Del polvo al componente: impresión 3D para fabricantes de maquinaria móvil

Nov 18, 2023

Del 12 al 18 de noviembre, SYSTEMS & COMPONENTS en Hannover, Alemania, será el lugar líder para todos los proveedores y usuarios de maquinaria móvil interesados ​​en la impresión 3D industrial.

Disponibilidad personalizada, adaptabilidad, pequeñas cantidades de producción y un alto grado de libertad en la forma: la fabricación aditiva puede acortar drásticamente los tiempos de desarrollo y producir geometrías de componentes altamente complejas de manera rentable. Los últimos desarrollos están atrayendo un interés cada vez mayor por parte de las industrias fuera de carretera y, en SYSTEMS & COMPONENTS, la impresión 3D dejará su nicho de creación rápida de prototipos y se preparará para cambiar significativamente la cadena de valor industrial en todos los ámbitos. A diferencia de la fabricación sustractiva convencional, en la que el material se elimina mediante fresado, torneado o rectificado, la fabricación aditiva aplica el material capa por capa para formar un componente. Se utilizan diversos procesos y la gama de materiales abarca desde plásticos y metales hasta cerámica.

Nuevas libertades de diseño en desarrollo Además de las conocidas tecnologías basadas en polvo y alambre, los expositores del recinto ferial de Hannover también trabajan en combinaciones innovadoras de materiales para superar los límites de la impresión 3D. Por un lado, están utilizando la tecnología de 'binder jetting', un proceso aditivo para la producción rápida de moldes de fundición en arena, que se utilizarán para la fundición de alta calidad de componentes como carcasas de ejes o cubos de ruedas. La fabricación de moldes 3D con arena tiene ventajas decisivas en la construcción ligera. Además, el diseño de la pieza fundida puede ser más complejo de lo habitual ya que se reduce considerablemente la necesidad de líneas de separación.

En las líneas de producción de fundiciones y talleres de prototipos que trabajan en el sector fuera de carretera, así como en los OEM, ya se han integrado equipos de impresión capaces de producir de forma continua piezas fundidas en arena.

En SYSTEMS & COMPONENTS y ​​en la feria paralela Agritechnica, los fabricantes de maquinaria agrícola y sus socios OEM, que ya imprimen componentes directamente, podrán aprovechar todo el potencial de la fabricación aditiva. Tecnologías como el 'modelado por deposición fundida' (FDM) o la 'sinterización selectiva por láser' (SLS) permiten utilizar materiales cercanos a la calidad de producción en la construcción de prototipos y componentes de preproducción que luego son representativos de la producción industrial a gran escala.

La producción aditiva puede ofrecer características especiales que no se encuentran en la fabricación tradicional, como elementos de amortiguación flexibles fabricados en poliuretano termoplástico (TPU), cubiertas para motocicletas fabricadas en plástico reforzado con fibra de alta resistencia o conjuntos que permiten más grados de libertad a la hora de equipar la cabina del conductor. . La impresión 3D también se puede utilizar para producir componentes que no se pueden fabricar en una sola pieza mediante moldeo por inyección estándar.

Fabricación aditiva en uso industrial Un ejemplo de fabricación aditiva industrial son las consolas de control específicas para vehículos, como las fabricadas por IBL Hydronic, que en tan solo un mes completó el desarrollo de un módulo de control y lo presentó al cliente del sector de la ingeniería agrícola. Las piezas de la carcasa se imprimieron con SLS, se ensamblaron y se equiparon con un reposabrazos de cuero. Para que no sólo fuera funcional sino también visualmente atractivo, se texturizó la superficie y se tiñeron y pulieron los componentes. El resultado: una textura similar al cuero que realza visualmente la superficie y completa el diseño. Para piezas individuales más pequeñas, como las teclas blancas y naranjas, se utilizó estereolitografía (SLA), una tecnología aditiva que permite la impresión de componentes transparentes. De esta manera se podrían integrar luces de advertencia iluminadas directamente en el teclado.

El ejemplo también muestra la necesidad de una amplia gama de materiales de impresión 3D en la fabricación aditiva. Si bien se pueden fabricar muchos tipos de componentes utilizando únicamente plásticos, los metales son uno de los materiales más buscados para los procesos de fabricación aditiva. Como era de esperar, sus propiedades pueden convertirlos en la opción ideal para aplicaciones exigentes, ya que ofrecen rendimiento y resistencia. Los metales pueden resistir mejor de forma innata las tensiones, temperaturas y presiones de las aplicaciones fuera de carretera, lo que hace posible producir piezas con la resistencia necesaria para los componentes de accionamiento de maquinaria móvil. El aluminio tiene un potencial particular para la construcción ligera y eficiente.

Máquinas en una nueva categoría de peso Desde intercambiadores de calor hasta disipadores de calor, para prototipos completamente funcionales o construcción de herramientas y accesorios, la impresión de metal 3D permite la creación de componentes con geometrías complejas, huecos, socavados y estructuras internas detalladas, sin el uso de herramientas adicionales, otros materiales de entrada o ensamblajes adicionales. pasos, todo directamente desde un archivo de diseño digital, el modelo CAD, con el mínimo peso y la máxima rigidez. El proceso utiliza un rayo láser enfocado para fundir un polvo de metal y, a medida que el metal se solidifica, se aplica una nueva capa de polvo, lo que da como resultado la fabricación de un componente 3D homogéneo.

Entre los procesos de fabricación aditiva emergentes se encuentra el 'chorro de aglutinante metálico' (MBJ). John Deere está utilizando la tecnología Metal Jet S100 de HP para producir válvulas para el sistema de combustible de tractores que funcionan en condiciones climáticas extremas. Similar a la "fusión selectiva por láser" (SLM), el proceso utiliza un lecho de polvo que se construye capa por capa, pero, en lugar de fundir el polvo con un láser, el cabezal de impresión deposita gotas de material aglutinante en las posiciones definidas, uniendo el polvo para formar el componente, capa por capa. La “parte verde” resultante se deja curar y luego se sinteriza, eliminando el aglutinante y dando como resultado el componente terminado. Las impresoras 3D de HP pueden aplicar con precisión hasta 630 millones de nanogotas del aglutinante al lecho de polvo por segundo. John Deere también utiliza la tecnología en prototipos para probar y ajustar componentes como los soportes del parabrisas. "Estamos entre los primeros en la industria agrícola en aprovechar la impresión 3D tanto para la creación de prototipos como para la producción final de componentes", enfatiza el Dr. Jochen Müller, Gerente Global de Ingeniería Digital de John Deere.

Clave para un mantenimiento eficaz Otro tema clave en SYSTEMS & COMPONENTS es el de los repuestos bajo demanda y su producción para postventa. Con una impresora 3D se puede producir un número cada vez mayor de piezas de repuesto, que cumplen con precisión los requisitos del cliente y igualan la calidad del original. La ventaja es que las piezas de repuesto solo necesitan crearse y almacenarse como modelos de datos, mientras que la producción puede realizarse cuando sea necesario. Especialmente para la maquinaria agrícola más antigua, donde las piezas desgastadas ya no se pueden fabricar de manera eficiente con los métodos de producción tradicionales, la impresión 3D es una ventaja.

Todo el potencial de la fabricación aditiva sólo puede alcanzarse con mejoras coordinadas en equipos, materiales y procesos. Los materiales utilizados actualmente a menudo no cumplen con los diversos requisitos de las máquinas móviles, donde, por ejemplo, es necesario combinar en una sola pieza flexibilidad, estabilidad de temperatura y propiedades magnéticas. Además, la mayoría de los aceros y aleaciones aún no se pueden imprimir con éxito debido a la posible formación de grietas, un problema que se vuelve más pronunciado cuando se unen de forma aditiva dos o más materiales. “La fabricación multimaterial mediante impresión 3D está en su infancia. La imposibilidad de combinar los materiales según sea necesario es el mayor obstáculo para el avance de esta tecnología”, destaca el Prof. Dr. Thomas Tröster, presidente del Instituto de Construcción Ligera con Sistemas Híbridos (ILH, Institut für Leichtbau mit Hybridsystemen) y del Instituto de Fabricación Aditiva (PIAF, Paderborner Institut für Additive Fertigung) en la Universidad de Paderborn. Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Paderborn está desarrollando aplicaciones industriales para esta tecnología revolucionaria. MADE-3D (Diseño multimaterial mediante impresión 3D), un proyecto coordinado por el profesor Tröster, tiene como objetivo llevar la fabricación aditiva al siguiente nivel, utilizando múltiples materiales con diferentes propiedades físicas. El objetivo es permitir una libertad de diseño sin precedentes para componentes ligeros muy complejos, algo que claramente podría beneficiar también al sector todoterreno en el futuro.