Aplicación de la Fabricación Aditiva Metálica en distintos

Aplicación de la Fabricación Aditiva Metálica en distintos

Aplicación de la Fabricación
Aditiva Metálica en distintos
sectores industriales
Iñigo Bereterbide
Product Manager AMPD
Renishaw Ibérica, S.A.U.
Acerca de Renishaw
Líder mundial en metrología
Empresa listada en el índice bursátil FTSE 250 con la casa matriz en el
Reino Unido
Mejorando el rendimiento operativo
Transformación de las eficiencias productivas y mejora de la calidad del
producto
Maximización de las capacidades de investigación
Mejora de los procedimientos médicos y los resultados para el paciente
Nuestra misión
Proporcionar tecnología de vanguardia fomentando que la innovación
aborde las necesidades de nuestros clientes.
Diseñar, fabricar y suministrar sistemas de metrología de la más
elevada calidad y fiabilidad, permitiendo la medición dimensional según
normas trazables.
Buscar la satisfacción total del cliente a través de un servicio superior.
El carácter distintivo de Renishaw
“Renishaw cree fundamentalmente
que el éxito llega de la mano de
productos y procesos patentados e
innovadores, una fabricación de muy
alta calidad y la capacidad de
ofrecer soporte local a los clientes
en todos los mercados alrededor del
mundo.”
Sir David McMurtry
Chairman & Chief Executive
Asegurando el crecimiento a largo plazo
Para asegurar el éxito,
asumimos el control de
todas las actividades
que consideramos
principales, incluyendo
diseño, fabricación,
ventas
y soporte.
Algunos datos relevantes
£346 millones
ventas en 2013
15%
de la facturación reinvertido en
ingeniería, incluyendo I+D en 2013
3300
32
países con filiales
locales
empleados
Nuestra estrategia
Investigación
continua y sólido
posicionamiento
con productos
innovadores
Fabricación
eficiente de gran
calidad
Fuerte presencia
en el mercado y
foco en mercados
emergentes
Construyendo el
negocio vía
adquisiciones
Soporte a los
clientes
Crecimiento
orgánico
consistente
Personas
Foco en
convertirnos en
proveedores de
soluciones
Nuestros clientes
Aeroespacial
Agricultura
Automoción
Gran
consumo
Construcción
Medicina
Energía
Canteras y
minas
Conocimiento – Control de los procesos de fabricación
Productos de
medición en
MMC
Útiles fijación
Calibres
Sondas para
MáquinaHerramienta
Control
postproceso
Control en proceso
Preparación del proceso
Sistemas de
calibración y
verificación
Base del proceso
Conocimiento – Metrología industrial
Fabricación
aditiva
Control del
desplazamiento
Topografía y
metrología de
gran alcance
Palpadores para
sondas
Conocimiento – Ciencias de la Salud
Escáneres
dentales,
software CAD,
fresadoras y
estructuras
Microscopios
Raman y análisis
Software de
planificación de
neurocirugía,
implantables y
robots
Sistema
diagnóstico para
investigación
clínica
Nuestro servicio, su solución
Hardware
Retrofits en
cliente final
Ingeniería de
aplicaciones
Soluciones
llave en mano
Consultoría
Productos
avanzados
Formación a
clientes
Suministro de
consumibles
Instalación
OEM
Servicio y
soporte
mundial
Software
Ahora un proveedor global de soluciones
Queremos proporcionar tecnología de vanguardia fomentando que la
innovación aborde las necesidades de nuestros clientes.
Con filiales en 70 localizaciones en 32 países, damos soporte local a
nuestros clientes antes, durante y después de la venta construyendo
relaciones con beneficios duraderos a largo plazo.
¿Por qué la Fabricación Aditiva (FA) para Renishaw?
P. ¿Por qué ha decidido Renishaw involucrarse en la industria de
la fabricación aditiva?
R. Porque es una tecnología de fabricación
emergente en sectores en los que Renishaw
es líder en su campo.
P. ¿Por qué Aditiva Metálica?
R. El alcance de las piezas complejas
metálicases enorme – Las ventas de
la industria de la MáquinaHerramienta alcanzan los 68 Billones
de $ anuales.
P. ¿ Por qué ahora?
R. Los sistemas de FA se encuentran en su infancia , hablando
comparativamente , y requieren un paso adelante para ser
aceptados en la producción en masa.
¿ Qué es la FA?
Powder
distribution
System
Laser
Window
Build
Chamber
Inert
Gas
Metal
Powder
Build
Retractable
Platform Z
axis
La Fabricación Aditiva (FA) láser es un proceso de fabricación de
piezas metálicas que utiliza datos 3D CAD como fuente digital.
Produce piezas completamente densas directamente del CAD
utilizando archivos con formatos estándar.
Finas capas de polvo metálico atomizado se depositan y un láser de
fibra de alta potencia funde el polvo para formar la pieza.
Materiales F.A.
El proceso utiliza polvo metálico atomizado
Los materiales cualificados incluyen:
Acero Inoxidable 316L
Cromo-Cobalto
Titanio Al64 V Al6 Nb7 y comercialmente puro
Inconel 718 & 625
Aluminio AlSi12
Acero de herramientas (H13)
Materiales en proceso de cualificación:
Hastalloy X
Sistema abierto para desarrollo de materiales sin coste
Posibles aplicaciones
¿Dónde funciona mejor la FA?
•Componente unitario o serie pequeña – coronas y puentes dentales, implantes,
etc.
•Geometrías complejas y estructuras- Intercambiadores de calor, implantes
médicos, transiciones a estructuras compuestas.
•Materiales y compuestos nuevos – materiales difíciles de mecanizar y peligrosos
mediante otros métodos. Materiales de alto precio - minimización de desechos.
•Series o componente único para I+D.
•Características internas ocultas – refrigeraciones con forma, cuerpos de válvula
etc.
AM 250
AM250
Volumen máximo
Capacidad de
producción*
245 x 245 x 300 (x,y,z)
(z extendable to 360mm)
5cm³ a 20cm³ por hora
Espesor de capas
20 a 100µm
Diámetro haz láser
70µm en la superficie del
material
Opciones de láser
200W o 400W
Alimentación
230V 16A
Consumo eléctrico
1.6KwH
Consumo de gas
<30L/Hr
•La capacidad de producción depende del material, densidad y
geometría,
•No todos los materiales pueden producirse a la capacidad máxima.
Ejemplos de sectores de aplicación de FA
Componente Unitario:
• Implantes personalizados
• Ortopedia estructuras porosas ( osteointegración )
• Material de competición
Geometrías Complejas:
• Intercambiadores de calor
Materiales difíciles de trabajar y de alto coste – Eliminación
de desechos
• Implantes dentales de Titanio
Características ocultas:
• Insertos de molde con refrigeración optimizada
Implantes personalizados - ortopedia
• La tomografía 3D aporta los
datos para generar el modelo.
• El alojamiento es diseñado
para encajar en el hueso y
tener los atornillamientos
adecuados.
• Resultados: mínima extracción
de hueso sano del paciente y
reducción del tiempo de
operación.
Source: Royal Perth Hospital, Australia
Implantes personalizados - ortopedia
Source: Royal Perth Hospital, Australia
• Análisis de los datos 3D, generación
automática de estructuras de soporte.
• Fabricación en FA del acetabular
personalizado en capas de 50µm en
(TiAl6Nb7 o CP Ti).
• Acabado del alojamiento.
• FA + acabado < 3 días.
• Transporte al hospital.
Custom Acetabular cup shown on SLS model – courtesy
Royal Perth Hospital – Australia.
Ortopedia – Estructuras porosas
Desarrollo de estructuras
híbridas porosas para
implantes.
Material de competición
Proyecto Bloodhound
Coche supersónico
En verano de 2015 intentará romper la
barrera de velocidad de 1690 Km/h.
El casco del vehículo está fabricado
de composite excepto la punta que ha
sido fabricada en Ti mediante FA .
Esta punta se verá sometida a fuerzas
de 12 Tm / m2.
Diseñado para el proceso
Diseño Original cuerpo de bomba
Rediseño fabricado mediante FA
Ahorro del 60% de masa
12/5/2013
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Intercambiadores de calor
Cuando organizaciones como Rolls
Royce y The Welding Institute se
unen, aplicaciones como estos
complejos intercambiadores de calor
muestran el potencial beneficio de la
fabricación aditiva metálica.
Intercambiadores de calor
• Intercambiadores de
calor en aluminio de
FA con distintas
formas.
• Geometrías
convencionales y no
convencionales.
Implantes Dentales Ti – Eliminación de desechos
Mecanizado
Peso original = 618g
Peso de la placa con implantes = 240g (foto)
Peso total de los implantes = 42g
Peso de viruta = 378g = 62%
% Ti usado en implantes = 6.8%
F.A. APROVECHAMIENTO DEL
MATERIAL DE MÁS DEL 90%
Insertos de molde con refrigeración optimizada
Ventajas de la refigeración conformal
• Mejora el proceso de inyección.
• Reducciones de hasta el 70% en el tiempo de refrigeración.
• Reducción de ratio de chatarra al mínimo.
• Las piezas de plástico son más homogéneas y con una calidad
significantemente mejor.
• Piezas de plástico sin rechupes.
• Menor número de iteraciones de muestras y ajustes hasta alcanzar
las dimensiones críticas.
• Eliminación de errores en molde más rápida y trabajando en
producción total antes.
Diseño de canales de refrigeración
Información:
Este ejemplo de refrigeración
conformal está trabajando a plena
producción desde hace más de 2
años.
Geometría:
Elipse vertical 1,3 mm x 1,8 mm
Equivale a Ø 1,53 mm.
2 circuitos cerrados:
1x 4- Veces paralelo
1x 5- Veces paralelo
Presión de agua 6 bars.
Longitud total de todos los
canales alrededor de 12.500 mm!
¡Reducción de ciclo de
enfriamiento a la mitad!
Diseño de canales de refrigeración
Refrigeración conformal usando
estructura de malla.
Information:
Ø no seguridad de extracción del 100% polvo.
Ø no definición de Flujo en la malla.
Ø no definición de la posible refrigeración.
Ø Peligro de bloqueo del sistema de refrigeración por
acumulación de partículas.
Solución optimizada para la misma aplicación.
Ø Eliminación segura de polvo
Ø Definición de orientación turbulencias del flujo
Ø Definición de refrigeración posible
Ø No bloqueo de canales por acumulación de partículas
Simulaión
Podemos simular el tiempo esperado de refrigeración con
refrigeración conformal.
Usamos el software
de la empresa Alemana Simcon.
Somos capaces de importar directamente nuestro diseño de los
canales de refrigeración.
En caso de modificación de insertos existentes podemos comparar la
refrigeración convencional con la refrigeración optimizada.
Simulación
Fundamentos para la simulación Information:
La simulación de una refrigeración conformal se lleva a cabo
conjuntamente con un análisis de flujo.
Por lo tanto necesitamos:
Diseño de la pieza en CAD 3D.
Localización de boquilla.
Tipo de inyección (ej. colada caliente).
Datos técnicos del plástico.
Parámetros de proceso de inyección.
Datos CAD de canales de refrigeración
convencionales.
Temperatura de agua, caudal,
número de circuitos cerrados, etc.
Insertos de molde fabricados
Información:
Inserto con
refrigeración
conformal con canales
de refrigeración
complejos
Insertos de molde fabricados
Termografía:
Insertos de molde fabricados
Información:
Inserto para molde de
2 cavidades de
inyección de raqueta
quita hielo. Tiempo de
ciclo reducido de 80 a
40 segundos.
Esto permite duplicar
la producción.
Insertos de molde fabricados
Información:
Molde de inyección de 4
cavidades con correderas
con refrigeración conformal.
Estas correderas aportan
dos ventajas: una enorme
reducción del tiempo de
ciclo y la optimización del
proceso de inyección.
Insertos de molde fabricados
Información:
Reducción del tiempo
de ciclo 30%.
Insertos de molde fabricados
Información:
Information:
Ejemplo de una solución muy
exitosa para solucionar un gran
problema de temperaturas en un
molde existente.
Características
Tiempo de ciclo
Controlabilidad de proceso
Presión de agua
Temperatura de agua
Temperatura pared molde
parte superior
Temperatura pared molde
parte inferior
Canal de refrigeración en
parte superior
Canal de refrigeración en
parte inferior
Rechupes
Calidad de pieza
convencional
90 s
ninguna
4 bar
25° C
conformal
45 s
Muy buena
4 bar
25° C
135° C
50° C
35° C
30° C
ninguna
Geometria espiral
Ø4 mm
soldadura en vacío
Si
Mala
equivalente Ø1,8
mm
Geometria espiral
Ø4 mm generada
por láser
No
Excelente
Insertos de molde fabricados
Cálculo de la Tasa de Retorno
Piezas / año
Número de cavidades
40.000
1
Tiempo ciclo convencional
90 seg
Tiempo ciclo con refrigeración conformal
40 seg
Tasa horaria
Coste del inserto generado por FA incluyendo
diseño y tratamiento térmico
Horas máquina / año con sistema convencional
35,00 €
4.550,00 €
1.000 h
Horas máquina / año con sistema conformal
444,44 h
Horas ahorradas / año
555,56 h
Coste ahorrado / año
Periodo de amortización
19.444,44 €
2,81 meses
Gracias
12/5/2013
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