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Reacciones aditivas en cadena en la fabricación de componentes

29/08/2022

Una red internacional está investigando nuevos procesos para piezas fabricadas aditivamente en el proyecto de la UE “Ad-Proc-Add” (Procesamiento avanzado de piezas realizadas por fabricación aditiva). Uno de los temas clave dentro de la cadena de producción de materiales metálicos fabricados de forma aditiva es la interacción con el mecanizado posterior al procesamiento. El proyecto se lanzó en 2019 y está encabezado por el Instituto de Máquinas-Herramienta de Stuttgart (IfW). Su objetivo visionario era influir en las propiedades de las piezas de trabajo adaptando las cadenas de procesos de ASM. Esto permitiría que las piezas de trabajo cumplieran estrictas especificaciones de ingeniería y, por lo tanto, se utilizaran en la fabricación de herramientas, por ejemplo. El Prof. Hans-Christian Möhring, director de IfW, informa sobre cómo se logró. Las aplicaciones actuales de fabricación aditiva se mostraron en la feria METAV 2022.

Cuando hablamos de los procesos de fabricación aditivos-sustractivos: ASM para abreviar, nos suena un poco como la aritmética de la escuela. Sin embargo, ASM es en realidad "la combinación integral de generación de componentes aditivos con posprocesamiento sustractivo (es decir, eliminación de material)", indica Hans-Christian Möhring, quien inició el proyecto Ad-Proc-Add de la UE y ha unido fuerzas con académicos líderes en investigación en producción dentro de la WGP (Asociación Académica Alemana de Tecnologías de Producción). Todo el tema es apasionante debido a la amplia gama de posibles materiales, de procesos de fabricación aditiva y de diferentes influencias en los componentes.

La impresión 3D casi siempre requiere un procesamiento posterior
Los investigadores de Stuttgart adoptan un enfoque especial para la impresión 3D. Para Hans-Christian Möhring, su especial atractivo radica en que abre el camino a nuevas soluciones de diseño, como la integración de funciones que no se pueden conseguir mediante procesos de fabricación convencionales. Por lo tanto, durante más de tres años, el IfW ha estado trabajando en la impresión 3D de componentes hechos de diferentes materiales. Pero el proceso también es interesante desde la perspectiva del mecanizado porque más del 90% de los componentes fabricados de forma aditiva requieren un procesamiento posterior, según IfW. Por ejemplo, deben cumplir con estrictos requisitos de tolerancia antes de ser ensamblados o instalados. "Entonces, cuando nos referimos a la fabricación de componentes por impresión 3D, en la mayoría de los casos estamos hablando de una cadena de proceso aditivo-sustractivo", dice Hans-Christian Möhring. Los procesos de impresión 3D deben optimizarse para que los materiales procesados de forma aditiva puedan volver a mecanizarse, y los procesos de mecanizado deben adaptarse a los requisitos de los componentes fabricados de forma aditiva. Para complicar aún más las cosas, el mecanizado también cambia las propiedades, tanto del material como del componente.

Primero las cuestiones estratégicas
Esto hace que sea importante determinar, por ejemplo, cómo las propiedades de los componentes de las herramientas pueden ajustarse tecnológicamente para que cumplan incluso con los requisitos más estrictos, a pesar del uso de dos procesos de fabricación diferentes. Para Hans-Christian Möhring, es necesario responder una serie de preguntas estratégicas antes de dar el primer paso, la impresión 3D. ¿Cómo se organizaron los componentes a imprimir en el área de trabajo del sistema aditivo? ¿Qué estructuras de soporte debo usar para construir la pieza de manera efectiva durante el proceso de impresión 3D?
El ingeniero de producción recuerda a los usuarios potenciales que las estructuras de soporte también constituyen puentes térmicos que afectan el ambiente térmico general. "Después de todo, esto realmente influye en los parámetros del proceso", enfatiza. "¿Qué estrategia de red del material debo usar para su aplicación? ¿Cuánta energía debo usar para convertir el proceso aditivo? ¿A qué velocidad debo aplicar el material?" Es importante considerar todos estos parámetros, dice, porque afectan la microestructura y la densidad del grano. Y la configuración de la microestructura, a su vez, determina qué tensiones residuales se introducen en el componente, lo que puede tener un gran impacto más adelante en la cadena del proceso. En el peor de los casos, incluso se pueden formar grietas.
 

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