Simulación y Prototipado como ayuda al diseño y desarrollo de nuevos componentes por Microfusión

Los procesos de simulación y prototipado son fundamentales para fabricar de una forma eficiente piezas finales, reduciendo costes y cumpliendo con requerimientos técnicos del cliente. En este artículo explicamos aspectos técnicos clave de ambos procesos.

Simulación en la fase de diseño para garantizar una producción eficiente y la solución anticipada de problemas.

En Ecrimesa Group disponemos de dos softwares de simulación: MAGMA e INSPIRECAST. Han sido adaptados por nosotros -con el apoyo del Centro Tecnológico de Componentes y de la Universidad de Cantabria a través de proyectos de I+D – a las propiedades físicas de nuestra cáscara cerámica. La simulación nos permite replicar de manera precisa la realidad que nos vamos a encontrar en la producción y optimizar los resultados finales de fabricación.

En la fase de diseño, la simulación de la pieza “unitaria” (sin definir aún el racimo / montaje) puede servir para predecir posibles problemas del diseño y reducir costes, por ejemplo, adaptando el diseño inicial a las particularidades de la tecnología de la microfusión. Esto es de gran ayuda, tanto para nuestros clientes como para el equipo técnico-comercial, en el intercambio inicial de ideas y propuestas con los diseñadores del cliente. La simulación permite acercar el diseño a las necesidades de la tecnología en una fase primaria de las negociaciones, y también, llegar a un diseño final que permita fabricar de una forma más eficiente una pieza final, reduciendo costes.

Veamos un ejemplo. Este “HOTSPOT” incluye el 3D del diseño, las propiedades físicas del acero y las de nuestra cerámica, así como las condiciones calculadas de temperaturas de fundición, entre otros aspectos. Toda esa información nos ayudará a identificar las zonas que guardarán más calor y las zonas aisladas que precisarán ataques o «gates» extras, y nos orientará a darle creces a la pieza fundida.
Este proceso de simulación es bastante expedito y lo podemos realizar en horas, de forma que se puedan llevar a cabo varias iteraciones, en caso de ser necesario.

Tras la simulación de la pieza unitaria, el siguiente paso es simular el racimo completo. Aquí podemos simular varias opciones, obteniendo la predicción de porosidades, lo que permite reducir pruebas en fase de muestras, y por tanto, el tiempo de desarrollo y los costes asociados.
Esta simulación es más laboriosa, pues exige dibujar los diferentes 3D del racimo con las piezas, y supone además un tiempo adicional de diseño de nuestra Oficina Técnica. Excepcionalmente es posible realizar una simulación por día, en función del detalle exigido.

Es en esta fase de diseño y mediante la simulación, cuando podemos dar solución anticipada a los problemas que vamos a encontrarnos. Mediante la simulación, podemos detectar las zonas con predicción de porosidad. Aquellas que son superiores al 15% se consideran problemáticas para la producción en serie. Por otro lado, suele bastante ventajoso valorar la posibilidad de incrementar el número de piezas por montaje, con la finalidad de mejorar el ratio neto de piezas por montaje fundido.

Prototipos en cera impresa o molde de silicona

La realización de prototipos permite lanzar muestras físicas considerando lo ya aprendido mediante el proceso de la simulación, pero sin haber fabricado aún el molde metálico. El prototipado permite, por tanto, optimizar etapas importantes del proceso, como lo es la creación del molde cerámico que recubre los modelos. Además, permite comparar los resultados de las deformaciones y la ausencia de defectos internos, mediante controles de escaneado dimensional y de radioscopia.

Paralelamente y cuando ya hay acuerdo final con el cliente, se avanza con la construcción del molde permanente. De esta manera, podemos reducir el time to market de las nuevas piezas, ya que se solapa la fase de desarrollo con la de construcción del molde metálico de serie.

En Ecrimesa Group contamos con una impresora de ceras para piezas de microfusión, lo que nos permite realizar estos trabajos internamente. Cuando se precisa el molde de silicona debido al volumen de los prototipos necesarios, contamos con proveedores en la zona que prestan este servicio de forma eficiente.

Con las ceras impresas se pueden probar diferentes orientaciones y cambios de diseño (tapando taladros por ejemplo) para analizar resultados y optar por la mejor opción. En cualquier caso, a partir de la información obtenida en la simulación previa y la experiencia de nuestro técnicos en más de 6.200 referencias desarrolladas, se logran reducir las matrices de pruebas.

El prototipado con ceras permite adelantar las pruebas a las muestras oficiales del molde permanente y así, tener en cuenta las distintas variables que intervienen en la calidad del revestimiento cerámico: la dificultad de la pieza, los diferentes programas de número de capas, los movimientos del robot de aplicación de la cerámica y los tiempos de secado de la cerámica, entre otros. Una vez fundidas las piezas partiendo de prototipos, se analiza la calidad metalúrgica mediante inspección visual, Rx y dimensional (escaneado comparativo con el 3D).

Basados en la experiencia con prototipos y las pruebas funcionales del cliente, pueden añadirse mejoras para el proceso de microfusión, por ejemplo, añadir pequeñas creces que favorecen el proceso o eliminar algunos taladros.

Las muestras son además controladas en sus propiedades mecánicas tras los tratamientos térmicos y END, como por ejemplo el control de ausencia de grietas, pruebas que en Ecrimesa Group llevamos a cabo mediante partículas magnéticas o líquidos penetrantes por personal acreditado.

Conclusiones

Usando la simulación se puede realizar una oferta mas acertada para piezas complejas, ayudando a adaptar el diseño al proceso de la microfusión.
La simulación reduce costosas pruebas durante la fase de muestras físicas. El prototipado con ceras impresas ayuda a desarrollar el proceso de fabricación mientras se diseña y construye el molde permanente, así como a suministrar piezas provisionales al cliente para sus pruebas funcionales.
Contar con estos servicios de forma interna nos permite mejorar el servicio al cliente, tanto en la fase de diseño como en la de oferta. Además, mejora los tiempos de desarrollo de muestras, al poder solapar la construcción del molde con pruebas sobre piezas impresas.
Finalmente, en caso de que el cliente requiera de prototipos para pruebas en sus instalaciones antes del diseño final, éstos se pueden fabricar con las tecnologías mencionadas, añadiendo incluso las distintas variantes adicionales que requieran nuestros clientes.

Los procesos de simulación y prototipado son fundamentales para fabricar de una forma eficiente piezas finales, reduciendo costes y cumpliendo con requerimientos técnicos del cliente.

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