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01/11/2019 | 13 MINUTOS DE LECTURA

Manufactura aditiva para fabricación de componentes complejos de moldes en México

Título original 'Manufactura aditiva para fabricación de componentes complejos de moldes'
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APM nació por la necesidad de fabricar insertos de cavidades intrincadas para los moldes de inyección. La manufactura aditiva fue la solución que encontraron para producir los componentes complejos que sus clientes demandan sin necesidad de usar la manufactura tradicional, que además de compleja no les permitía fabricar los insertos deseados.

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Aceros Progresivos Mexicanos se dedica a la fabricación de componentes complejos para moldes de inyección de plástico, aluminio y zamak.  La empresa nació porque en algunos moldes de inyección de plástico de aluminio y zamak, hay insertos donde la refrigeración es muy pobre.

“En alguna oportunidad vi la tecnología de manufactura aditiva en una exposición y le sugerí a Max Jecklin, dueño de Alpin, que formáramos una empresa, que es Aceros Progresivos Mexicanos y es así como nace: de la fusión entre Ceqsamex y Alpin”, afirma Humberto García, director general de APM (Aceros Progresivos Mexicanos).

Ceqsamex es una empresa ubicada en Querétaro que fabrica moldes desde hace 15 años, cuyo director y propietario es Humberto García. Por su experiencia en la fabricación de herramentales y moldes, el ingeniero García enfrentaba dificultades para fabricar componentes de moldes que eran complejos. Cuando conoció la impresión de metales en 3D (manufactura aditiva), empezó a buscar un equipo donde pudiera hacer ese tipo de piezas complejas.

“Estuvimos analizando varios tipos de máquinas, entre ellas máquinas europeas hasta que encontramos la máquina Farsoon. Este equipo se vende mucho en Europa. El costo es un poco más accesible y en el momento nos llamó mucho la atención, porque utiliza tecnología de punta”, agrega García.

No es magia

José Eduardo Rodríguez Cobos es Ingeniero Mecatrónico, responsable del Departamento de Aplicaciones de Manufactura Aditiva en APM, quien está a cargo de la operación de la máquina Farsoon.

Lo primero que se requiere para operar la máquina es un archivo en 3D, el diseño en CAD. “Puede ser en formato para Solid, en STL, en cualquier formato, pues nosotros los convertimos. Esta máquina solo acepta archivos STL. Entonces, hay que abrir ese archivo CAD y transformarlo a STL para que la máquina pueda leerlo. Aparte de eso, hay que analizar que sea imprimible y, en caso de requerir soportes estructurales, añadir algún sobre material para mejorar esas zonas para mecanizado. Lo que sea, se añade desde el software, de tal manera que ya venga listo el archivo y la máquina pueda leerlo con todas esas calificaciones”, explica José Eduardo Rodríguez.

Luego de que se tiene el archivo bien hecho, se pasa a la máquina y allí se calcula el polvo de metal necesario para que la máquina diga cuánto material se necesita y el tiempo que se va a tardar en fabricar las piezas. Luego se procede al calentamiento de la máquina, porque el equipo debe calentarse antes de empezar. La cámara debe tener un ambiente inerte, por lo que todo el oxígeno se saca de la cámara.

“Al final de cuentas es un proceso de soldadura a nivel microscópico y todo proceso de soldadura lleva oxígeno. Como hay un proceso de oxidación, por eso se llena la cabina, ya sea con nitrógeno o con argón, para desplazar todo ese oxígeno y que la soldadura sea buena. Después de que la máquina está caliente y tiene el polvo, solo es darle ciclo y esperar a que termine las piezas impresas”, explica el ingeniero Rodríguez.

Como las piezas que se imprimen dentro de la cabina se colocan en una base de metal, luego de ser impresas necesitan separarse de la base. Ese proceso puede hacerse con alguna herramienta de corte o una sierra cinta.

“Nosotros aquí lo hacemos con las electroerosionadoras de hilo, que son más adecuadas, porque se deja menos material en la base y porque el hilo tiene un espesor de un cuarto de milímetro. Entonces, si tú usas una sierra tiene un espesor más grande. De esa manera, necesitarías dejar más espacio en la base y eso lleva más tiempo de fabricación, porque la manufactura de la pieza no depende tanto de la complejidad de la pieza, sino de la altura. Entonces, como se hacen de abajo hacia arriba, esas piezas entre más altas se van a tardar más en fabricar. Por eso, una ventaja que tienen las electroerosionadoras de hilo es que se deja por lo menos medio milímetro para que el hilo pase y la corte y la máquina no tarde tanto en fabricar”.

Este es un inserto con refrigeración en serpentín fabricado en la máquina Farsoon de APM. Se cortó con electroerosión por hilo para poder apreciar el canal interno.

Este es un inserto con refrigeración en serpentín fabricado en la máquina Farsoon de APM. Se cortó con electroerosión por hilo para poder apreciar el canal interno.

En APM han utilizado la máquina Farsoon para hacer insertos para moldes, que después de ser impresos, la mayoría de las veces necesitan ser pulidos.

“Deben tener un buen acabado para que no haya filtraciones de material ni nada de eso. Pero, por ejemplo, para los implantes médicos en los que estamos trabajando esa rugosidad le ayuda a las piezas, porque esa misma rugosidad mejora la adherencia al hueso (como cuando se recorre una pared con concreto, si tú te fijas antes de eso la pared no está lisa, le hacen como cráteres para que la mezcla se adhiera; es más o menos lo mismo), anota Rodríguez.

Insertos para moldes de la industria automotriz

Uno de los trabajos que recientemente ha recibido APM es de la empresa Valeo, que buscaba mejorar los tiempos de entrega, que han sido mejores que con la tecnología sustractiva tradicional, ya que no hay necesidad de hacerle tantas operaciones a la pieza para darle la forma final que necesita.

“En las piezas de Valeo, les añadimos un excelente material por todos lados para que fuera el acabado y las medidas que requerían. Porque, si te fijas, la rugosidad no es acabado espejo ni nada de eso. Entonces, se le dejó un excedente de unas décimas de material y se dejó ya pulido. Y, después de eso, se pasó al mecanizado de todas esas zonas y al final se pasó por erosionado por hilo, por que son unas piezas que tienen unas costillas y la separación entre cada costilla es como de un milímetro, tal vez menos, que debe hacerse con las electroerosionadoras con hilo”, explica Rodríguez.

Las partes a las que se refiere José Eduardo Rodríguez es un juego de cuatro piezas para un molde que tienen unas pequeñas ranuras que fueron abiertas con electroerosión por hilo. Todas sus caras fueron pulidas y terminadas a las medidas que requiere el molde de Valeo.

Estos son los insertos con costillas que Valeo necesitaba hacer por medio de impresión 3D para mejorar los tiempos de entrega. En la tercera foto se aprecia la pieza inyectada con los insertos fabricados POR APM.

Estos son los insertos con costillas que Valeo necesitaba hacer por medio de impresión 3D para mejorar los tiempos de entrega. En la tercera foto se aprecia la pieza inyectada con los insertos fabricados por APM.

Se trata de un componente de moldes en donde las piezas más pequeñas miden 100 milímetros y las más largas unos 150 milímetros de largo, donde el punto más alto se encuentra en los extremos, de 35 milímetros.

“Para hacer estas cuatro piezas, porque se pueden hacer las cuatro al mismo tiempo, la máquina las fabrica más o menos en 35 horas saliendo de aquí. Basta con acomodar tus piezas en la placa y el láser va haciendo la silueta de cada pieza por capa. Entonces, el láser hasta que no termine de hacer la silueta de todas las piezas, la máquina no deposita nuevo polvo. Esa es una ventaja de la manufactura aditiva”.

“Tú puedes acomodar tantas piezas como quepan en la misma placa y eso te permite meter proyectos de diferentes clientes, siempre y cuando utilices el mismo material. Y eso ayuda a abaratar los costos, porque no es lo mismo imprimir la placa por cliente a imprimir proyectos diferentes en una misma placa”, refiere Rodríguez.

El molde para el que APM hizo los nuevos componentes es de alta producción, que en solo dos días puede producir más de 1000 piezas.

La capacidad de la máquina de impresión en 3D que tiene APM es 270 x 270 x 320 mm de altura. Se trata de una máquina de manufactura aditiva de metales, marca Farsoon modelo FS 271 A, de origen chino. “Lo que diferencia a esta máquina de otros fabricantes, es que ofrece la capacidad de usar varios tipos de materiales sin necesidad de un costo adicional. A diferencia de otras marcas, donde te dicen que si tú quieres imprimir –por ejemplo, acero inoxidable 420– te cuesta tanto adquirir esos parámetros para fundir ese acero. Aquí tú ya lo tienes. Esa es una gran ventaja, por la cual los directores se animaron por la adquisición de esta máquina. Aquí puedes hacer acero inoxidable del 420, del 316 L y otros tipos de acero; puedes hacer aluminio, titanio, cobre, bronce, aleaciones con níquel como el Inconel, como el acero maraging, que es más duro y se utiliza en la industria aeroespacial. Son aleaciones más específicas”, explica Rodríguez.

No es sencillo conseguir los polvos metálicos, esa es una limitante, porque se necesita cubrir el área donde se va a depositar el polvo. Se necesita llenar una especie de tina con el polvo, donde solo se utiliza el material que ocupe el volumen de las piezas. “El otro polvo que estás utilizando lo puedes reciclar para volver a utilizar en otros proyectos. Esa es una limitante: el volumen de polvo que necesitas para poder producir algo. Para producir las piezas de Valeo se han de requerir más o menos unos 60 kilos, pero obviamente todo ese material se recupera”, afirma el ingeniero Rodríguez.

Esta es la máquina cribadora o vibradora que se utiliza para separar las partículas de metal buenas y malas. De esa manera, APM puede volver a utilizar o reciclar el metal que no se solidificó en el proceso de fabricación de las piezas.

Esta es la máquina cribadora o vibradora que se utiliza para separar las partículas de metal buenas y malas. De esa manera, APM puede volver a utilizar o reciclar el metal que no se solidificó en el proceso de fabricación de las piezas.

Todo el material que no se utiliza en el proceso de impresión en 3D cae en un unos depósitos o tolvas, que posteriormente pasan a una máquina cribadora, la cual tiene una malla muy fina que separa el metal que se puede volver a utilizar del que no. Como el proceso de impresión se trata de una soldadura con láser, se desprenden chispas y es un material que no pude volver a utilizarse. El material bueno cae en otra tolva y el que no se puede usar queda atrapado.

Para fabricar los componentes del molde de Valeo se usaron 60 kilos, de los cuales un 1 kilo y ¼ fueron realmente aplicados, capa por capa, para la impresión de las piezas, ya que se tiene que llenar la tina de la máquina con el material y de ahí se esparce el polvo en el área imprimible.

Ventajas de la manufactura aditiva

Una de las ventajas de la manufactura aditiva es que permite diseñar todo lo que esté en la imaginación y que se pueda diseñar desde una computadora, ya que la máquina es capaz de imprimirlo.

“No tienes limitantes. Por ejemplo, en los insertos con el diseño especial que producimos, no hay forma de hacerlo convencionalmente, porque el inserto va en forma de espiral. Por ejemplo, con este inserto tiene una refrigeración y ya viene así desde el diseño con forma de espiral. Es una forma que se adapta más a la figura de cada inserto. Entonces, en mecanizado esto no se puede hacer. Tú tendrías que partir literalmente la pieza y con una fresadora hacer las siluetas y luego volverlas a unir con soldadura. Si es un inserto que está sometido a 800 toneladas de presión, y si le llegan de golpe y no está bien la soldadura, pues de ahí se truena. Con el proceso de manufactura aditiva ya viene sólido y eso para los inserto de moldes de inyección es una grandísima ventaja”, explica José Eduardo Rodríguez.

Otra ventaja es que desde el diseño se puede hacer el canal del inserto del molde como uno quiera, sin depender de brocas ni fresas que son rectas para hacer esos canales. Es decir, se pueden hacer espirales o formas más complejas y ergonómicas.

“Es decir, hay más libertad en el diseño. No tiene límites, porque puedes hacer piezas de formas caprichosas”.

Volviendo al caso de Valeo, ellos llevaron a APM la parte del molde que se había dañado, proporcionándoles el diseño. Son insertos que ellos sacaron de su máquina, ya que tenían problemas con dichos insertos porque, como son piezas muy delgadas, en algunas secciones se van deformando con el calor (la parte donde están las ranuras) y cuando eso sucede les meten una cuña para enderezarlos, pero con el tiempo genera fracturas de la pieza. Esos insertos son hechos en acero inoxidable del 420, también conocido como stavax.

El futuro

Hasta ahora, todos los trabajos que ha conseguido APM ha sido por su red de contactos, porque realmente al tipo de compañías que son sus clientes objetivos es difícil llegarles tocando puertas.

“Todas las empresas que utilizan moldes tienen problemas y lo complicado es que te dejen tocar uno de sus moldes”, afirma Humberto García.

“Yo sé que todas las empresas que utilizan moldes tienen problemas de enfriamiento. La clave es demostrarles a esas empresas que podemos hacer las piezas que ellos necesitan y fabricarles sin costo los insertos y, solo si funcionan, podemos sentarnos a negociar un precio. Hoy las personas se sorprenden, porque inmediatamente entienden lo que tú les estas proponiendo.  Ellos entienden que, si mejora su enfriamiento, mejora su proceso: eso es automático. Pero muchas veces prefieren tener sus moldes mal funcionando que arriesgarse a que tú le metas mano, porque les da miedo”, afirma Max Jecklin, socio y codirector de APM.

“La manufactura aditiva existe hace 20 años, pero solo en este momento está empezando a tomar el auge y la importancia que realmente se merece. Estoy seguro de que aquí a 15 años vamos a tener una impresora y si necesitas unos cubiertos vas a apretar un botón para hacerlos. La manufactura aditiva, creo que es la manufactura del futuro. Falta afinar detalles, pero las empresas que producen estas máquinas están trabajando constantemente. Ya hoy en día han salido al mercado máquinas que imprimen piezas en plástico en la mitad del tiempo de lo que se imprimía hace dos años. De aquí a 4 o 6 años los tiempos de fabricación serán menores. Luego vendrán los mejoramientos en acabados y las tolerancias. De manera que van a salir las piezas completamente listas”, opina Max Jecklin. 

Diseño de piezas.

Diseño de piezas.

Humberto García considera que en el futuro muchos talleres que fabrican moldes, como lo hace su empresa Ceqsamex, van a tener una máquina de manufactura aditiva, al estilo de la que tiene APM. “Las ventajas de las máquinas de manufactura aditiva es que ya vas a poder tener un producto terminado únicamente mandándole el diseño en 3D. Las máquinas de inyección de plástico seguramente van a ser sustituidas por este tipo de manufactura, una vez que la producción sea más rápida”.

“Yo pienso que lo que va a suceder es un poquito un efecto dominó. Como es el caso de uno de nuestros clientes: se involucró el director y al hacerlo ya todo fue derecho, porque él entendió lo que estábamos haciendo en APM con la manufactura aditiva. De hecho, nos dijo: ‘vamos a comprarles una máquina, pero no obstante nunca nos vamos a dar abasto para producir todo lo que tenemos. Les vamos a mandar a hacer todo el trabajo a ustedes y, aparte de eso, tenemos cuatro proveedores que nos hacen las piezas actualmente de la manera tradicional. Les vamos a decir: saben qué, tienen que fabricarlo de esta forma o vas a tener que dejar de ser nuestro proveedor’. Lo que sucede es eso, cuando tú involucras a la persona que puede tomar una decisión, viene un efecto, una cascada, porque aquel si entiende”, explica Jecklin. Y agrega: “En el caso de la empresa que menciono, hacían esos componentes casi como una forja: un tipo soplando y el otro martillando sobre una pieza, y luego soldando”.

Humberto García considera que los materiales usados en las máquinas de manufactura aditiva son mucho mejores.

“Puedes hacer cualquier tipo de enfriamiento. Básicamente, en la cuestión de los moldes es en lo que te pueda ayudar esta máquina. Si usas una pieza convencional no es para este tipo máquina; esto es para reducir el tiempo ciclo de los moldes, principalmente. Digamos que son las mismas piezas, nada más lo único que cambia es el sistema de enfriamiento, que puedes –de acuerdo con tu imaginación hacer– y eso te va a ayudar a que el molde trabaje menos y produzca más. En eso una máquina como la Farsoon te puede ayudar”.

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