Bisagras flexibles de Objet

Aplicaciones avanzadas

Diga sí a las oportunidades más demandantes

Plazo de entrega rápido. Piezas personalizadas de bajo volumen. Componentes y geometrías complejas imposibles de tornear. Con la tecnología y la experiencia de Stratasys, puede superar estos desafíos de fabricación y más.

Uso de núcleos solubles FDM para producir piezas compuestas

Información general

Las piezas compuestas se fabrican al girar, envolver, moldear y poner varias combinaciones de materiales y sistemas de resinas en moldes, patrones, núcleos y mandriles. La producción de piezas huevas compuestas que capturen el patrón puede ser todo un desafío de fabricación. Una forma de superar el desafío es usar herramientas tipo almeja para laminar las dos mitades (y unir) o laminar una sola pieza al trabajar desde el interior de la cavidad de la herramienta.

Resumen de la aplicación

En el pasado, la mayoría de las empresas que usaban herramientas tipo almeja para producir piezas huecas compuestas usaban máquinas de control numérico computacional (CNC) para producir patrones de un bloque de poliuretano, que luego se usaba para producir los moldes. El costo de este enfoque es alto y los tiempos de espera largos, en especial si un subcontratista produce el patrón. Es por estas razones que muchas empresas cambiaron la producción de patrones al usar Fused Deposition Modeling (FDM). La tecnología FDM es un proceso de fabricación aditiva que crea piezas de plástica capa por capa, mediante los datos de los archivos CAD. El FDM ofrece ahorros importantes de tiempo y costo al permitir que los patrones se produzcan en mucho menos tiempo y a un costo menor.

Sin embargo, incluso después de mejorar la producción de patrones, las empresas que hacen moldes compuestos huecos se enfrentan a un proceso de laminado que requiere mucho tiempo. Una vez que se ha producido el patrón, toma por lo general cerca de tres días crear moldes y piezas de laminado con este método. Por lo general, se necesitan de 12 a 15 horas de mano de obra directa, y el resto del tiempo se emplea en el curado.

Un nuevo enfoque proporciona mejoras sustanciales para la producción de bajo volumen al reemplazar el molde por un núcleo soluble FDM. Los núcleos solubles reducen los tiempos de espera y los gastos del trabajo de manera importante al eliminar la necesidad de hacer un molde y al reducir el tiempo requerido para laminar la pieza. En vez del tedioso proceso de laminar dos mitades de molde y luego laminar la pieza en cada mitad para luego unir estas dos mitades, se puede envolver la tela compuesta alrededor del núcleo soluble. El núcleo se disuelve una vez que la pieza está curada.

La naturaleza de la fabricación aditiva hace que sea posible que FDM produzca geometrías mucho más complejas de las que se pueden conseguir con otros núcleos. En muchas aplicaciones, una mayor libertad de diseño genera mejoras en el rendimiento y reducción del costo. Los núcleos solubles FDM son lo bastante fuertes como para resistir las cargas de los procesos de fabricación compuestos. Además, no hay riesgo de dañar la pieza durante la extracción del núcleo, ya que este simplemente se derrite a medida que se remoja en un baño líquido.

Información general del proceso

La fabricación de núcleos solubles FDM requiere dos cambios al proceso FDM estándar. Primero, el núcleo está diseñado para que su estructura interna sea principalmente hueca. Segundo, el termoplástico de una pieza FDM estándar se reemplaza por un material soluble que se usa normalmente en la construcción de estructuras de soporte para las piezas. Se puede diseñar el núcleo de dos formas diferentes. Una de ellas es crear un modelo 3D sólido y usar la opción de relleno escaso en Insight, el software de preparación para la creación de Fortus, para crear automáticamente una estructura interna que reduce el volumen interno del núcleo. El segundo enfoque es crear (en CAD) una estructura interna que mantenga al núcleo estable bajo las temperaturas y presión del modelado compuesto, a la vez que se promueve el flujo de la solución para acelerar la eliminación del núcleo. Ambos enfoques reducen el consumo de material, el tiempo de creación y el tiempo de lavado.

Integrar núcleos solubles FDM al proceso de fabricación es relativamente sencillo. No es necesario modificar los procesos antes del curado compuesto y de la eliminación del núcleo. El ciclo de curado también permanece inalterado, pero hay que limitar las temperaturas para evitar distorsión. En general, las piezas compuestas con núcleos FDM se deben curar a temperaturas menores que los 121 °C (250 °F) y a presiones menores que 345 kPa (50 psi). El único cambio en el proceso es que, después de que se haya curado la pieza compuesta, se elimina el núcleo al disolverlo en un baño de solución. Para hacerlo, se ubica la pieza en el sistema de soporte soluble WaterWorks de Stratasys.

Caso de cliente

Después de cada carrera, los ingenieros de Joe Gibbs Racing (JGR) tienen solo tres días para diagnosticar problemas, encontrar soluciones e implementarlas antes de enviar el auto para la siguiente carrera. La capacidad de JGR para ir desde el concepto a la producción de piezas ha sido de gran ayuda para llevarlo a tres campeonatos y posicionarlo como uno de los equipos más competitivos del circuito NASCAR.

Un día domingo, salió volando un neumático de un automóvil JGR, y los ingenieros lograron identificar que se debió a un problema con el conducto de salida de aire que enfriaba el neumático. Antes habría tomado más de una semana desarrollar un nuevo concepto de diseño para el conducto de salida, crear y evaluar un prototipo FDM, crear un molde con un patrón FDM y laminar una pieza compuesta. Este proceso no se podría completar a tiempo para producir una pieza nueva antes de la siguiente carrera.

JGR usó un núcleo soluble FDM para reducir de manera importante el tiempo necesario para rediseñar el conducto y crear una pieza de producción. El lunes, un ingeniero de JGR diseñó un nuevo conducto de salida para que aplique el aire necesario sobre el reborde del neumático para mantenerlo frío. Luego, el ingeniero creó un modelo de concepto en solo cuatro horas, gracias al sistema Fortus de Stratasys. Después de varias iteraciones sobre el concepto y luego de confirmar su ajuste en el automóvil, el ingeniero produjo un núcleo soluble FDM. La pieza final de fibra de carbono se puso sobre el núcleo compuesto. El núcleo soluble se disolvió después de que la pieza terminó el proceso de curado. La pieza nueva estaba lista el día miércoles, justo a tiempo para atornillarla al automóvil antes de enviarlo a la siguiente carrera.

¿Cómo se puede comparar el uso de núcleos solubles FDM con el uso de herramientas tipo almeja por parte de JGR?


Método

Costo

Tiempo

Trabajo

Patrón FDM y molde tipo almeja

USD $350

3 días

15 horas

Núcleo soluble FDM

USD $90

1 día

2 horas

AHORROS

USD $260 (74%)

2 días (66 %)

13 horas (87 %)

Stratasys Ltd. © 2015. All rights reserved. See stratasys.com/legal for trademark information.