“La fundición de uretano, o a veces la fundición al vacío, es un proceso de fundición de bajo volumen ampliamente favorecido por su adaptabilidad. Su uso es vital en todo, desde dispositivos médicos hasta componentes interiores de automóviles y aviones”.
El proceso de fundición al vacío implica dar forma a varias resinas sin aire, incluidos uretano, epoxi o silicona, hasta darles la forma deseada. Una bomba o mecanismo similar elimina todo el aire del molde o matriz durante el proceso. Típicamente, fundición al vacío se utiliza para resinas de uretano, por eso también se le conoce como fundición de uretano. Ofrece numerosas ventajas sobre los métodos de fabricación tradicionales, incluidos costos más bajos, tiempos de producción más rápidos y la capacidad de producir piezas complejas con detalles intrincados.
Este artículo analiza exhaustivamente la proceso de fundición al vacío o uretano, otros materiales, ventajas y aplicaciones.
Fundición al vacío y fundición de uretano: ¿son lo mismo?
Entendámoslo de esta manera: todos los procesos de fundición de uretano se realizan en condiciones de vacío, pero no todos. formación de vacío Los procesos incluyen el moldeo con uretano. Si bien el moldeo con uretano utiliza moldes de silicona y resinas de poliuretano líquido, el termoformado al vacío generalmente da forma a láminas de plástico calentadas sobre un molde mediante presión de vacío. Sin embargo, la mayoría de los proyectos de moldeo al vacío utilizan uretano para formar piezas resistentes con una mínima retención de aire, lo que reduce al mínimo defectos como burbujas y huecos.
Además, la fundición al vacío de uretano puede producir estructuras de espuma utilizando formulaciones de uretano específicas que se expanden hasta formar espuma, creando componentes livianos y duraderos.
Los fundamentos de la fundición al vacío
Mecanismo de fundición al vacío
La fundición al vacío está diseñada para producir piezas de alta precisión y alta calidad en cantidades pequeñas y medianas. Este proceso se utiliza ampliamente en diversas industrias, incluidas la automotriz, la médica y la electrónica de consumo, debido a su capacidad para producir piezas con detalles intrincados, geometrías complejas y acabados superficiales superiores.
Mecanismo de fundición al vacío.
El mecanismo de fundición al vacío implica varios procesos y etapas interconectados. Cada paso, desde la preparación del modelo maestro hasta el desmolde de la pieza final, desempeña un papel fundamental para garantizar el éxito del proceso general. Profundicemos en cada etapa del mecanismo de fundición al vacío.
1. Creación del modelo maestro
El primer paso en el proceso de fundición al vacío es crear un modelo o patrón maestro. Este modelo maestro normalmente se produce utilizando métodos de fabricación aditiva como la estereolitografía (SLA) o la sinterización selectiva por láser (SLS). Debe hacerse con alta precisión y un acabado superficial liso, ya que se utilizará para crear el molde de silicona.
2. Fabricación de moldes
Luego, el modelo maestro se utiliza para crear un molde de silicona. El modelo se coloca en una caja de molde y sobre él se vierte goma de silicona líquida. Una vez que la goma de silicona cubre el modelo maestro, la caja del molde se coloca en una cámara de vacío para eliminar las burbujas de aire de la silicona. Después del curado, se abre el molde de silicona y se retira el modelo maestro, dejando una cavidad que corresponde a la forma del modelo maestro.
3. Fundición
El molde de silicona estará entonces listo para su fundición. El molde se coloca en la máquina de fundición al vacío y el material de fundición, normalmente una resina de poliuretano de dos componentes, se mezcla y se desgasifica. Luego, la cavidad del molde se llena con el material de fundición al vacío para garantizar que el material llene todos los detalles del molde y que no queden burbujas de aire en la pieza final. Dependiendo del material utilizado, se cierra el molde y el material de fundición puede endurecerse a temperatura ambiente o en un horno de curado.
4. Desmoldeo y Acabado
Una vez que el material de fundición se ha curado, se abre el molde y se retira la pieza fundida. El molde de silicona se puede reutilizar para producir múltiples copias de la pieza. Las piezas fundidas pueden requerir algún procesamiento posterior, como recortar el exceso de material, lijar, pintar u otros tratamientos superficiales, para lograr el acabado deseado.
Fundición de uretano: ¿cómo funciona?
El material líquido de uretano se vierte en un molde de silicona y se cura en un horno calentado, que desmolda o retira ligeramente el producto o la pieza al solidificarse.
Moldura de uretano
El proceso de fundición de uretano se limita a volúmenes bajos, ya que los moldes de silicio tienen un ciclo de duración más corto y solo pueden moldear alrededor de 20 piezas en un ciclo de producción. Después de este límite, los diseñadores deben deshacerse del molde de silicona blanda. Sin embargo, las piezas producidas presentan un acabado superficial excepcional y una mayor resistencia, moldeadas a partir de fundición de poliuretano en comparación con el proceso de moldeo por inyección. Por lo general, los fabricantes confían en la fundición de uretano para crear piezas con tolerancias más estrictas de hasta +/- 005 ″. Además, se presume que el proceso es un puente entre los procesos de impresión 3D y moldeo por inyección. El plazo de entrega del producto en la fundición de uretano oscila entre unos pocos días y una semana; las investigaciones muestran que suele ser entre 3 y 4 semanas.
En general, los patrones maestros para los moldes utilizados para el proceso de moldeo de uretano se diseñan mediante mecanizado CNC rápido y efectivo y técnicas de impresión 3D como estereolitografía, modelado por deposición fundida, sinterización láser selectiva y chorros de polietileno. Este patrón maestro está incrustado en un recipiente de molde de silicona relleno de uretano para hacer un molde negativo. Luego, después de aplicar la presión, el vacío y la temperatura óptimos de alrededor de 40 grados Celsius, el producto adquiere la forma deseada del molde, que luego se solidifica y la pieza se expulsa para su posprocesamiento. A veces se necesitan inserciones de metal para piezas que requieren tolerancias más estrictas y patrones de paredes delgadas.
¿Cuáles son los materiales de fundición al vacío?
Cámara de colada al vacío
La selección de materiales es un aspecto crítico del proceso de fundición al vacío. Influye no solo en las propiedades de la pieza final, sino también en la calidad y el éxito del proceso de fundición. El rendimiento del proceso también depende de la calidad de las herramientas de silicona, por lo que es fundamental contar con personal experimentado. fabricantes de moldes de silicona Desempeñan un papel importante en la obtención de piezas fundidas precisas y uniformes. A continuación, analizamos los materiales más utilizados en la fundición al vacío.
- Resinas rígidas transparentes de poliuretano (PU)
Generalmente, la resina de fundición de uretano es compatible con dos resinas de fundición de uretano termoestables: poliuretano elastomérico y poliuretano transparente rígido. Las resinas rígidas de PU ofrecen un acabado brillante y mate de primera calidad. Además, las piezas fundidas a través de estos termoestables proporcionan una durabilidad y longevidad excepcionales.
Tabla: Aspectos técnicos del poliuretano rígido.
| Tipo De Material | Rigidez | Detalle técnico | Propiedades |
| Poliuretano rígido-transparente | Shore D 80 | Poly-Optic 1410 o equivalente | Alta transparencia, brillo, resina transparente. |
2. Poliuretano elastomérico
Los termoestables de poliuretano elastoméricos comparten características con los cauchos y a menudo se caracterizan por el grupo de materiales de fundición de uretano Shore A. Ofrecen un alto porcentaje de elongación a la rotura, flexibilidad y resistencia al impacto. Los ejemplos incluyen conectores de cables, sobremoldes, botones, empuñaduras protectoras y kits de alta resistencia para sectores de defensa.
Tabla: Aspectos técnicos del poliuretano elastomérico
| Tipo De Material | Rigidez | Detalle técnico | Propiedades |
| Poliuretano elastomérico | Orilla A 25-95 | F-130 a F-190 o equivalente | Rotura de alta elongación y flexibilidad. |
3. Goma de silicona
El caucho de silicona es otra opción de material popular para la fundición al vacío. Es conocido por su excelente flexibilidad y resistencia química y a la temperatura. Estas propiedades lo hacen ideal para producir piezas blandas y flexibles, como sellos, juntas y sobremoldes. El caucho de silicona también se usa comúnmente para producir moldes para fundición al vacío, ya que puede replicar con precisión la textura de la superficie del modelo maestro y producir piezas con alta calidad superficial.
4. Resina epoxica
Las resinas epoxi se caracterizan por sus excelentes propiedades mecánicas, resistencia química y resistencia a altas temperaturas. Estas propiedades los hacen adecuados para producir piezas que requieren alta resistencia y rigidez. Por ejemplo, las resinas epoxi se utilizan a menudo para producir componentes y piezas estructurales que estarán expuestas a entornos hostiles.
5. Cera
La cera es un material especializado que se utiliza en la fundición al vacío para producir patrones de fundición a la cera perdida. Los patrones de cera se utilizan para crear moldes de cerámica para fundición de metales. La cera se derrite del molde antes de verter el metal, de ahí el término fundición a "cera perdida". Este proceso permite producir piezas metálicas con geometrías complejas y alta calidad superficial.
Es importante señalar que las propiedades de la pieza final dependen no sólo del material seleccionado sino también de los parámetros de procesamiento utilizados durante el proceso de fundición. Factores como la temperatura y presión del proceso de fundición, el tiempo de curado del material y el diseño del molde impactan las propiedades de la pieza final. Por tanto, optimizar el proceso de fundición para cada material y aplicación es fundamental para producir piezas con las propiedades deseadas.
Factores a considerar para el diseño de moldes de fundición al vacío o de uretano
El diseño del molde es un aspecto crucial del proceso de fundición, ya que afecta directamente a la calidad de las piezas fundidas finales. Un molde bien diseñado garantiza que las piezas tengan un acabado superficial liso, dimensiones precisas y detalles intrincados. A continuación se presentan algunas consideraciones esenciales para el diseño de moldes en fundición al vacío:
1. Creación de patrón o modelo maestro
Debe realizarse con alta precisión y un acabado superficial liso para evitar transferir defectos al molde de silicona y a las piezas fundidas. Comúnmente fabricado mediante estereolitografía (SLA) o sinterización selectiva por láser (SLS).
2. Material del molde
El caucho de silicona se usa comúnmente por su alta flexibilidad, resistencia química y resistencia a la temperatura. Es adecuado para fundir una amplia gama de materiales y puede reutilizarse para producir múltiples copias de la pieza.
3. Cavidad del molde
El espacio hueco en el molde corresponde a la forma de la pieza final. Debe diseñarse cuidadosamente para asegurar un llenado completo y sin burbujas de aire. Considere el flujo del material de fundición y diseñe la cavidad con esquinas suaves y redondeadas.
4. Línea de partición
La línea a lo largo de la cual el molde se divide en dos mitades. Debe ubicarse cuidadosamente para facilitar la elaboración y desmolde del molde y minimizar su apariencia en la pieza final. Lo ideal es que se realice a lo largo de superficies planas o ligeramente curvadas.
5. Puertas y respiraderos
Las compuertas son canales para que el material de fundición ingrese a la cavidad del molde y los respiraderos son canales para la expulsión de aire durante la fundición. Se debe optimizar su tamaño y ubicación para facilitar el flujo de material y la expulsión de aire.
6. Consideración de la contracción
El material de fundición normalmente se encoge a medida que cura. Para compensar esta contracción, la cavidad del molde debe ser ligeramente más grande que la pieza final.
7. Desmoldeante
Se debe aplicar un agente desmoldante a la superficie del molde antes de la fundición para facilitar el desmoldeo y prolongar la vida útil del molde.
8. Soporte de molde
El molde debe estar adecuadamente apoyado durante la fundición para conservar su forma y evitar deformaciones bajo el peso del material de fundición.
9.Tolerancias
En el diseño del molde se deben considerar las tolerancias del modelo maestro, el molde y el material de fundición para garantizar que la pieza final cumpla con las especificaciones deseadas..
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¿Cuáles son las ventajas de la fundición al vacío?
La fundición al vacío ofrece muchas ventajas, lo que la convierte en una opción ideal para la creación de prototipos y la producción de bajo volumen. Éstos son algunos de los beneficios clave de este método:
- Acabado de superficie de alta calidad
Una de las ventajas importantes de la fundición al vacío es el acabado superficial de alta calidad de las piezas. El uso de un molde de silicona permite replicar con precisión la textura de la superficie del modelo maestro, lo que da como resultado piezas con un acabado superficial suave y detallado. Esto elimina la necesidad de pasos de posprocesamiento como lijado y pulido, lo que reduce el tiempo y el costo de producción.
- Plazo de Entrega Rápida
La fundición al vacío es un proceso relativamente rápido, especialmente en comparación con otros métodos de fabricación como el moldeo por inyección o el mecanizado CNC. Los moldes de silicona se pueden producir rápidamente y se pueden fundir varias piezas a partir de un solo molde. Esto hace posible producir pequeñas cantidades de piezas en un corto período de tiempo, lo que hace que la fundición al vacío sea una opción ideal para la creación de prototipos y la producción de bajo volumen.
- Rentable para pequeñas cantidades
El costo de producir un molde de silicona para fundición al vacío es relativamente bajo en comparación con la producción de moldes de metal o plástico duro para otros métodos de fabricación. Además, se puede utilizar el mismo molde para producir múltiples copias de la pieza, lo que reduce el costo por pieza. Esto hace que la fundición al vacío sea una opción rentable para producir pequeñas cantidades de piezas.
- Capacidad para producir geometrías complejas
La fundición al vacío permite producir piezas con geometrías complejas y detalles intrincados. El material de fundición líquido puede rellenar detalles intrincados en la cavidad del molde, produciendo piezas con formas complejas y características delicadas. Esto hace que la fundición al vacío sea adecuada para producir piezas con socavados, paredes delgadas y detalles intrincados.
- Versatilidad en Material
Se pueden utilizar varios materiales en el proceso de fundición al vacío, desde caucho blando y flexible hasta plástico duro y rígido. Esta versatilidad del material permite producir piezas con diversas propiedades y características, lo que hace que la fundición al vacío sea adecuada para una amplia gama de aplicaciones.
- Piezas precisas y consistentes
El proceso de fundición al vacío produce piezas con alta precisión dimensional y consistencia. El uso de una aspiradora ayuda a eliminar las burbujas de aire del material de fundición, lo que da como resultado piezas con densidad uniforme y propiedades mecánicas constantes. Esto hace que la fundición al vacío sea adecuada para producir prototipos funcionales y piezas para aplicaciones de uso final.
- Capacidad para producir piezas sobremoldeadas
La fundición al vacío permite la producción de piezas sobremoldeadas, donde una pieza de plástico rígido se sobremoldea con un material de caucho blando. Esto es útil para producir piezas con superficies, sellos y juntas suaves al tacto. El proceso implica fundir la pieza de plástico rígido, colocarla en un segundo molde y verter el material de caucho blando sobre ella.
Aplicaciones de la fundición al vacío
Piezas fundidas al vacío
La fundición al vacío es un proceso de fabricación versátil que se utiliza en una amplia gama de industrias y aplicaciones. Estas son algunas de las aplicaciones comunes de la fundición al vacío:
Tabla: Aplicaciones de fundición al vacío
| Aplicación | Mareas Ideales para Lecciones | Beneficios |
|---|---|---|
| prototipado | Se utiliza para producir prototipos funcionales con gran detalle y acabado superficial suave. | Ideal para producir prototipos que se asemejen a productos finales y permitir pruebas y validación. |
| Producción de bajo volumen | Adecuado para la producción de piezas de bajo volumen debido al costo relativamente bajo de los moldes de silicona y su reutilización. . | Opción rentable para producir pequeñas cantidades de piezas. |
| Piezas sobremoldeadas | Se utiliza para producir piezas sobremoldeadas en las que una pieza de plástico rígido se sobremoldea con un material de caucho blando. | Como piezas con superficies, sellos y juntas suaves al tacto. |
| Dispositivos médicos | Se utiliza en la producción de dispositivos y componentes médicos con alto detalle, precisión y materiales de calidad médica. | Adecuado para producir dispositivos médicos con geometrías complejas y tolerancias estrictas.. |
| Componentes automotrices | Se utiliza para producir piezas de molduras interiores, tableros y componentes funcionales con gran detalle y acabado suave. | Adecuado para producir componentes estéticos y funcionales. |
| Productos de consumo | Productos de consumo como dispositivos electrónicos, electrodomésticos y artículos deportivos. | Adecuado para producir componentes estéticos y funcionales. |
| Componentes aeroespaciales | Se utiliza para producir piezas de molduras interiores, componentes funcionales y prototipos con gran detalle y precisión. | Piezas con tolerancias estrictas y que deben soportar entornos hostiles. |
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Ejemplos de aplicaciones de fundición de uretano
La fundición de poliuretano tiene diversas aplicaciones en las industrias manufactureras, como piezas médicas, carcasas y recintos, equipos deportivos y prototipos funcionales para los sectores automotriz y aeroespacial.
Industria médica:
Tubería médica de poliuretano
La fundición de uretano utiliza principalmente plásticos de grado médico para formar dispositivos no tóxicos para la seguridad de los pacientes. Estos productos cumplen con estrictos estándares de seguridad y cumplen con los estándares de control de calidad seguros para los alimentos utilizando materiales biocompatibles de calidad alimentaria. Algunos ejemplos incluyen jeringas desechables y recintos de catéteres implantables.
Equipos estructurales
La fundición de poliuretano suele ser practicable para fabricar equipos de soporte livianos, incluidas ruedas de vehículos, mancuernas de gimnasio, componentes submarinos y acolchado para cascos.
Desarrollo rápido de prototipos
La fundición de uretano es un método rápido de creación de prototipos que se considera apropiado para crear prototipos funcionales, modelos de prueba de concepto, prototipos de prueba y diseños de ingeniería mecánica. Además, el moldeado de uretano ayuda a fabricar piezas con longitudes de hasta 30 pulgadas.
Volúmenes de producción a pequeña escala
El moldeo de uretano es una opción popular para producir piezas en unidades pequeñas de hasta 20 a 50 disparos porque el silicio del molde debe desecharse ocasionalmente después de cada unidad. Por lo tanto, su empleo en grandes volúmenes de impresiones supone un gasto mayor para la economía de escala general.
Cerramientos y equipos de vivienda
La fundición de poliuretano se utiliza mucho para fabricar recintos para diversas industrias. Su papel está muy extendido, desde la electrónica de consumo hasta los dispositivos médicos. Además, la fundición de uretano se puede combinar con el proceso de sobremoldeo para crear componentes eléctricos altamente esterilizados revestidos con carcasas de goma para proteger la superficie y mejorar la longevidad.
Fundición de uretano vs. Impresión 3d
Las técnicas de moldeo de uretano e impresión 3D están muy extendidas en las industrias manufactureras debido a su capacidad para producir piezas complejas. Sin embargo, la impresión 3D es un proceso versátil. Se adapta a varias piezas fabricadas a partir de una gama más amplia de opciones de materiales. Además de la complejidad de las piezas, ayuda a crear prototipos funcionales más finos y detallados utilizando estereolitografía y técnicas de deposición fundida.
Por otro lado, la fundición de uretano también ayuda a producir patrones maestros de impresión 3D. Aunque el nivel de precisión es ligeramente mínimo para la impresión 3D, puede resultar más beneficioso para aplicaciones que requieren varias copias de los mismos productos. Además, la impresión 3D se limita a unas pocas variantes de color, mientras que la fundición al vacío o el moldeo de uretano permiten la adición de pigmentos y color durante la operación.
Fundición de uretano vs. Moldeo por inyección
Al comparar Fundición al vacío vs. moldeo por inyección, Una de las principales diferencias radica en el material del molde. El moldeo por inyección suele utilizar moldes de acero o carburo, que son costosos, mientras que la fundición de uretano utiliza moldes de silicona, más económicos y rápidos de producir.
Además, el moldeo por inyección beneficia notablemente a las producciones de gran volumen de piezas que requieren alta resistencia. Mientras tanto, el moldeado de uretano es económico para lotes de pequeña escala que producen piezas.
Fundición de uretano vs. Mecanizado CNC
El mecanizado CNC tiene múltiples beneficios sobre el proceso de fundición de uretano. Es más versátil y ofrece diversos materiales, desde termoplásticos de ingeniería hasta metales, compuestos y elastómeros de alta resistencia. Esto lo hace exacto y preciso para fabricar piezas y prototipos de dimensiones reducidas. Por el contrario, la fundición de uretano se limita a unos pocos materiales. Además, la fabricación de piezas mecanizadas por CNC implica costos adicionales en el presupuesto, mientras que la fundición de uretano es una técnica más rápida y asequible, desde la configuración de prototipos hasta piezas producidas en masa.
Además, el moldeado de uretano es un proceso sencillo ya que generalmente no requiere herramientas para el desarrollo del producto. El mecanizado CNC es más complicado ya que a veces es necesario tornear, perforar, fresar y enrutar las piezas para las aplicaciones de uso previstas, lo que genera costos adicionales en el proyecto.
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Conclusión
La fundición de uretano o la fundición al vacío se ha convertido en un método eficiente y asequible para iniciar proyectos de pequeña escala. Los costos iniciales por pieza son relativamente pequeños en comparación con las técnicas tradicionales de mecanizado y moldeo. Además, ayuda a crear piezas o productos que poseen alta estabilidad dimensional, mate, brillo y la capacidad de resistir productos químicos y aceites de base alifática. Además, es flexible desde un durómetro Shore bajo (dureza/rigidez 20) hasta varios materiales con dureza de durómetro 100.
Sin embargo, algunas desventajas limitan su uso en términos de capacidad de cambio de molde y producción a corto plazo. A pesar de esto, la fundición de uretano se emplea inmensamente para diversos desarrollos de tipificación rápida y ha ganado importancia en varias industrias, desde la fabricación médica hasta la fabricación de repuestos para automóviles.
Preguntas Frecuentes
P1. ¿Qué es la fundición al vacío?
La fundición al vacío es un método utilizado para crear piezas de alta precisión y alta calidad en diversos materiales. El proceso implica crear un molde de silicona alrededor de un patrón maestro, verter el material de fundición en el molde y luego curar el material en una cámara de vacío para eliminar las burbujas de aire.
P2. ¿Qué materiales se pueden utilizar en la fundición al vacío?
Las resinas de poliuretano, el caucho de silicona y las resinas epoxi son materiales comúnmente utilizados en la fundición al vacío.
P3. ¿Cuál es la tasa de contracción en el proceso de fundición de uretano?
Al pasar de resinas líquidas a sólidas, la tasa de contracción de la fundición de uretano durante la creación del molde suele ser de alrededor del 0.15%.
P4. ¿Qué opciones de acabado de superficies puede proporcionar la resina de fundición de uretano?
Estas resinas suelen ofrecer una moldeabilidad excepcional y opciones integrales de acabado de superficies, que incluyen esmerilado/mate, transparencia cristalina, tonos de brillo medio a alto y superficies texturizadas de colores.
P5. ¿Es plástico poliuretano o no?
En general, los materiales termoestables no se consideran plásticos. En cambio, los polímeros de cadena larga producen poliuretanos termoestables, que son resinas elastoméricas sintéticas en lugar de resinas plásticas. Un termoestable es un compuesto orgánico hecho de enlaces carbamato.
P6. ¿Es costosa la resina de fundición de uretano o uretano?
Los criterios de cálculo de costos de la fundición de uretano generalmente dependen del volumen de las piezas, la complejidad del diseño, etc. Por lo general, cuesta entre unos cientos y miles de dólares de un lugar a otro.
P7. ¿Cuáles son las aplicaciones de la fundición al vacío?
La fundición al vacío se utiliza comúnmente para la creación rápida de prototipos, dispositivos médicos, componentes automotrices y electrónica de consumo..