Tecnologías aditivas y escaneo 3D en ingeniería mecánica: 7 historias de éxito

Las tecnologías 3D se están convirtiendo cada vez más en el foco de las principales exposiciones industriales rusas, lo que refleja la disposición de las empresas a implementar soluciones 3D innovadoras en sus cadenas de producción. Entonces, en la exposición Metalworking-2018, las tecnologías aditivas se presentaron por primera vez en un sitio separado; La producción digital se ha convertido en el tema principal de la Exposición Industrial Internacional Innoprom, que se celebró en julio de 2018 en Ekaterimburgo.

Para la ingeniería, como uno de los sectores clave de la economía rusa, el desarrollo de nuevos equipos y la aplicación de soluciones avanzadas son extremadamente importantes. La tecnología 3D satisface plenamente estas necesidades. Mejorando, proporcionan una eficiencia creciente, permitiendo a las empresas reducir y simplificar el proceso y optimizar los costos de producción.

Por ejemplo, crear un prototipo en una impresora 3D no llevará meses, como en una producción tradicional, sino solo unas pocas horas. Se ahorró mucho tiempo en finalizar el diseño y lanzar el producto en la producción en masa y, en consecuencia, se reduce el costo de todo el proyecto. Gracias al uso de escáneres 3D y software para ingeniería inversa y control de geometría, el tiempo y el dinero se reducen en un promedio de 1,5 veces.

Beneficios de la impresión 3D

• Producción de piezas con geometría de cualquier complejidad , lo que deja muy atrás las posibilidades de los métodos tradicionales.
• Optimización de los parámetros del producto, como la precisión y la resistencia, así como la reducción de peso debido a la creación de paredes de supertina, canales internos y estructuras biónicas.
• Aceleración y reducción del costo del proceso de producción: no es necesario utilizar equipos costosos y, en algunos casos, mecanizados.
• Mejora de la rentabilidad de la producción de productos a pequeña escala y personalizados.
• Reducción de riesgos y errores de diseño, incluso debido a la posibilidad de cambios de diseño en etapas posteriores del diseño.
• Gestión de propiedades físicas y mecánicas del producto mediante el uso de materiales de alta tecnología.

Tareas resueltas en ingeniería usando impresión 3D

1. Pruebas funcionales y creación de prototipos.
2. Producción de prototipos técnicos para probar el diseño de productos.
3. Realización de experimentos tecnológicos.
4. Comprobación de productos para la ergonomía.
5. Creación de modelos maestros para fundición, incluso para cera perdida y modelos quemados.
6. Producción rápida de herramientas.
7. Producción de elementos moldeadores de moldes para moldear termoplásticos y materiales ligeros.
8. Producción de piezas funcionales para una variedad de unidades y conjuntos.
9. Creación de estructuras complejas, incluidas las sólidas, que se ensamblaron previamente a partir de muchos elementos.

Tecnología de impresión 3D para empresas de ingeniería.

• Depósitos (FDM).
• Impresión de inyección de tinta a todo color (CJP).
• Multi Inkjet Printing (MJP).
• Estereolitografía láser (SLA).
• Fusión selectiva por láser (SLM).
• Sinterización selectiva por láser (SLS).

Beneficios del escaneo 3D

• Dispositivos de escaneo de alta velocidad.
• Mediciones precisas en uso real.
• Capacidad para integrarse en sistemas de producción automatizados .
• Medición de cualquier objeto, independientemente de su tamaño, complejidad, material o color.
• Simplicidad y conveniencia en el trabajo.

Tareas resueltas usando escáneres 3D y software especializado

1. Ingeniería inversa ( ingeniería inversa), obtención de planos terminados.
2. Control metrológico de productos en el proceso de fabricación, análisis de desgaste.
3. Control de geometría, deformación y daños a productos.
4. Control de calidad
5. Archivo digital.

7 historias de éxito

Bloque de válvulas hidráulicas



Bloque de válvulas final Archivo CAD listo para impresión 3D

El diseño del nuevo bloque de válvulas hidráulicas, desarrollado por VTT y Nurmi Cylinders, se ha optimizado utilizando la tecnología Selective Laser Melting (SLM), que ahorra peso, volumen y material significativos. Como resultado, se creó un producto cuyo peso es un 66% menor que el modelo original. Gracias al diseño innovador, fue posible optimizar el flujo de fluido a través de los canales internos y resolver el problema de fugas.

Proyecto en detalle

Mezclador de gas



Esquema de un mezclador totalmente metálico creado con tecnología SLM. Abajo a la derecha: el modelo original de 12 elementos

El Centro de creación rápida de prototipos Jurec, que utiliza equipos SLM Solutions, ha completado un proyecto para actualizar un mezclador de gas líquido. Inicialmente, el dispositivo se ensambló a partir de 12 partes, incluidos 3 elementos grandes: las conexiones de cuerpo bridadas primera y segunda y el inserto mezclador. La fusión selectiva por láser permitió crear un solo cuerpo, reduciendo el número de partes de 12 a uno. No es necesario utilizar varios metales y conexiones de brida: dentro de la carcasa totalmente metálica, los hilos simplemente se cortan, de modo que el peso del mezclador se reduce de 1.3 kg a 50 g. El tiempo de producción se redujo a la mitad. Finalmente, los costos financieros de producción disminuyeron en un 73%.

Más ejemplos prácticos de impresión 3D en metal.

Divisor acústico



Izquierda: un formulario maestro de dos partes impreso en una impresora 3D. Derecha: Retirar la pieza terminada del molde de silicona.

Preocupación de OJSC Okeanpribor OJSC (San Petersburgo) fabrica sistemas de comunicación para la Armada rusa, incluidos equipos con una gran cantidad de elementos pequeños, por ejemplo, un divisor, uno de los componentes principales de la nueva antena de sonda. Para la creación rápida de prototipos en la fabricación de piezas moldeadas por inyección, la empresa utiliza una impresora 3D profesional 3D Systems ProJet 660Pro, que trabaja en la tecnología CJP. Se cultiva un molde en una impresora 3D, que luego se llena con silicona. Cualquier otro material se puede verter en el molde de silicona, en este caso poliuretano. Como resultado, la compañía recibe un tipo de formulario para los formularios, no solo un prototipo, sino un prototipo, listo para usar. La implementación del proyecto utilizando métodos estándar requeriría varios meses, pero gracias a la impresora 3D, el tiempo de creación de la antena se redujo a tres semanas.

Proyecto en detalle

Componentes del motor de turbina de gas



Modelo de cera 3D y producto terminado.

Empresa estadounidense Turbine Technologies, Ltd. desarrolló una modificación de motores de combustión interna en los que se instalan turbinas de alta presión. La compañía ha comprado la impresora 3D 3D Systems ProJet MJP 3600W para la impresión 3D de modelos de cera y recibe el molde terminado dentro de 3-4 días. Los modelos de cera ahora están hechos directamente de modelos CAD en 3D, y la fundición de Turbine Technologies fabrica componentes prototipo de motor de turbina de gas con mayor precisión y menor costo.

Más ejemplos prácticos del uso de la impresión 3D en el casting de inversión

Componentes y componentes para la industria aeronáutica.



La impresión 3D con fotopolímeros con tecnología QuickCast ahorra tiempo y dinero, ya que elimina la necesidad de equipos costosos

Vaupell desarrolla soluciones de fabricación para fundiciones que cumplen con los pedidos de las industrias aeroespacial y de defensa. Gracias a la impresora 3D estereolitográfica 3D Systems ProX 800, la compañía pudo aumentar radicalmente la eficiencia de producción. La impresora tiene un modo de impresión especial con fotopolímero: QuickCast , que reproduce la carcasa externa de paredes delgadas de la pieza, y los huecos dentro de la pieza se rellenan con una estructura de malla. Los modelos QuickCast reemplazan los modelos tradicionales de fundición y no requieren equipos costosos. Por lo tanto, la compañía redujo el costo de los modelos de fundición en un 95%.

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Controlar la geometría de la carcasa de la bomba.



Mapa de desviación de geometría de revestimiento

IQB Technologies completó un proyecto que incluyó un escaneo 3D de la carcasa de la bomba después del mecanizado y un escaneo 3D separado de la carcasa con revestimiento para controlar el espesor del revestimiento. En la primera etapa, el producto se digitalizó con un escáner 3D portátil Creaform HandySCAN 700, y luego se obtuvo un modelo 3D de alta carcasa de la bomba. Luego, los expertos realizaron un control de las desviaciones de geometría en el software Geomagic Control X. Las desviaciones identificadas en la superficie del recubrimiento crean una presión adicional sobre la carcasa, por lo tanto, reducen su vida útil. El proyecto se completó en solo 4 horas.

Más ejemplos prácticos de control de calidad con un escáner 3D

Ingeniería inversa del impulsor de turbina hidráulica



Escaneo 3D de una rueda de turbina para ingeniería inversa posterior

Dependable Industries (un fabricante de modelos y herramientas de fundición de Vancouver) contactó al empresario Matthew Percival de 3D Rev Eng para ayudarlo en la ingeniería inversa de la fundición del impulsor de una turbina hidráulica de eje radial. El programa de ingeniería inversa Geomagic Design X le permite crear modelos con formas complejas en unas pocas horas que tomarían varias semanas para hacer usando tecnologías tradicionales. Gracias a Geomagic Design X, el tiempo de ingeniería inversa se redujo en un 50% y los costos de fabricación se redujeron en un 48%.

Proyecto en detalle

Conclusión

La tecnología 3D tiene algunas limitaciones. Este es el alto costo de los equipos y materiales, el conocimiento insuficiente, la falta de especialistas y las dificultades para integrarse en las cadenas tecnológicas tradicionales. Los métodos aditivos actuales no pueden suplantar o reemplazar las tecnologías clásicas, pero demuestran los beneficios económicos de la creación de prototipos y la producción a pequeña escala y se convierten en la única solución posible en la fabricación de piezas pequeñas complejas. En última instancia, el uso de tecnologías de impresión, escaneo y modelado tridimensionales permite llevar nuevos productos al mercado más rápido y, por lo tanto, aumenta la competitividad de las empresas de ingeniería.