¿Qué es el moldeado en arena? ¿Cómo beneficia a la impresión 3D?

3d printing sand casting

Sand Casting o modeado en arena es una técnica rentable para la producción de componentes complejos de prácticamente cualquier aleación de metal, que puede beneficiarse de la impresión 3D.

Esta combinación es extremadamente popular entre los fabricantes que necesitan producir piezas grandes en el menor tiempo posible.

Entonces, si está interesado en aprender más sobre Sand Casting y cómo los moldes impresos en 3D pueden ayudar a su negocio, ha venido al lugar correcto.

Sand Casting, como su nombre indica, es un tipo de proceso de fundición que utiliza un molde hecho de arena especial como impresión negativa para producir el componente deseado. Hoy le explicaré cómo puedes reducir hasta un 75% los costos con Sand Casting para sacar mejor provecho de la impresión en 3D. Si no está familiarizado con el proceso de transmisión, no se preocupe. Se lo explicaremos más adelante.

¿Qué es el casting?

El proceso de fundición es una de las técnicas de fabricación de metales más antiguas.

No obstante, muchos de los objetos que usamos en nuestra vida diaria se producen usando el proceso de fundición.

Aunque la técnica ha permanecido esencialmente igual, evolucionó para convertirse mucho más precisa y automatizada.

Una de las innovaciones más recientes para este proceso es la posibilidad de imprimir moldes en 3D. Volveremos a esto más adelante en el artículo.

El proceso en sí es bastante sencillo.
La forma licuada de un material metálico se vierte en un molde de la forma deseada de la pieza.

3D printing casting
El metal fundido se vierte en un molde de fundición

El metal se solidificará en la forma dada por el molde.
Una vez que eso sucede, el objeto está listo para la extracción, que es el último paso del proceso.

Y voilá. El casting está listo.

Por definición, el casting es un objeto que se creó vertiendo material liquido en un molde. En otras palabras, la pieza moldeada.

Tipos de procesos de fundición

Con el tiempo, la evolución del proceso ha resultado en diferentes tipos de métodos de fabricación.

Cada uno tiene sus ventajas y desventajas.
Los tipos más comunes de fundición disponibles en la actualidad son:

  1. Fundición en arena
  2. Fundición de inversión
  3. Fundición de yeso
  4. Fundición a presión

¿Cuáles son los pasos del proceso de casting?

Los pasos del proceso de fundición son muy similares para todos tipos de técnicas actualmente disponibles. Existen variaciones en los pasos involucrados, sin embargo, las operaciones básicas son:

Hacer patrones

Un patrón es un modelo físico que se utiliza para hacer el molde y replica el exterior de la fundición.

Se pueden usar varios materiales para hacer los patrones.

En muchos casos, el interior del componente debe ser hueco; piense en los accesorios de tubería, por ejemplo.

Eso requiere la creación de patrones adicionales llamados núcleos.

Fabricación de núcleos

Los núcleos son una parte separada del molde que tiene la función de evitar que el material licuado llene ese espacio.

Se utilizan para crear cavidades internas y otras características que no puede generar el molde solo.

Las herramientas utilizadas para fabricar núcleos se llaman cajas de núcleos, que es solo otra forma de llamar al molde que crea el núcleo.

Los materiales utilizados para crear el núcleo deben seguir algunos requisitos:

  1. Deben ser lo suficientemente fuertes para resistir la turbulencia causada por el material fundido;
  2. Buena dureza;
  3. Alta permeabilidad para que los gases formados durante el proceso de fundición puedan escapar fácilmente.
  4. Capaces de resistir las altas temperaturas del material fundido.
  5. Lo suficientemente débiles como para romperse mientras el material fundido se enfría y encoge, facilitando su separación después de la solidificación.
  6. Acabado liso de la superficie.
  7. Mínima generación de gas cuando se expone al material fundido.

Moldura

Es el proceso de desarrollo del molde que recibirá el metal fundido.

Consiste en múltiples operaciones que son esenciales para formar el molde alrededor del patrón.

El molde está contenido en un matraz. El matraz es un marco que consta de dos partes: una capa y un freno.

El matraz alrededor del patrón se llena con la arena de moldeo, después, se elimina el patrón.

Los sistemas de compuertas, canales que permiten que el material fundido entre y fluya a través del molde, se colocan en el arrastre. También es el arrastre el que recibe los núcleos.

El bebedero, el canal utilizado para introducir el material fundido en el molde, se coloca en la capa.

Luego, para cerrar el molde, se coloca la capa encima del arrastre. Ambas partes se sujetan juntas.

Derretir y verter

La fusión es el proceso de convertir el material metálico sólido en un estado líquido para poder verterlo en el molde.

El proceso se realiza a una temperatura extremadamente alta en una cámara de calentamiento llamada horno.

Estas cámaras están diseñadas en función de múltiples factores, pero principalmente de acuerdo con el tipo de material y combustible que se utilizará para alcanzar las temperaturas requeridas, que pueden superar los 1600 ° C.

La exposición de metales a temperaturas tan extremas suele generar gases nocivos que pueden provocar defectos en la fundición.

Estos gases se eliminan a medida que se refina el material fundido.

Este paso tan crucial también purifica el material metálico extrayendo otros elementos no deseados sin modificar su estructura química.

Después de refinar, el material fundido está listo para ser vertido en la cuchara.

Los cucharones son recipientes que utilizan las fundiciones para transportar y verter metales fundidos en el molde de forma segura.

Se vierte el metal en el molde y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.

Cuando el material vuelva a estar sólido, pasará por un proceso llamado sacudida, o Shakeout en inglés, para separar y sacar la arena de la fundición al hacer vibrar los moldes.

Limpieza de las piezas

Ahora, la fundición está lista y liberada del molde.

Se eliminan los sistemas de compuerta y los materiales residuales restantes. Los materiales sobrantes recortados.

Se puede realizar un tratamiento de pos procesamiento para mejorar la apariencia y el acabado de la superficie del molde.

Y finalmente, la fundición se inspecciona con un control de calidad.

¿Qué es el moldeado en arena?

El moldeado con arena es la técnica más común para fabricar piezas de fundición de metal.

Según el Dr. TV Ramana Rao, profesor de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Osmania en India, quien enseña Fundición de metales y CAD / CAM, la técnica representa más del 70% de todas las fundiciones.
El proceso de fundición en arena es conocido por su versatilidad.

Después de todo, hace posible producir piezas fundidas de todos los tamaños y pesos con geometrías complejas excepcionales utilizando la mayoría de metales.

La técnica más característica del uso de Sand Casting es que utiliza arena como medio de moldeo.

La importante reducción de costes que se consigue mediante el uso de arena para la fabricación de moldes en lugar de otros materiales es una gran ventaja.

Especialmente cuando tenemos en cuenta que los costos de fabricación de moldes representan una gran parte de los gastos de otras técnicas de fundición.

Sin embargo, el uso de arena implica que los moldes utilizados en el proceso son prescindibles y no reutilizables.

Es imposible mantener intacto un molde de arena al retirar un molde.

Por otro lado, Sand Casting es ideal para metales con altas temperaturas de fusión como titanio, aceros y níquel.

Es el único método de fundición que puede manipular estos materiales.

No es sorprendente que la técnica sea la primera opción para la producción de pequeñas series económicas de piezas en las industrias aeroespacial y automotriz.

Si se pregunta cómo es posible utilizar arena como material de molde, espere. Ahora llegamos.

Materiales del molde de arena

Hacer un molde de fundición en arena generalmente requiere los siguientes 4 componentes:

Arena base

La arena base es el tipo de arena que se utiliza para hacer el molde en su estado puro.
Para que se mantenga unido, se requiere un agente aglutinante.
La arena base también forma el núcleo.
Los tipos más comunes de arena base son:

  1. Arena de sílice
  2. Arena de olivina
  3. Arena de cromita
  4. Arena de circonio
  5. Arena de chamota

Aglutinantes

Los aglutinantes son responsables de pegar las partículas de arena.
Los tipos de aglutinantes más comunes son:

  1. Arcilla y agua
  2. Aceite
  3. Resina
  4. Silicato de sodio

Aditivos

Estos son responsables de mejorar el molde en cuanto a acabado superficial, resistencia, amortiguación y refractariedad.

Compuestos de partición

Un líquido o un polvo fino para facilitar la eliminación del patrón del molde.

Ventajas de la fundición en arena

Las principales ventajas del Sand Casting son:

  • Puede usarse para fabricar piezas en casi todos los materiales metálicos, incluidos aquellos con un alto punto de fusión;
  • Facilita el uso de escalas;
  • Geometrías complejas con secciones de paredes delgadas;
  • Piezas fundidas de todos los tamaños y pesos, y;
  • Bajo costo de producción.

Limitaciones de la fundición en arena

Las principales limitaciones de la fundición en arena son:

  • La producción de alto volumen requiere un alto grado de automatización para la fabricación de moldes;
  • Un menor grado de precisión que otros métodos y;
  • El acabado rugoso de la superficie generalmente requiere un tratamiento posterior al procesamiento.

La reinvención del casting con impresión 3D

La capacidad de imprimir moldes en 3D para fundición en arena es un cambio en la industria.

La inclusión de la fabricación aditiva como método de fabricación de moldes está reinventando el proceso de fundición y solucionando algunas de sus limitaciones.

Este modelo híbrido proporciona una ventaja competitiva sobre el proceso de producción tradicional debido a sus beneficios económicos y de diseño.

3d printing mold for sand casting
Fundición en arena en impresiones 3D con inyección de aglutinantes

La tecnología de impresión 3D utilizada para crear moldes y núcleos de arena se conoce como Binder Jetting.

Las impresoras Binder Jetting construyen las piezas capa por capa, utilizando un aglutinante para unir y fortalecer cada capa.

Los materiales de arena más comunes que se utilizan en este proceso son el sílice y el circón.

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Beneficios adicionales de los moldes de impresión 3D para fundición

El principal beneficio es la reducción de costos que permite la impresión 3D.

Estimamos que, de media, nuestros clientes ahorraran el 75% del costo involucrado en la fabricación de los moldes.

Otro beneficio es que, si bien las técnicas convencionales pueden tardar varias semanas en fabricar los moldes y los núcleos, los moldes de impresión 3D solo toman unos días y pueden automatizarse.

Esto también significa que hay más margen de mejora y cambios de diseño.

Después de todo, la producción de moldes y núcleos con impresión 3D solo requiere un archivo CAD.

La complejidad de las geometrías y su precisión también es mucho mayor con la impresión 3D.

En cuanto al tamaño, las piezas pueden ser de hasta 400 x 200 x 100 cm.

¿Cómo harás tu próxima pieza de metal?

Ahora me gustaría saber sobre ti: ¿Considerará el moldeado en arena con impresión 3D la próxima vez que necesite hacer sus piezas de metal? Háganos saber y póngase en contacto con nosotros para obtener más información o cargue su modelo 3D para obtener una cotización para un molde impreso en 3D. Y, si le gustó este artículo, no olvide compartirlo!

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