APORTES DE LA IMPRESIÓN 3D PARA FABRICAR HERRAMIENTAS DE CORTE

Las tecnologías de manufactura aditiva ganan cada vez más terreno en la producción metalúrgica. Los fabricantes de herramientas empiezan a adoptarlas para ganar en productividad, reducción de costos y principalmente flexibilidad de cara a las necesidades de sus clientes.

 

En los últimos años, las soluciones de fabricación por agregado de materiales (AM Additive Manufacture) de origen polimérico, metálico o incluso composites (materiales compuestos) que incluyen por ejemplo cerámicas, grafito, etc. están convirtiéndose en opciones que agregan valor a las diferentes etapas de las cadenas de valor productivas.

En este caso, presentaremos los avances obtenidos por parte de una serie de empresas líderes en el sector de fabricación de herramientas de corte, mostrando cómo la incorporación de tecnologías 3D en alguna de las etapas del proceso de fabricación empieza a resultar muy interesante.

Caso 1: Iscar Tools

La compañía de origen israelí lleva ya años investigando como sacar ventajas de las tecnologías 3D en el procesos de fabricación de su amplia línea de herramientas. En relación a sus estudios y experiencias en el tema, resaltan: “La mayor ventaja que proveen estas soluciones están en la capacidad de generar formas muy complejas en un solo proceso y en corto tiempo. Esto permite realizar conductos para refrigerantes específicos para la necesidad del usuario en el cuerpo propio de la herramienta, por ejemplo. Son fundamentales en productos de alta presión de refrigerante (HPC por sus siglas en inglés) donde la forma y sección transversal del conducto son factores claves. Lo mismo sucede cuando producimos herramientas con canales especiales para evacuación de viruta, refuerzos y desahogos. Se puede ahorrar muchos tiempos, y por lo tanto costos de producción a través de estas tecnologías. (Fig. 1 y 2)

Figura 1

 

De todas formas hay mucho camino, aún por recorrer. Creemos que se atravesará un umbral cuando estos equipos sean capaces de producir piezas (plaquitas) de metal duro o algún nuevo material que pueda reemplazarlo. De todas formas, más allá de las excelentes perspectivas, aún hay varios obstáculos que resolver. Los principales son procesos de acabado que aún son necesarios, como rectificado de agujeros centrales, caras de referencia de asiento de placas, o roscas que no garantizan precisión. Otros aspectos que aún están en etapa de prueba son factores como la resistencia a la fatiga y al estrés y la fiabilidad con elevada velocidad de rotación”

Figura 2

Caso 2: Knight Carbide

Fabricantes de insertos de carburo tungsteno de diferentes grados y recubrimientos ha buscado también aplicar soluciones 3D para mejorar su proceso de producción. Como se mencionó antes aún la producción de plaquitas de metal duro son una barrera a atravesar para la FA (fabricación aditiva). De todas formas, esta compañía americana ha encontrado la forma de mejorar su producción utilizando una pequeña impresora 3D de base polimérica (en este caso Stratasys) para reemplazar la provisión de diversas fijaciones, sujetadores y portaelementos que son necesarios para transportar los insertos de mecanizado de carburo a través de las operaciones de rectificado y acabado que se requieren para fabricar estas herramientas. Específicamente, esta empresa se dedica a fabricar insertos especiales según requerimientos de clientes. Muchas veces los pedidos requieren desarrollar nuevas herramientas para producirlos. Con una simple impresora 3D de base polimérica (ABS de alta resistencia) han logrado producir sus propios elementos portantes y de fijación en 6 horas cuando antes requería semanas de espera. “Estos elementos muchas veces requerían complejos procesos de mecanizado y extensos tiempos de producción. (Fig. 3 y 4)

Figura 3

Incluso muchas veces no eran reutilizables con lo cual había que incorporar su costo al de los insertos, encareciendo así el producto final. Obviamente, como es de esperarse el reemplazo no es total. Hay procesos donde las temperaturas de máquinas son tan altas que el material no las soporta y debemos seguir utilizando herramental de acero. Pero francamente hemos avanzado y seguimos investigando” comenta el responsable de I+D de la compañía.

Figura 4

Caso 3: Komet

Principalmente enfocados en la fabricación de herramientas especiales, esta compañía alemana y su “TechCenter” hace algunos años empezó analizar como sacar ventajas de las tecnologías FA. Lo hicieron con el foco en los requerimientos de sus clientes, o sea pensando como satisfacer de manera competitiva sus necesidades tanto en las estructuras externas como de los canales internos de sus herramientas.

“Luego de analizar las tecnologías disponibles, nos decidimos por un equipo de tecnología de fusión láser en lecho de polvo (LPBF por sus siglas en inglés) –en este caso provista por Renishaw- para la fabricación de múltiples cuerpos de herramientas.
Esta solución nos ha permitido prácticamente poder alcanzar cualquier requerimiento específico de nuestros usuarios. Hoy no podríamos pensar en nuestra línea de producción sin estas herramientas. (Fig. 5 y 6)

Figura 5

A modo de ejemplo, en una de nuestras herramientas de fresado, a través de los cambios en la estructura del cuerpo hemos logrado aumentar de 6 a 10 la cantidad de insertos, logrando una velocidad de trabajo 50% mayor a la convencional”.

Figura 6

Caso 4: Mapal

Mapal, el tradicional fabricante alemán viene investigando como innovar a través de las tecnologías aditivas. Concretamente presentamos aquí los logros obtenidos para ampliar una de sus líneas de brocas QTD, logrando piezas de menor calibre con un sistema de refrigeración impensable a través de los métodos tradicionales:

“Utilizando la tecnología de fusión por láser, la compañía ha desarrollado una nueva broca QTD con una geometría interna que no sería posible producir a través del mecanizado tradicional (Fig. 7 y 8). Las brocas fundidas por láser presentan una geometría de enfriamiento en espiral con los canales de refrigerante paralelos a la ranura, lo que aumenta la estabilidad del núcleo y mejora la eficacia de enfriamiento. Según el Dr. Sellmer, la canalización en espiral del refrigerante permite aumentar el flujo volumétrico del mismo en un 60%.”

Figura 7
Figura 8

A modo de breve conclusión

Más allá de las claras ventajas que las tecnologías en cuestión, brindan a los fabricantes de herramientas, la intención de la nota es presentar a los usuarios de insertos y herramientas de corte, una nueva perspectiva. En corto plazo podremos desarrollar en conjunto soluciones de corte a la medida de las necesidades del proceso, bajando tiempos de puesta en máquina, costos y por lo tanto ganando productividad.