Como informamos anteriormente, el sector automotriz está empujando la frontera de la impresión 3D en metal mediante la fabricación de prototipos, plantillas y accesorios de producción y piezas de uso final para automóviles en todo el mundo. Exco Engineering es especialmente ambiciosa, ya que imprime inserciones de fundición a presión en 3D y ha estado experimentando con chaquetas de agua impresas. Estos componentes tienen que soportar entornos increíblemente duros, por lo que Exco tuvo que abrir este camino AM.
Wes Byleveld es el director de fabricación aditiva de Exco Engineering, que es el mayor fabricante de herramientas de fundición a presión de alta presión de América del Norte. Si bien no fabrican motores ellos mismos, hacen los troqueles para los componentes del motor; pueden pesar cientos de miles de libras cada uno. Exco está imprimiendo en 3D los insertos de matriz que van a los moldes fundidos. Los insertos se mecanizan típicamente a partir de acero para herramientas H13 porque soportan la peor parte del proceso de fundición, que implica la inyección de aluminio fundido a alta presión en el molde.
Hace años, Byleveld envió chaquetas de agua a varias empresas de metal AM para averiguar si podían imprimirse. «Si puede construir esta pieza para nosotros, compraremos su máquina», dijo Byleveld. EOS fue la única empresa que lo asumió y dijo: «Sí, lo intentaremos y tendremos éxito sin importar lo que sea necesario». Exco terminó comprando una EOS M 400 en 2020 para desarrollar un camino hacia los componentes impresos del troquel.
Esta versión de demostración de una chaqueta de agua impresa en 3D. Fuente: AdditiveManufacture.media
H13 forjado versus H13 impreso en 3D
El rendimiento material fue el principal obstáculo a superar. El acero para herramientas H13 impreso en 3D no tiene las mismas propiedades que el acero H13 forjado, como explica Byleveld, “Es extremadamente difícil de producir de forma aditiva. Cuando miras algunas de las piezas impresas con H13, están agrietadas y llenas de porosidad. Cuando está inyectando metal a 13,000 PSI en 20 milisegundos, y tiene una línea de flotación a 1 mm de la superficie, si esa línea de agua explota durante la inyección de metal, abre la máquina. Es un gran problema de seguridad para mí «.
Hemos impreso insertos de troquel de acero maraging que han durado más de 150.000 ciclos. Wes Byleveld, director de fabricación aditiva de Exco Engineering
La solución: acero Maraging impreso en 3D
En lugar de intentar desarrollar un nuevo material, decidieron mirar hacia atrás. En la década de 1960, el acero maraging se desarrolló para aplicaciones de alta presión como carcasas de motores de cohetes. Entonces, Exco encargó algunos estudios de viabilidad con una universidad local y aterrizó en un proceso de tratamiento térmico patentado que imparte acero maraging impreso en 3D con propiedades mecánicas que cumplen o superan las del acero para herramientas H13. “El material dura”, dice. «Hemos impreso matrices insertadas de acero maraging que han durado más de 150.000 ciclos».
Es importante lograr un alto número de ciclos porque una plaquita impresa cuesta varias veces más que una plaquita mecanizada; aún se pueden lograr ahorros si se mejora significativamente la longevidad. Pero hay otros costos a considerar, como los tiempos de ciclo, que pueden reducirse con mejores patrones de enfriamiento conforme habilitados a través de AM. Además, el tiempo de inactividad se reduce drásticamente con los insertos impresos, ya que el mecanizado consume mucho tiempo. Esos ahorros individuales se suman a algunas monedas importantes durante la vida útil de un molde.
Todos esos factores también se aplican a las chaquetas de agua impresas que Exco está desarrollando. Actualmente están trabajando con uno de los tres grandes fabricantes de automóviles para probar sus chaquetas de agua impresas. Si las pruebas salen bien, los fabricantes de automóviles tendrán otra vía más para aumentar la eficiencia de producción con AM.
Para leer más, puede encontrar la entrevista completa con Wes Byleveld aquí .
