La fundición al vacío es un proceso de fabricación versátil utilizado principalmente para producir prototipos de alta calidad y componentes de pequeños lotes en varias industrias.Esta guía ofrece una descripción detallada de sus principios fundamentales, procesos clave, consideraciones de diseño, aplicaciones y cómo se compara con otros métodos de fabricación.
Introducción a la fundición al vacío
La fundición al vacío, también conocida como fundición de poliuretano o moldeo de uretano, es una técnica de fabricación que utiliza un vacío para dibujar material líquido en un molde de silicona.Este proceso es particularmente apreciado por su capacidad para producir piezas con un excelente acabado superficialEl sistema de producción de piezas de molde por inyección, con sus detalles finos y propiedades mecánicas muy similares a las de las piezas moldeadas por inyección, cubre la brecha entre la creación de prototipos rápidos y la producción en serie.ofreciendo una solución rentable para la fabricación de bajo volumen sin el alto costo de las herramientas asociadas con el moldeo por inyección.
El proceso es especialmente útil para la fabricación de piezas con geometrías complejas y detalles intrincados que podrían ser difíciles o costosos con los métodos tradicionales.Apoya una amplia gama de propiedades de los materiales, incluyendo varios colores, acabados de superficie y características mecánicas.
Principios fundamentales y tipos de fundición al vacío
El principio básico de la fundición al vacío consiste en usar presión negativa (vacío) para eliminar el aire de la cavidad del molde, lo que permite que el material líquido llene detalles intrincados sin aire atrapado.Esto garantiza una reproducción de alta fidelidad del patrón maestro.
Hay dos tipos principales de fundición al vacío basados en el medio y la aplicación:
Con un contenido de aluminio superior o igual a 10 ppm:Esto implica fundir y verter el metal en un ambiente vacío para minimizar el contenido de gas y evitar la oxidación.Es crucial para producir fundiciones de acero aleación especial de alta calidad y fundiciones de aleación de titanio fácilmente oxidadasLas técnicas comunes incluyen la fundición por succión al vacío y la fundición por presión al vacío.
Con un valor de producción superior a 20 W/m2Esto es más común para prototipos y lotes pequeños. Utiliza un molde de silicona creado a partir de un patrón maestro (a menudo impreso en 3D o mecanizado CNC).La resina de poliuretano líquido (PU) se vierte luego en el molde bajo vacío para replicar la pieza.
El proceso de fundición al vacío: una descripción general paso a paso
El proceso de fundición al vacío de polímeros suele incluir los siguientes pasos clave:
- Creación de patrones maestros: se produce un modelo maestro de alta precisión de la pieza, generalmente utilizando tecnologías de mecanizado CNC o impresión 3D (por ejemplo, SLA, SLS).Este patrón debe tener una calidad de superficie impecable ya que afecta directamente a la pieza de fundición final.
- Fabricación de molde (herramienta de silicona): el patrón maestro se coloca en un marco de fundición.el molde de silicona se abre cuidadosamente para eliminar el patrón maestro, dejando atrás una cavidad negativa precisa.
- Preparación y fundición de resina: se selecciona una resina de poliuretano (PU) de dos partes en función de las propiedades del material deseado (por ejemplo, rigidez, flexibilidad, transparencia, color).a menudo desgasificados para eliminar las burbujas de aire, y luego vertido en la puerta de vertido del molde de silicona.
- Aplicación al vacío: todo el conjunto del molde se coloca dentro de una cámara de vacío.Creando un ambiente de presión negativa que atrae la resina a los detalles intrincados del molde y evita la captura de aire, asegurando un llenado completo.
- Curado: El molde lleno se transfiere a un horno donde el calor acelera el proceso de curado de la resina, solidificando la pieza.
- Desmoldeo y acabado: después del curado, se abre el molde de silicona y se retira la parte final.puede aplicarse para lograr el acabado deseado.
| El paso | Descripción | Consideraciones clave |
| Creación de patrones | Producción de un modelo maestro mediante impresión CNC o 3D. | El acabado de la superficie y la precisión son críticos. |
| Producción de moho | Creando un molde de silicona alrededor del patrón maestro. | La elección de silicona afecta la vida del moho y la captura de detalles. |
| Fusión de resina | Verter resina PU preparada en el molde bajo vacío. | El vacío elimina las burbujas para piezas libres de defectos. |
| Curado | Calentar el molde para solidificar la resina. | El tiempo y la temperatura dependen de la resina utilizada. |
| Desmoldado | Quitar la parte curada del molde de silicona. | Es necesario tener cuidado para evitar dañar el molde o la pieza. |
Consideraciones clave de diseño para la fundición al vacío
El diseño de piezas para fundición al vacío requiere atención a varios factores para garantizar la calidad y la fabricabilidad:
- Ángulos de proyección: Incorpore ligeros ángulos de proyección (generalmente 1-3 °) en las paredes verticales para facilitar el desmontaje más fácil y evitar daños a la pieza o al molde de silicona.
- Bajos recortes: Si bien los moldes de silicona flexibles pueden acomodar algunos recortes, los recortes complejos o severos pueden complicar el desmoldado y reducir la vida del molde.Puede ser necesario un diseño cuidadoso o la segmentación del molde.
- El espesor de la pared debe mantenerse uniforme siempre que sea posible para promover un enfriamiento uniforme y evitar defectos como deformaciones o marcas de hundimiento.
- Tamaño y volumen de la pieza: La fundición al vacío es generalmente adecuada para piezas pequeñas a medianas.El límite de tamaño práctico se determina a menudo por la capacidad de la cámara de vacío y la disponibilidad de equipos.
- Relleno y ventilación del molde: Diseñar la geometría de la pieza y planificar las ubicaciones de la puerta (donde entra la resina) y la ventilación (donde se escapa el aire) para garantizar un flujo de resina suave y completo en todas las áreas del molde.
Ventajas y limitaciones de la fundición al vacío
Comprender los pros y los contras de la fundición al vacío es crucial para seleccionar el proceso de fabricación adecuado.
Ventajas:
- Alta calidad y detalle: Produce piezas con un excelente acabado superficial, detalles finos y buenas propiedades mecánicas, imitando de cerca los materiales finales de producción.
- Costo-efectividad para volúmenes bajos: ideal para lotes pequeños (normalmente 15-25 piezas por molde) sin el alto costo de los moldes metálicos utilizados en el moldeado por inyección.
- Variedad de materiales: Se dispone de una amplia gama de resinas de poliuretano, que simulan las propiedades de varios plásticos (ABS, PP, PC), caucho o incluso materiales transparentes como PMMA.
- Prototipado rápido: respuesta más rápida en comparación con los métodos de fabricación tradicionales como el moldeado por inyección, lo que permite iteraciones y validación rápidas del diseño.
Las limitaciones:
- Vida útil limitada del molde: los moldes de silicona se degradan con el uso, generalmente producen alrededor de 15-25 piezas de alta calidad antes de que sea necesario reemplazarlas, lo que lo hace inadecuado para la producción de gran volumen.
- Limitaciones del material: Aunque las resinas PU son versátiles, su resistencia térmica y química puede no siempre coincidir con la de los termoplásticos de grado de ingeniería utilizados en el moldeado por inyección.
- Limitaciones de tamaño: El tamaño de las piezas está limitado por las dimensiones de la cámara de vacío y la capacidad del equipo disponible.
- Tiempo inicial de entrega: La creación del patrón maestro y el molde de silicona añade tiempo inicial antes de que pueda comenzar la fundición.
| Aspecto | Fusión al vacío | Moldeado por inyección | Impresión 3D (SLA/SLS) |
| Lo mejor para | Lotes de bajo volumen, prototipos de alta calidad | Producción en masa | Geometrías complejas de muy bajo volumen |
| Costo de las herramientas | Bajo (molde de silicona) | Alto (molde de acero/aluminio) | No hay |
| Costo de las piezas (bajo volumen) | Bajo | En alto. | Mediano |
| Costo de la parte (Vol. alto) | No es práctico. | Muy bajo | Medio a alto |
| Selección del material | Buena (variedad de resinas PU) | Excelente (amplia gama de termoplásticos) | Limitado (dependiente del polímero) |
| Tiempo de entrega | Mediano | Las partidas de las demás partidas de las demás partidas | Es corto. |
| El acabado de la superficie | Es excelente. | Es excelente. | De buena a muy buena |
Aplicaciones de la fundición al vacío en todas las industrias
La fundición al vacío es ampliamente adoptada en varios sectores por su versatilidad y capacidad para producir piezas funcionales y estéticamente agradables.
Diseño de productos y creación de prototipos: ampliamente utilizado para crear prototipos funcionales para la verificación del diseño, pruebas de usuarios y validación del mercado antes de comprometerse con herramientas de producción costosas.
Industria automotriz: Produce componentes duraderos y ligeros para pruebas, modelos conceptuales y producción en pequeños lotes de adornos interiores, carcasas y piezas funcionales.
Sector aeroespacial: Fabrica piezas de alta precisión con propiedades materiales similares a los productos finales, utilizadas para pruebas y aplicaciones personalizadas de bajo volumen.
Dispositivos médicos: crea componentes biocompatibles y esterilizables para prototipos, pruebas y producción limitada a pequeña escala, incluidas carcasas de dispositivos y guías quirúrgicas.
Electrónica y bienes de consumo: ideal para producir modelos conceptuales y piezas de uso final con altos requisitos estéticos para productos electrónicos, electrodomésticos y otros productos de consumo.
Tendencias y innovaciones futuras en la fundición al vacío
El panorama de la fundición al vacío continúa evolucionando con varias tendencias emergentes:
Materiales avanzados: Desarrollo continuo de nuevas resinas PU con propiedades mejoradas, como temperaturas de desviación térmica más altas, mayor estabilidad UV, mayor biocompatibilidad,y características especializadas como la resistencia a la llama.
Automatización y control de procesos: mayor integración de sistemas de automatización para mezclar, verter y desmoldear resina para mejorar la eficiencia, la consistencia y reducir los costos laborales.
Sostenibilidad: se centra cada vez más en el uso de materiales y procesos más ecológicos, incluidas las resinas reciclables o de base biológica y las estrategias para extender la vida útil del moho o reciclar silicona.
Fabricación híbrida:Combinar la fundición al vacío con otras tecnologías como la impresión 3D para crear patrones maestros complejos o insertar componentes impresos en 3D directamente en moldes para mayor funcionalidad.
