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Si alguna vez ha visto piezas o equipos fabricados a gran escala, es probable que se haya preguntado cómo se fabrican todas esas piezas y cuánto tiempo lleva. La tecnología estándar es la fundición a presión, un proceso en el que se vierte metal líquido en un molde para crear la pieza deseada. Aunque es muy útil y rentable, están surgiendo nuevas tecnologías para avanzar aún más en este campo de la metalurgia: Fundición a presión integrada.
¿Qué es la fundición inyectada integrada?
La fundición a presión integrada (IDC) es un proceso en el que se inyecta metal líquido en un molde para crear una forma específica, pero, una vez que el metal se ha enfriado, se le da forma de componente entero, en lugar de tener que soldarlo o fabricarlo posteriormente (como ocurre con la fundición a presión tradicional).
Este nuevo proceso es empezando a introducirse comercialmentey tiene muchas ventajas. Dado que esta tecnología es tan nueva, examinaremos el desarrollo, el proceso (incluidos los materiales utilizados), los beneficios y, por último, el proceso de aplicación en la industria de este nuevo proceso.
El desarrollo de la fundición inyectada integrada
En cierto modo, rastrear el desarrollo del IDC significa seguir los pasos de la propia fundición a presión. El proceso de fundición a presión se remonta al siglo XIX y fue una tecnología vital durante la era de la imprenta. A mediados del siglo XVIII, se crearon la máquina de fundición a presión manual y la máquina de linotipia para acelerar aún más el proceso de publicación mediante letras metálicas. Pero la cosa no quedó ahí.
Nuevos procesos y nuevos materiales
Tradicionalmente, ambos el estaño y el plomo eran los materiales habituales utilizados en el proceso de fundición a presión, pero a finales del siglo XIX, tanto el aluminio como el zinc se convirtieron en nuevos materiales a utilizar (y preferidos) en la industria de la fundición a presión. Esto se debió principalmente a dos factores. Uno, estos metales eran más seguros que el plomo y el estaño para quienes los manipulaban. En segundo lugar, ambos materiales eran más resistentes que sus predecesores, lo que permitía creaciones más fuertes y nuevas aplicaciones.
Actualidad
En la década de 1930 se introdujeron la mayoría de los metales y aleaciones que utilizamos en el proceso de fundición a presión, como el cobre y el magnesio. Además, el proceso de fundición propiamente dicho se inició inicialmente sólo con sistemas de baja presión, pero con el aumento de la nueva tecnología (y el uso de nuevas aleaciones) los sistemas de inyección de alta presión se convirtieron en la nueva norma.
Materiales comunes utilizados en IDC
Como se ha indicado anteriormente, se han utilizado muchos metales diferentes para el proceso de fundición a presión, pero en la actualidad los metales más utilizados son el aluminio, el zinc y el magnesio., pero también se utilizan el cobre y el latón. Repasemos las distintas propiedades de estos metales y cómo se utilizan en la industria.
Aluminio
Debido a su baja masa, el aluminio es un gran material con el que trabajar, dado que no disminuye la resistencia de la pieza que se está creando, a costa de añadir más peso. En general, las piezas de aluminio pueden soportar temperaturas más elevadas, por lo que tienen algo más de opciones de acabado que otros materiales. Además, el aluminio es un metal bastante fácil de fundir dadas sus propiedades, y es una gran opción si busca un metal resistente a la corrosión, especialmente cuando se combina con zinc como aleación. Aunque el aluminio tiene muchas ventajas, es importante recordar que el aluminio y otras aleaciones con base de aluminio tienen un precio un poco más elevado que otros productos.
Debido a los méritos mencionados, el aluminio se utiliza habitualmente en el campo de la tecnología. Esto se debe a que es un material muy propicio, tanto para usos eléctricos como térmicos.
Zinc
Una de las mayores ventajas del zinc es que tiene un punto de fusión bajo (787,15 F), lo que significa que se necesita mucha menos energía para fundirlo en comparación con otros metales. Utilizar menos energía para preparar el metal para la fundición significa que no sólo tiene menos gastos generales, sino que también está utilizando un metal que tiene una vida útil del molde más larga que otros metales. Además, el zinc es un metal excelente para personalizar. Se puede pintar o chapar fácilmente y ofrece una superficie muy lisa sobre la que trabajar, lo que permite más opciones a la hora de acabar el producto. Además, el zinc tiene propiedades anticorrosivas y una alta conductividad térmica.
En términos de uso, debido a su elevada vida útil gracias a su bajo punto de fusión, el zinc es uno de los materiales favoritos para la fundición de diversos suministros médicos, como piezas para tensiómetros.
Cobre/latón
Aunque no son tan comunes como los otros metales mencionados, tanto el cobre como el latón son materiales valiosos para el proceso de fundición a presión. El cobre ofrece muchas ventajas como metal de fundición a presión, como altos niveles de dureza, buena resistencia a la corrosión, gran estabilidad dimensional y muy alta conductividad. Por otro lado, el latón también tiene propiedades muy similares a las del cobre, pero con la ventaja añadida de que se puede pulir o chapar fácilmente, además de tener una resistencia a altas temperaturas. Además, el latón se mezcla fácilmente con otros metales o aleaciones durante el proceso de fundición, para que el producto final cumpla el mayor número posible de especificaciones.
Como el cobre es altamente conductor, su principal aplicación en la industria es la creación de líneas eléctricas y cableado doméstico. Además, el cobre es un material excelente para fabricar disipadores de calor para ordenadores y diversos módulos de baterías.
En cuanto a la aplicación de los productos de latón, los usos más comunes son la creación de racores, piezas o componentes de bombas de agua y diversas piezas de grifería. Como curiosidad, dado que el latón puede pulirse fácilmente, las piezas creadas pueden tener un valor estético mucho mayor que otros metales, lo que añade más valor al producto final.
Magnesio
Como metal utilizado en la fundición a presión, el magnesio ofrece muchas ventajas. En primer lugar, es el metal más ligero utilizado en la industria, lo que lo convierte en el metal con la mejor relación resistencia-peso. En segundo lugar, muchas aleaciones de magnesio tienen una excelente fluidez y una mayor capacidad de fundición cuando se aplican sobre otros metales como el cobre y el aluminio. Por último, como el magnesio tiene una gran tolerancia a la porosidad del hidrógeno (un defecto que puede producirse durante el proceso de fundición en el que se crean huecos en la pieza fundida debido a la presencia de altos niveles de gas hidrógeno), es un material excelente para garantizar que las distintas piezas de troquelado que cree sean resistentes durante un largo período de tiempo.
Dada su capacidad para proteger contra las interferencias de radiofrecuencia (RFI) y las interferencias electromagnéticas (EMI), el magnesio es una gran elección cuando se trata de elegir un metal para equipos médicos y de laboratorio, ya que no se ve afectado por diversos tipos de interferencias.
El proceso integrado de fundición a presión
Antes de examinar cada paso del proceso de fundición a presión, es importante aclarar dos tipos diferentes de fundición: de cámara caliente y de cámara fría. En la fundición en cámara caliente, una vez que el metal o la aleación están suficientemente fundidos, se inyectan inmediatamente en la matriz (el molde utilizado para crear la pieza deseada) mediante un sistema hidráulico. Por otro lado, la fundición en cámara fría consiste en introducir el material fundido en una cámara fría antes de inyectarlo. Aunque existen algunas diferencias entre ambos procedimientos, implican el mismo proceso de inyección pero a temperaturas diferentes.
Una vez definidos los principales tipos de fundición industrial, echemos un vistazo al proceso general de fundición. Tenga en cuenta que estos pasos pueden variar en función del método de fundición que decida utilizar.
Paso 1: Preparación de la matriz (molde)
Para crear el producto deseado, se lubrica la matriz o el molde con un tipo de spray antiadherente. Esto permite que la pieza se libere con facilidad en lugar de que pueda pegarse en la matriz. El molde puede tener una o más cavidades, y esto depende del carácter de los productos finales. Si se fija el coste de una inyección, cuantas más cavidades haya, más bajos serán los costes medios de los productos finales.
Paso 2: Sujeción
En esta fase, las dos mitades de la matriz se comprimen entre sí mediante una máquina que determina la cantidad de fuerza necesaria que debe emplearse. Estas dos mitades se fijan en la máquina de fundición a presión durante este proceso.
Paso 3: Inyección y refrigeración
El metal fundido se inyecta en la matriz mediante una bomba hidráulica, a una presión determinada, para no dañar el producto. Una vez llena la matriz, se enfría a una temperatura determinada para prepararla para la expulsión. Una vez que el producto se ha enfriado lo suficiente, el metal solidificado tendrá una forma similar (si no idéntica) a la de la matriz utilizada.
Paso 4: Expulsión del producto
Se suelta el molde y se separan las dos mitades. A continuación, un mecanismo de expulsión empuja el molde con cuidado. Este proceso debe supervisarse minuciosamente para garantizar que el producto no resulte dañado.
Paso 5: Recorte y acabado
En la etapa final, el exceso de metal de la matriz se recorta y el producto final es recortado y acabado para garantizar una calidad muy alta. Tras un tratamiento especial de la superficie, como revestimiento en polvo, revestimiento plástico, oxidación, pulido, chapado, etc., la pieza deseada está lista para su uso.
Llegados a este punto, es posible que se pregunte: "¿en qué se diferencia la fundición inyectada integrada del proceso de fundición estándar?". Es una buena pregunta. En pocas palabras, el proceso IDC implica la creación de una pieza grande y única, mientras que el proceso estándar habría creado múltiples piezas que habrían tenido que soldarse o fabricarse juntas. Veamos ahora las ventajas de este proceso.
¿Cuáles son los beneficios?
Una de las principales ventajas de utilizar IDC es la reducción de los costes de fabricación al disminuir el número de piezas que hay que fabricar por separado, así como los distintos pasos para unirlas y formar el producto deseado.
Un segundo punto es la reducción de las emisiones de C02 y el aumento de la productividad energética en al menos 50%, como se señala en un estudio del Departamento de Energía de EE.UU.. Esto se debe principalmente a que el IDC puede sustituir al método tradicional de varias piezas creando un producto singular y resistente que no necesita ser soldado ni estampado.
Por ejemplo, Tesla adoptó esta tecnología para la fabricación del bastidor trasero de su vehículo Modelo Y. Originalmente se estampaba y soldaba con 70 piezas diferentes, lo que llevaba entre una y dos horas. Utilizando el método IDC, este proceso ahora sólo lleva un total de 45 minutos, y 300 robots menos para completar el procedimiento. ¡Menuda reducción de costes!
¿Dónde se utiliza el IDC?
Hasta ahora, la principal aplicación de la tecnología de fundición inyectada integrada ha sido la industria del automóvil. Los principales fabricantes de automóviles, como Tesla y NIO han utilizado este proceso para crear componentes más ligeros y resistentes para sus vehículos, sobre todo con sus subchasis y otros componentes. El uso de esta tecnología en la industria del automóvil es muy diferente del procedimiento tradicional de estampación y soldadura, y ha aportado muchas ventajas, como las mencionadas anteriormente, y muchas más en el futuro.
La tecnología de fundición inyectada integrada es un procedimiento que puede revolucionar la industria automovilística, así como muchos otros sectores. Merece la pena seguirlo de cerca.
