiliza los moldes de cómo para fabricar herramientas de metal (Ashley, 1997).
Desarrollado por 3M y ahora propiedad de 3D Systems, el proceso Keltool,
involucra el llenado de los moldes de goma con herramientas de acero y
ligantes epóxicos. Cuando el ligante se seca, la herramienta de metal “verde”
es removida del molde de goma y luego es sinterizada. En esta etapa la
densidad del metal alcanza sólo el 70%, y por lo tanto es infiltrado con cobre
con el fin de acercarse a su máxima densidad teórica. Las herramientas tienen
una precisión relativamente alta, pero su tamaño se limita a menos de 25 de
centímetros
Una forma de moldeo RTV conocida como fundición al vacío es ampliamente
conocida para producir herramientas precisas de silicona para partes fundidas
con detalles finos y paredes muy delgadas.
El proceso incluye nueve pasos que son detalladamente descritos en el
siguiente enlace del Centro de Excelencia de I+D Internacional para
Manufactura avanzada y tecnologías de información.
http://www.mec.cf.ac.uk/services/?view=vacuum_casting&style=plain
Ejemplo de creación de un molde de Silicona: en el taller de diseño de la
Universidad EAFIT se realizó la construcción del molde en silicona para un
candelabro, La experiencia se ilustra a continuación..
Para la elaboración de este son necesarios los siguientes materiales:
• El modelo.
• Plastilina 200 gr aproximadamente.
• 5 tablas: 1 para la base y otras 4 para la construcción de la caja; las
medidas de estas dependen del molde que se quiera construir.
• Balanza.
• Espátula
• Silicona.
• Catalizador.
• Regla
• Recipiente para la mezcla
Figura 2: Materiales para la construcción de un molde
Fuente: Taller de Diseño – Universidad EAFIT.
Para empezar el proceso se necesita, en primera instancia, la tabla en la cual
se delimita la zona en la cual se conforma la caja para vaciar la silicona, para
este caso se trabaja con un espesor de pared de dos centímetros a cada lado y
por encima partiendo del punto mas alto del modelo.
Figura 3: Rayado tabla para construcción Molde
Fuente: Taller de diseño – Universidad EAFIT.
Luego de este proceso, se construyó una capa de plastilina sobre el recuadro
donde va la pieza ya que es un molde de dos caras y esto es necesario para la
construcción de la otra cara del molde.
Figura 4: Creación de cama para la otra cara del molde
Fuente: Taller de diseño – Universidad EAFIT
Al tener la cama, se construye la caja, la cual limita el espacio donde se vierte
la silicona. La cantidad de silicona requerida se calcula mediante el volumen
del cuadrado, para este caso las medidas fueron 12 * 12 * 7 = 1008 cm3 y esto
se multiplica por la densidad de la silicona: 1.2 gr / cm3, lo cual da como
resultado: 1109.6 gr de silicona.
El catalizador siempre es el 4% de la cantidad de silicona, para este caso: 45
gr, mediante la ayuda de la balanza se van agregando estos componentes, se
debe mezclar hasta lograr una mezcla homogénea y se agrega a la caja de
una forma lenta con el fin de evitar la formación de burbujas, una vez
terminado, se deja reposar por 24 horas.
Caja en forma de espiral silicona dentro de la caja
Figura 5: Creación de la caja y vaciado de la silicona
Fuente: Taller de diseño – Universidad EAFIT.
Pasadas las 24 horas se invierte la caja y se desmolda con el fin de repetir el
mismo proceso anterior pero por la otra cara del molde.
Figura 6: Cara dos del molde (Caja invertida)
Fuente: Taller de diseño – Universidad EAFIT.
Luego se realiza el mismo proceso de cálculo de la cantidad de silicona +
catalizador para esta cara del molde: 12 * 12 * 2 = 288 * 1.2 gr / cm3 = 345.6 gr
de silicona; 15 gr de catalizador.
Se vacía esta nueva cantidad de mezcla sobre la cara del molde y
nuevamente se deja reposar durante 24 horas.
Pasadas las 24 horas se retiran las dos partes del molde original y se obtiene el
molde en silicona.
Fuente: Taller de Diseño – Universidad EAFIT.
Figura 7: Molde de un candelabro en Silicona
Fuente: Elaboración Propia.
Para una mejor visualización del proceso de creación de un molde en silicona,
visitar la página:
http://envivo.eafit.edu.co/manufacturarapida/MoldenSilicona/MoldenSilicona.ht
m
Ejemplo de creación de un candelabro vaciado en Poliuretano a partir de un
molde de silicona:
Los materiales necesarios para realizar este proceso son:
• Taladro.
• Balanza.
• Dos vasos plásticos de polipropileno.
• Poliuretano tipo A y B
• Jeringa
Figura 8: Materiales para el vaciado en PU
Fuente: Taller de Diseño – Universidad EAFIT
El proceso comienza realizando agujeros en el molde con la ayuda del taladro.
del propósito de éstos es inyectar el material por medio de la jeringa, en este
caso Poliuretano.
Debido al volumen irregular de la pieza, éste se puede calcular utilizando el
principio de Arquímedes. Llenando un Beacker con agua hasta 500 cm3 (para
este caso particular), se introduce la pieza, la cual desplaza el agua hasta 561
mm3. La resta entre estos dos volúmenes da como resultado 61 cm3, cantidad
de PU de cada componente que debe ser preparada.
Figura 9: Componentes A y B de PU
Fuente: Taller de Diseño – Universidad EAFIT.
Una vez preparada y homogeneizada la mezcla, se inyecta al molde, por
medio de la jeringa. El molde se debe encontrar completamente sellado y sin
posibilidad de que le entre aire; para esto se recomienda un caucho para lograr
un mejor apriete entre las dos caras del molde.
El PU inyectado se deja reposar durante 4 horas antes de ser desmoldado.
Figura 10: Candelabro vaciado en PU a partir de un molde en Silicona
Fuente: Taller de Diseño – Universidad EAFIT.
Para una mejor comprensión del proceso de vaciado en Poliuretano a partir de
un molde en silicona, visitar la siguiente página:
http://envivo.eafit.edu.co/manufacturarapida/VaciadoenPoliuretano/VaciadoenP
oliuretano.htm
Moldes en resina Epóxica
Los moldes en resina epóxica son usados para manufacturar partes prototipo o
series limitadas de partes finales. Las epoxi-herramientas (o moldes en resina
epóxica) son usadas por (3D Systems, 1995):
• Moldes para inyección de prototipos plásticos
• Moldes para fundición
• Moldes para compresión
• Moldes para inyección por reacción
La fabricación del molde empieza con la construcción de un marco simple
alrededor de la línea de partición del modelo PR. La mazarota y los canales
de inyección pueden ser agregados o cortados más adelante, una vez el molde
esté finalizado. La superficie expuesta del molde se cubre con un agente
liberador y la resina epóxica se vacía sobre el molde. Polvo de aluminio es
usualmente añadido a la resina epóxica y pequeños conductos de cobre para
refrigerar pueden ser también colocados en esta etapa para incrementar la
conductividad térmica del molde. Una vez la resina epóxica se ha curado, el
ensamble es invertido y el bloque se remueve por la línea de partición, dejando
el patrón incrustado en el lado de la herramienta que se acaba de fundir. Otro
marco se construye y se vacía la resina epóxica para formar el otro lado de la
herramienta, Cuando el segundo lado de la herramienta se cura, las dos
mitades se separan y se remueve el patrón (Mueller, 1995).
Desafortunadamente, curar la resina epóxica es una reacción exotérmica y no
siempre es posible fundir la resina epóxica alrededor del modelo PR sin
dañarlo. En este caso, un molde de silicona RTV es fundido a partir del patrón
de PR y un modelo en silicona RTV se hace a partir del molde y es usado como
patrón. Una pequeña pérdida de precisión ocurre durante la reproducción de
pasos. Un proceso alternativo es construir un molde de PR, como un maestro,
de manera que únicamente se necesite un paso de reproducción de silicona
RTV (Kampius and VanHeil, 1996). Dado que la herramienta epóxica no
requiere habilidades o equipos especiales , es una de las técnicas disponibles
más económicas.
También es una de las más rápidas. Varios cientos de partes pueden ser
moldeados en casi cualquier material plástico común para fundición.
Las herramientas epóxicas tienen las siguientes limitaciones (3D Systems,
1995):
• Vida limitada de la herramienta
• Pobre transferencia térmica
• Tolerancia dependiente de los patrones maestro
• Los epóxicos rellenos con aluminio tienen menos resistencia a la
tensión.
La vida de las herramientas aluminio-epóxicas hechas por inyección de plástico
para diferentes materiales termoplásticos está dada en la siguiente tabla. (3D
Systems, 1995):
Tabla 1. Vida aproximada de una herramienta aluminio-expóxica (3D Systems,
1995).
Material Vida de la
herramienta (usos)
ABS 200 – 3000
Acetal 100 – 1000
Nilon 250 – 3000
Nylon (vidrio) 50 – 200
PBT 100 – 500
Combinación de PC/ABS 100 – 1000
Policarbonato 100 – 1000
Polietileno 500 – 5000
Polipropileno 500 – 5000
Poliestireno 500 – 5000
Fuente: 3D Systems, 1995.
Proveedores:
Harrington Product Development Center: Es una compañía enfocada en el
diseño y ejecución en proyectos para del desarrollo de productos de plástico
para todo tipo de industrias.
Su página web es http://www.harringtonpdc.com. Allí se podrá información
relevante sobre sus productos, procesos y contactos.
Una de sus principales competencias es el proceso Epoxy tooling o Moldes en
resina epóxica: http://www.harringtonpdc.com/services/epoxytooling.asp. En
este hipervínculo se encuentra información básica sobre el proceso, industrias
de aplicación, tipos de patrones utilizados, y una descripción breve del
procedimiento.
Cytec Inc. Es una compañía especializada en el desarrollo de materiales
químicos, enfocada en la manufactura y venta de productos de valor agregado
para las industrias: espacial, automotriz, químicos intermedios y plásticos.
Su sitio web es http://www.cytec.com/engineered-materials/composite-
tooling.htm. Aquí se encontrará información relevante sobre sus principales
productos, normas de calidad, negocios, procesos de innovación.
Otros productos de la compañía pueden ser encontrados en el siguiente
enlace: http://www.cytec.com/products/overview.htm.
Herramentales cerámicos
En vez de una resina epóxica, cualquier revoque cerámico puede ser fundido
alrededor de un maestro para producir una cavidad de herramienta. Las
herramientas cerámicas pueden ser empleadas de igual manera en procesos
plásticos, formación de metales y fundición de metales (Dickens, 1996). En la
fabricación de herramientas cerámicas, la cantidad de agua usada tiene que
ser controlada con el fin de evitar contracciones excesivas dependiendo del
material. Recientemente la atención se ha enfocado en cerámicos no
contractivos. Estos cerámicos Fundibles basados en Silicato de calcio (CBC
por sus siglas en inglés) fueron inicialmente desarrollados para aplicaciones
donde la pulverización de metal no era posible.
Las etapas al producir las dos mitades de un cerámico CBC difieren levemente
del proceso de molde epóxico descrito anteriormente. Los cerámicos CBC sólo
generan una pequeña cantidad de calor durante la curación (aproximadamente
50°C). Esto les permite ser vaciados directamente sobre el maestro de PR sin
dañarlo. Las dos mitades del molde deben ser fundidas al vacío para evitar
burbujas de aire y una tabla de vibración puede ayudar a envasar el material.
Después de aproximadamente una hora, el patrón PR puede ser removido y la
herramienta cerámica se deja curar por otras 24 horas en un horno. Una vez la
cerámica esté completamente curada, las superficies traseras de las dos
mitades del molde son aplanadas (por maquinado) y las guías son taladradas
para recibir los pasadores de expulsión (Jacobs, 1996b).
Los cerámicos son materiales porosos, lo cual no es deseable cuando la
herramienta es usada para moldear polímeros muy adhesivos. Varios
tratamientos superficiales pueden ser llevados a cabo para reducir la porosidad
incluyendo la aplicación un lubricante de película seca, un agente removedor,
silicona o PTF (Bettany y Cobb, 1995).
La principal ventaja de este proceso, aparte del bajo costo de las cerámicas
usadas, es el corto tiempo necesario para construir un molde. Algunos
cerámicos CBC han sido probados (beta) se reportan con un tiempo de
curación de unas pocas horas (Bettany y Cobb, 1995), lo cual podría facilitar
una inyección de la herramienta en un día después de obtener el modelo PR.
Herramientales fundidos de metal
Los moldes de metal son, por lo general consumidores de tiempo y costosos
para maquinar, pero combinando técnicas de PR con técnicas de fundición,
algunos moldes de aleación de aluminio o zinc pueden ser hechos
rápidamente.
Proveedores
ZCast® El proceso de ZCast de ZCorp provee la habilidad de producir partes
fundidas de metal a partir de un archivo CAD significativamente más rápido y
menos costoso que los métodos convencionales de prototipaje por fundición.
En en enlace http://www.zcorp.com/Solutions/Castings--Patterns--
Molds/spage.aspx se detalla el proceso de ZCast, ventajas, desventajas y
preguntas frecuentes sobre el procedimiento.
Fundición por inversión: El uso de moldes de sacrificio de PR para fundición
por inversión fue una de las primeras aplicaciones del PR. Hoy en día, los
modelos para fundición por inversión pueden ser hechos en caso todas las
máquinas de PR. Estos pueden ser obtenidos directamente sin ningún cambio
al proceso de construcción (LOM), modificando el estilo de construcción, o
usando un material especial (SLS, FDM). Otra técnica es construir el armazón
cerámico que será usado para la fundición por inversión (Impresión 3-D).
El proceso de fundición por inversión incluye los siguientes pasos principales:
1. Múltiples patrones son producidos
2. Los patrones se ensamblan como un grupo en un “árbol” donde son
insertados a una mazarota central.
3. El árbol de patrones es remojado en una mezcla de compuestos
cerámicos para formar un recubrimiento. Luego, el grano refractario is
roseado sobre los patrones recubiertos para formar el armazón.
4. El paso 3 es repetido varias veces para obtener el grosor y fortaleza de
armazón deseados (5-10mm)
5. Después que el árbol se ha ajustado y secado, los patrones son
fundidos y quemados y retirados del armazón, formando una cavidad.
6. El metal fundido es vaciado dentro del armazón para formar las partes
7. El armazón cerámico se rompe para liberar las fundiciones.
8. Finalmente, las fundiciones son removidas de la mazarota y la rebaba
eliminada.
El proceso descrito anteriormente, es conocido como Fundición por Inversión
de armazón. Otra forma de fundición por inversión es fundición por inversión de
frasco sólido. Éste último emplea moldes en frascos sólidos en vez de
armazones. Adicionalmente, los moldes son llenados mientras se aplica un
método de vacío por diferencial de presión.
Fundición en Arena: Un modelo de PR es usado como un patrón positivo
sobre el cual se construye un molde de arena. Con frecuencia se usan moldes
para modelación de objetos laminados (LOM por sus siglas en inglés), los
cuales se asemejan a los moldes de madera utilizados tradicionalmente para
este propósito. Si un patrón LOM es terminado y sellado puede producir
aproximadamente 100 moldes de arena.
Cuando se emplean técnicas de PR, es mucho más conveniente construir
patrones que incluyan compensación por la contracción de las fundiciones al
igual que una reserva de maquinado adicional para las áreas que lo requieren
después de la fundición. Los otros beneficios de emplear técnicas de PR son la
reducción significativa de ciclo de producción y el aumento en la precisión del
patrón.
Proceso de 3D Keltool TM
El proceso de KeltoolTM es basado en un proceso de sinterización del metal el
cual 3M introdujo en 1976. Este proceso convierte patrones maestro de PR en
insertos para la producción de herramientas con muy buena definición y
acabado superficial.
La producción de insertos empleando el proceso de 3D Keltool incluye los
siguientes pasos:
1. Fabricación de patrones maestros de corazón y cavidad.
2. Producción de moldes de goma de silicona RTV a partir de patrones
3. Llenado de moles de goma de silicona con una mezcla de metal (acero
en polvo, carburo de tungsteno y pegante polimérico con partículas de
aprox. 5 nm) para producir partes “verdes” (metal en polvo unido por el
pegante polimérico) duplicando los maestros.
4. Se introducen las partes “verdes” en una caldera para remover el
pegante polimérico y se sinterizan las partículas de metal unidas.
5. Se infiltran las partes sinterizadas (insertos con 70% de densidad) con
cobre en un segundo ciclo de caldera para llenar el 30% de espacio
restante.
6. Finalización del corazón y la cavidad
Los insertos de 3D Keltool pueden ser construidos en dos materiales, estelita o
herramientas de acero compuesto A-6. Las propiedades del material permiten
que los insertos sean producidos usando este proceso para soportar más de
1’000.000 de ciclos de moldeo.
Moldeado por inversión: Algunos prototipos RP pueden ser usados como
patrones para moldeado por inversión. Este patrón no se debe expandir con el
calor o la cerámica quebrará el armazón durante el tratamiento térmico
(Autoclaving*). Prototipos LOM en papel pueden ser usados de igual manera,
dado que son dimensionalmente estables con la temperatura. Las armaduras
de papel se queman, dejando algo de ceniza por remover.
Moldeado por Inyección: En primer lugar una máquina de estereolitografía
(SLA por su acrónimo en inglés) es utilizada para fabricar un patrón de la placa
positiva del molde deseado. Para formar el molde, el patrón SLA es enchapado
con níquel, y luego reforzado con material cerámico endurecido. Las dos
mitades del molde son separadas para remover el patrón, obteniendo como
resultado un dado que puede producir decenas de miles de moldes.
MÉTODOS MÚLTIPLES:
Se obtiene las zonas de figura después de, como mínimo, dos estadios
intermedios. Oscilan entre 2 y 4 en la definición del postizo. Dichas etapas
están definidas por técnicas o tecnologías completamente diferentes en un
mismo proceso. Ejemplo: Rapid Prototyping, colado en resina, prensado, etc.
(Plantá, 1999).
Procesos para Lámina Metálica
En el caso de la fabricación de herramientas para embutición, como caso
específico de estudio, es posible definir las siguientes técnicas de de Rapid
tooling:
Vaciado de Resinas epóxicas:
Esta técnica implica el vaciado de un sistema de resinas epóxicas que consta
de resina y endurecedor, sobre un modelo o patrón para obtener una o dos
mitades de la herramienta (macho y hembra).
La construcción del molde se hace por vaciado de capas consecutivas.La
primera se llama capa de contacto y las demás, se conocen como backing o
respaldo y tienen como objetivo dar mayor rigidez a la herramienta (Ren
Shape, 2001). El tiempo de Fabricación o curado de cada una de las mitades
de las herramientas depende única y exclusivamente del fabricante de la
resina, pero se encuentra generalmente entre 16 horas y 3 días.
Tabla 2: Fabricantes de procesos por lámina metálica.
Fabricante Sitio web
RENSHAPE,
Hutsman
https://ww1. huntsmanservices.com/AM/ui/search.do
Star Technology http://www.star-technology.com/tooling.html
West Systems http://www.westsystems.com/webpages/productinfo/guide/
Resin Systems
Corportation
http://www.resinsystems.com/products/liquid/main.html
Fuente: Elaboración Propia.
Vaciado de aleaciones metálicas con bajo punto de fusión:
Esta técnica utiliza el colado de una aleación reciclable de bismuto y estaño
conocida como MCP 137, la cual funde a 138°C, y se utiliza para producir
moldes de embutición de bajas series de producción (Cresta, 2003).
Una vez la aleación se encuentra totalmente fundida, es vaciada
preferiblemente sobre un modelo de madera, yeso, lámina metálica o resina.
Una de las compañías pioneras y líderes en la industria para este
procedimiento es la compañía MCP, su sitio web es el siguiente
http://www.mcp-group.com/index
Aquí se p encuentra información relevante sobre todos los procesos y técnicas
utilizadas y vendidas por esta compañía en el sector del Prototipaje rápido y
Rapid Tooling.
Maquinado CNC de paneles de poliuretano de alto impacto
Es similar al proceso de maquinado sobre metales, pero a velocidades mucho
mayores. Este proceso puede realizarse sin la necesidad de un fluido de corte
por las características del material (REN SHAPE, 2001)
A continuación se nombran algunos fabricantes de poliuretano:
Tabla 3: Fabricantes de Poliuretano.
Fabricante Sitio Web
Liquid Plastic
Solutions
http://www.liquidplasticsolutions.com/pdf/urethanes_epoxies.pdf
GT products http://www.gtproducts.com
Freeman http://www.freemansupply.com/MachinableMedia.htm
Fuente: Elaboración Propia.
Dieless NC
La máquina Dieless NC creada por Amino Corporation
(http://www.amino.co.jp/en/products/243.html) no utiliza la aplicación de un
dado convencional. Usando una lámina delgada de material, la pieza se forma
lenta e incrementalmente por la presión de la herramienta de formado. Con
esta técnica formas complejas tridimensionales pueden ser fácilmente
producidas. Esta técnica de formado es apropiada para la fabricación de piezas
especializadas y en bajas cantidades. En el sitio web anteriormente señalado,
se describe el método (procedimientos) y las ventajas del mismo. Igualmente
en el enlace http://www.diginfo.tv/2007/03/07/070307-jimtof-amino-geoff.php se
presenta un video sobre la máquina, la explicación de su funcionamiento,
ejemplo de aplicaciones.
Para visualizar el proceso y la máquina visitar el siguiente link:
http://envivo.eafit.edu.co/manufacturarapida/Dieless/Dieless.htm
Clasificación de Técnicas de Rapid Tooling según el material de las piezas
obtenidas
Otro tipo de clasificación es en función del material de las piezas obtenidas a
partir de los utillajes prototipo. Podemos obtener prototipos en materiales que
emulan el comportamiento de otros materiales y que son perfectamente válidos
según sean las pruebas a realizar.
Ejemplo: resinas de poliuretano coladas versus termoplásticos inyectados.
Material y proceso definitivo: Existen métodos a partir de los cuales se
pueden obtener piezas prototipo en material y proceso definitivo (igual al
previsto para la producción en serie). Con estos métodos la verificación
funcional de la pieza es representativa en todos sus aspectos (diseño,
solicitaciones mecánicas, etc.), no así la verificación de ciclos productivos o
cadencias de producción.
Material no definitivo en proceso diferente: En función de cuáles deban ser
las pruebas a las que se han de someter, la utilización de piezas obtenidas en
materiales y procesos diferentes al previsto, podrían ser perfectamente válidas.
Dichos materiales emulan en características y propiedades a numerosos
termoplásticos, pero no su proceso de fabricación. Suelen ser obtenidas
mediante el colado al vacío o a baja presión, etc. (RTV o RIM).
Validaciones de montajes con otros componentes, de embalaje, de
manipulación o incluso funciones de Marketing pueden llegarse a cumplir.
(Planta, 1999)
Los métodos de obtención de prototipos mediante material no definitivo son los
que más se alejan del concepto de Rapid Tooling, a pesar de que hoy en día
están siendo altamente utilizados debido a su bajo coste y rapidez de obtención
de las piezas comparados con los métodos tradicionales.
El estado actual de desarrollo en que se encuentra esta tecnología, presenta
principalmente los siguientes problemas:
• Alto costo de maquinaria y materia prima
•Limitaciones de Tamaño para la construcción de la herramienta
dependiendo de la tecnología utilizada
• Poca oferta existente de dichas tecnólogas en el mercado internacional
Actualmente en todos los países del primer mundo, se esta apostando
fuertemente por la investigación para el desarrollo y mejoramiento de esta serie
de técnicas para la obtención rápida de herramental. (Planta, 1999)
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http://www.3trpd.co.uk/.
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