Los mandriles producidos por AM brindan nuevas oportunidades para los fabricantes de compuestos

Jun 12, 2023

La fabricación aditiva (FA) tiene la capacidad de interrumpir los procesos industriales y facilitar el logro de resultados innovadores, rentables y rápidos en comparación con los procesos de producción tradicionales. Coincidiendo con el rápido crecimiento de la demanda de productos fabricados con materiales compuestos, que son intrínsecamente más fuertes, más livianos y más resistentes al medio ambiente que los materiales convencionales, la AM está lista para revolucionar la producción de compuestos en las industrias de defensa, aeroespacial y otras. En estos sectores, se puede utilizar (entre otras cosas) para crear mandriles para conductos y respiraderos para aplicaciones de gestión de aire, fluidos y energía.

Los mandriles son una herramienta esencial cuando se fabrican piezas y componentes compuestos huecos. Durante el proceso de fabricación, el mandril se inserta en el extremo de un tubo o tubería y se mantiene en su lugar mientras se forma el objeto a su alrededor. Esto asegura que el producto terminado conserve su forma y tamaño.

Tradicionalmente, el tipo de mandril más común está hecho de acero, pero también se puede usar aluminio y otros metales. Tales mandriles, sin embargo, pueden tener aplicaciones limitadas y pueden ser costosos. Este artículo explicará a los ingenieros de todos los sectores industriales relevantes cómo se pueden simplificar y optimizar sus procesos de fabricación mediante el uso de AM para producir mandriles como herramientas de sacrificio para la fabricación de compuestos.

Los materiales compuestos, utilizados ampliamente en muchos sectores de fabricación, son materiales que se componen de dos o más componentes distintos. Estos componentes pueden ser una combinación de metales, polímeros, cerámicas, fibras y varias otras sustancias, según la aplicación. Los materiales compuestos se utilizan en una variedad de aplicaciones industriales porque ofrecen una serie de beneficios sobre los materiales tradicionales, como el hecho de que son livianos, lo que permite la eficiencia del combustible y exhiben mayor resistencia, mayor estabilidad, mayor resistencia al desgaste y mayor resistencia a la intemperie y al daño ambiental.

Los materiales compuestos también son más fáciles de fabricar y moldear en formas complejas que los de metal, plástico y cerámica. Al combinar diferentes tipos de materiales, los ingenieros pueden crear materiales que cumplan con requisitos específicos y brinden un servicio duradero a muchas industrias. Con la creciente demanda de materiales compuestos, está claro que estos materiales versátiles seguirán desempeñando un papel importante en la industria en los años venideros.

Producción de mandril convencional vs AM

Los métodos tradicionales de fabricación de mandriles han existido durante siglos y todavía se utilizan en la actualidad. Hay tres métodos tradicionales principales para fabricar mandriles: fundición, forja y mecanizado.

La fundición es el método más común para fabricar mandriles industriales. En este proceso, el metal fundido se vierte en un molde que tiene la forma del mandril deseado. El metal se enfría y endurece, y luego se retira el mandril del molde. En el proceso de forjado, se calienta una pieza de metal hasta que se vuelve maleable y luego se le da forma en el mandril deseado usando martillos y otras herramientas. En el proceso de mecanizado, una pieza de metal se corta o fresa en la forma deseada utilizando tornos, fresadoras u otras máquinas herramienta.

Hay una serie de desventajas inherentes al uso de tecnologías de producción de mandriles convencionales, entre las cuales la clave es que a menudo requieren mucho tiempo, mucha mano de obra, a menudo generan una gran cantidad de material de desecho y están limitadas en el grado de complejidad geométrica que se puede lograr. .

AM se puede utilizar para crear mandriles con geometrías complejas que serían difíciles o imposibles de producir con métodos tradicionales. AM ofrece un enfoque más flexible que puede crear mandriles con diseños intrincados y características internas extremadamente rápido, sin necesidad de costosas herramientas de corte. Los métodos tradicionales de producción de mandriles también requieren que se produzcan múltiples partes si hay geometrías complejas o voladizos, etc., de lo contrario, no sería posible quitar el núcleo del mandril. La producción de varias piezas significa un costo adicional, requiere mucho tiempo y abre la posibilidad de errores y reelaboraciones.

Los beneficios de usar AM para fabricar mandriles incluyen menores costos de herramientas, plazos de entrega más cortos y mayor flexibilidad en el diseño. Los mandriles fabricados aditivamente se pueden fabricar rápida y fácilmente a partir de un archivo digital, lo que los hace ideales para tiradas cortas o tiradas de producción únicas. Además, ofrecen a los diseñadores una mayor libertad en términos de forma y geometría en comparación con las técnicas tradicionales.

La solución Massivit

3D masivo ha desarrollado un proceso de impresión patentado para producir mandriles resistentes y duraderos. Esto representa una solución altamente innovadora para la producción de piezas compuestas, que ofrece ventajas significativas sobre los métodos de fabricación tradicionales y permite la producción de piezas compuestas de alta calidad con plazos de entrega reducidos y costos más bajos.

Una de las principales ventajas de utilizar FA para fabricar mandriles, como se acaba de mencionar, es que permite diseños mucho más complejos que los métodos de mecanizado tradicionales. Con AM, no existen restricciones sobre las formas geométricas que se pueden producir, lo que significa que se pueden fabricar mandriles con diseños muy complejos. Esto abre una nueva gama de posibilidades para los diseños de mandriles y significa que se pueden personalizar para satisfacer las necesidades específicas de una aplicación en particular.

A medida que aumenta la demanda de piezas compuestas, también aumenta la necesidad de soluciones de producción más eficientes y rentables.masivit ha desarrollado el sistema Massivit 10000 AM para cumplir con estos requisitos. La máquina utiliza la tecnología Cast In Motion (CIM) en combinación con el método patentado Gel Dispensing Printing (GDP) de Massivit 3D. Permite la fundición directa del molde en un caparazón de sacrificio impreso en 3D. Para lograr esto, Massivit 10000 utiliza un sistema de doble cabezal, tecnología ultrarrápida patentada, y para los mandriles utiliza material rompible en agua que se desmorona en el agua. Todo esto permite a los fabricantes producir mandriles complejos en cuestión de horas en lugar de semanas.

El material rompible en agua de Massivit se adapta perfectamente a la producción de mandriles. Obviamente, una de las características más notables del material es que se desmorona en el agua. Esto permite retirar fácilmente el mandril del producto final después de la producción. El material también es liviano (lo que facilita su manipulación y transporte durante el proceso de producción); fuerte y duradero (permitiendo su uso para una variedad de aplicaciones de mandril); respetuoso con el medio ambiente (minimizando los desechos en comparación con los métodos sustractivos y minimizando la necesidad de un gran almacenamiento de material); y veloz, con mandriles imprimiendo en cuestión de horas.

Caso de estudio

Para ilustrar la naturaleza disruptiva de laEnfoque Massivit 3D para la producción de mandriles , este estudio de caso analiza los pasos del proceso involucrado en la fabricación de un mandril para la empresa Kanfit, que atiende a los sectores de defensa y aeroespacial. El mandril encargado debía imprimirse en el material rompible con agua de Massivit, y la superficie exterior del molde impreso debía ser muy suave.

Primero, Se creó un modelo CAD del mandril con dimensiones X 381 mm, Y 191 mm y Z 567 mm. Para alinearlo de manera óptima con la tecnología de impresión 3D de Massivit, el área de la brida del modelo se amplió digitalmente para una mejor fabricación de capas, y la pared del molde se diseñó con tres contornos de impresión con un ancho final de 5,4 mm para soportar las presiones de vacío en la etapa de fabricación. A partir del archivo CAD terminado, se creó el código G del mandril en el software de corte Massivit Smart. La impresión fue diseñada para utilizar un tiempo y material mínimos, y tomó en total solo 8 horas. El mandril se fabricó utilizando el material de fotopolímero DIM WB rompible con agua de Massivit.

A continuación, la pieza se postprocesó. Se lijó la superficie y se aplicó una capa de epoxi para hacer hermética la superficie del mandril.

Para la etapa de colocación, el mandril se instaló en una plantilla giratoria, lo que permitió la aplicación de láminas de epoxi y fibra de carbono (6 en total) alrededor de la herramienta. Una vez recubierto de fibra de carbono, el molde entró en el proceso de vacío, donde permaneció bajo presión de vacío durante 3 horas. Luego se retiró y se dejó reposar durante 24 horas antes del curado final.

El molde terminado se colocó en agua corriente durante 24 horas y todos los restos del material rompible en agua se eliminaron de la piel. Luego se recortó el mandril y se validó en el departamento de control de calidad antes del lanzamiento.

El uso de AM para producir el mandril alrededor del cual se fabrican las piezas compuestas en tales aplicaciones introduce una simplificación y agilización del proceso de producción de compuestos en comparación con la producción de mandril heredada.

Resumen

Los mandriles fabricados con AM tienen el potencial de revolucionar la forma en que se fabrican las piezas y los componentes compuestos. Los mandriles producidos usando AM ofrecen varias ventajas sobre los mandriles fabricados tradicionalmente. Son más ligeros, más precisos y se pueden personalizar fácilmente para adaptarse a las necesidades específicas de cada pieza. Esto da como resultado tiempos de producción más rápidos y una reducción de los desechos. Además, los mandriles fabricados con FA se pueden producir a partir de materiales avanzados, como el material rompible en agua de Massivit, que simplifica la extracción.

Esto permite la producción de piezas compuestas de mayor calidad y más fiables. El futuro de la fabricación de piezas compuestas es prometedor con la llegada de los mandriles fabricados de forma aditiva, y esta tecnología y la 10000 de Massivit están preparadas para revolucionar la industria.

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