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Mecanizado aditivo a velocidad supersónica
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El nuevo centro de mecanizado MPA 42 es potente y preciso, pero no está a la venta. Cuando se trata de la fabricación aditiva, Hermle actúa como proveedor de servicios.
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El nuevo centro de mecanizado MPA 42 es potente y preciso, pero no está a la venta. Cuando se trata de la fabricación aditiva, Hermle actúa como proveedor de servicios. Hermle sabe lo que quieren los fabricantes de moldes -tiempos de ciclo cortos y piezas de alta calidad-, y cómo dárselo.
Lo que ocurre en la nueva MPA 42 de Hermle parece en principio una paradoja: Las piezas en bruto salen de la zona de trabajo de la máquina de corte con un volumen de masa que no se ha reducido, sino que ha aumentado considerablemente. El nombre "MPA" indica cómo se consigue esta hazaña: Son las siglas de Metal-Powder-Application, un proceso desarrollado y lanzado al mercado por Hermle hace unos siete años. La nueva generación de máquinas aumenta considerablemente la precisión y la velocidad del proceso de fabricación generativa
La nueva MPA 42 funciona en las instalaciones de Ottobrunn de Hermle Maschinenbau GmbH (HMG). Desde 2009, la filial al cien por cien de Maschinenfabrik Berthold Hermle AG ha estado operando desde su puesto bávaro, convirtiéndose a lo largo de los años en un proveedor de servicios para la fabricación aditiva. El director general Rudolf Derntl abre las puertas del recinto insonorizado de la MPA 42 que alberga un centro de mecanizado de 5 ejes muy modificado del tipo C 42 U. Junto al husillo, una boquilla se proyecta en la zona de trabajo, pero no se ve ningún dispositivo de pulverización de lubricante refrigerante. "La boquilla de Laval acelera el polvo y lo deposita directamente en la pieza metálica sujeta", explica Derntl
El vapor y el nitrógeno sobrecalentados, combinados con la geometría de la boquilla, aceleran el polvo hasta alcanzar una velocidad supersónica, deformando las partículas de metal y permitiendo que se adhieran al impactar con el sustrato. En la parte trasera de la unidad, se han montado un generador de vapor y cinco transportadores de polvo. Todos los materiales de aplicación y las piezas en bruto deben tener las mismas propiedades de tracción: "Como el principio de aplicación es la deformación plástica, funciona con una gran variedad de metales. De ello se desprende que la superficie de los productos semiacabados debe ser también dúctil", señala el director general. Además de los aceros de conformación en caliente y en frío con alto contenido en carbono, se utilizan el cobre y el Ampcoloy
Mezcla de materiales para los moldes de inyección
El cobre disipa el calor mucho más rápido que los aceros para herramientas procesados. Por esta razón, los materiales en los que se combina el acero con el cobre tienen una ventaja decisiva a la hora de construir moldes de inyección: "Con la fabricación aditiva, depositamos el cobre en aquellas partes de la herramienta en las que no hay espacio para los conductos de refrigeración. En el proceso de moldeo por inyección, el núcleo de cobre disipa el calor hacia el conducto de refrigeración más cercano mucho más rápido que el acero. Esto no sólo ahorra al propietario valiosos segundos de tiempo de refrigeración, sino que también mejora la calidad de la superficie de las piezas de plástico", afirma Derntl
Los cinco ejes del centro de mecanizado permiten dirigir el chorro de polvo hacia la pieza en casi cualquier ángulo y, por tanto, ofrecen la máxima libertad de diseño. Con esta tecnología, los conductos de refrigeración pueden aplicarse directamente a las superficies curvas de una pieza en bruto. Así, también los moldes de inyección más grandes pueden equiparse con refrigeración conforme sin tener que construir toda la pieza mediante fabricación aditiva. El área de trabajo de la C 42 U define los límites: "Dependiendo de su geometría, la anchura y la longitud de las piezas para el proceso aditivo está limitada a 600 milímetros. Pero normalmente las piezas son más pequeñas", señala Derntl. La máquina también es ideal para fabricar piezas cilíndricas o cónicas, como las boquillas de precámara refrigeradas. Mediante la aplicación de material a la pieza giratoria, se rellenan eficazmente las cavidades y los conductos y se cierran con acero para herramientas.
Además de aplicar una refrigeración eficaz, el proceso MPA es adecuado para otras aplicaciones fascinantes. Muchos materiales son compactados por el impacto de tal manera que las superficies de las piezas pueden ser pulidas a un alto brillo sin problemas. De este modo, el HMG satisface las más altas exigencias en los moldes de inyección.
Con el proceso MPA, también se pueden incrustar en el acero o el cobre elementos funcionales como cables calefactores o sensores de control de la temperatura de la cavidad y, por tanto, integrarlos en la herramienta, lo que resulta perfecto para el control de la temperatura variopinta. La tecnología MPA también resulta rentable para otras aplicaciones distintas del moldeo por inyección. "Por ejemplo, una boquilla de cola con elementos calefactores integrados: Con un sensor en la herramienta, los adhesivos mantienen su temperatura de aplicación perfecta en toda la anchura de la boquilla. De este modo se puede realizar un control real de la temperatura", explica Rudolf Derntl.
Saber qué combinaciones de materiales tienen sentido, cómo implementar conductos de refrigeración y elementos funcionales con los mejores resultados, y cómo diseñar moldes de una sola pieza: aquí es donde HMG destaca. "No vendemos máquinas, sino conocimientos técnicos", afirma el director general. El equipo de Ottobrunn asesora a los diseñadores de moldes, se basa en modelos 3D y utiliza conductos de refrigeración, elementos funcionales o combinaciones de varios materiales para optimizar las piezas moldeadas por inyección que se fabricarán con ese molde. "Buscamos reducir los tiempos de ciclo y mejorar la calidad de las piezas, algo que sería difícil de conseguir con otras tecnologías", afirma Derntl.
Software de aplicación y fresado
Los ingenieros de aplicación generan el código para el control utilizando su propio software CAM. En él se definen no sólo los movimientos, sino también las cantidades de polvo, las temperaturas y la alternancia entre la acumulación de material y el fresado. "Como ningún fabricante de CAD/CAM era capaz de trazar el proceso particular de alternancia -fresado, acumulación, fresado-, escribimos nuestro propio software. Como ventaja adicional, ahora podemos atender rápidamente las peticiones especiales de los clientes", afirma el director general. Los expertos están al lado
Una vez terminados los preparativos, el cliente envía su pieza en bruto a HMG. "En el 95% de los casos, utilizamos una pieza semiacabada preparada por el cliente en su propia fresadora", explica el asesor de clientes Oliver Müller. La pieza llega a Ottobrunn ya con los conductos o bolsas de refrigeración previamente fresados. El equipo de HMG comprueba la precisión dimensional de la pieza en bruto y el cumplimiento de las especificaciones de diseño. "Por ejemplo, las cavidades deben estar libres de biseles. Para la aplicación de polvo, necesitamos bordes afilados", dice Müller
Ahora llega el calor
Antes de iniciar el proceso, la pieza se calienta a unos 300 grados Celsius en la estación de calentamiento. Aunque el proceso no implica soldadura, requiere altas temperaturas: El sustrato y el polvo metálico deben calentarse para obtener mejores propiedades de tracción. El vapor proporciona la energía para acelerar el polvo. Cuando ambos componentes pasan por la boquilla, el polvo alcanza la velocidad supersónica que necesita el proceso. Para mantener la temperatura constante durante el mecanizado, el MPA 42 sigue calentando la pieza hasta que se retira la última viruta. "De este modo, evitamos que los gradientes de temperatura provoquen tensiones, desgarros o distorsiones", aclara Rudolf Derntl
La aplicación y la retirada del material se alternan durante el proceso de fabricación. Tras la aplicación del polvo, se fresan detalles como las finas aletas en el nuevo material, se rellenan los conductos de refrigeración con un material metálico soluble en agua y se cierran con una capa de acero mediante un proceso MPA. "Posteriormente, enjuagamos el material de relleno en un baño de agua para obtener las cavidades deseadas", explica Müller. Los chorros de polvo pueden implementar tasas de acumulación de 200 a 400 centímetros cúbicos por hora, y con el cobre incluso cerca de 1.000 centímetros cúbicos
"Con la nueva máquina, nos ponemos al día y elevamos nuestra tecnología MPA al siguiente nivel. Es el núcleo de nuestra cartera de servicios", afirma el Director General. Para él es prioritario reflejar todos los procesos en la empresa, desde el asesoramiento sobre la optimización, la comprobación de la viabilidad y el examen del material hasta la inspección final de calidad. "Esto nos hace ser proactivos y protege nuestro propio know-how y el de nuestros clientes"
Hermle Maschinenbau GmbH tiene su sede en Ottobrunn, cerca de Múnich. Es una filial de Maschinenfabrik Berthold Hermle AG. La empresa se centra en la investigación básica y el desarrollo de nuevas tecnologías en el ámbito de la fabricación generativa. Desde hace varios años, también ofrecemos amplias capacidades de fabricación para la producción de piezas de gran volumen mediante nuestro proceso patentado MPA. Se trata de un servicio exclusivo para los clientes de Hermle.