Estudio de colabilidad de aluminio con modelos realizados en PLA por impresión 3D

Abstract

El objetivo de este proyecto fin de carrera desarrollado en el Departamento de Siderurgia, es la obtención de piezas únicas para prototipado o de muy pequeña tirada por el proceso de fundición con modelos perdidos en polímeros fabricados por impresión 3D. Un proceso de fundición consiste, básicamente, en el vertido del metal líquido en un molde con la geometría de la pieza a fabricar en su interior y su posterior solidificación y enfriamiento. Para lograr dicho fin se mantendrá el sistema tradicional de moldeo (moldeo en verde y molde químico).
La variante principal de este proyecto es la sustitución de los moldes creados a partir de cualquier material con posibilidad de ser mecanizado (metal, maderas, resinas, ceras, etc.) con el coste de matricería que conlleva y utilizar la tecnología 3D.
En este estudio se procede a la unión de ambas tecnologías, impresión 3D y proceso de fundición, fabricando un modelo en un polímero mediante una impresora 3D. La fabricación de los modelos se realiza por el sistema de deposición de material, a partir de una bobina de filamento de diversos polímeros.
La impresión 3D da la posibilidad de realizar un modelo con una estructura interna no maciza.
A su vez, esta estructura interna, le confiere al modelo diferentes densidades, hecho relevante en el proyecto ya que un requisito escogido es que se use la menor cantidad de polímero posible, consiguiendo así una nueva forma de realizar piezas únicas para prototipos o de pequeña tirada a menor coste y con la mejor calidad posible, ya que al arder el polímero se generarán gran cantidad de gases que deberán ser evacuados del molde. El material escogido en un principio para la pieza final es una aleación de aluminio Al-12%Si por su colabilidad y fácil manejo y temperatura de fusión, pudiéndose emplear otros tipos de materiales en siguientes proyectos.
El PLA es el material escogido para la impresión 3D después de un análisis con distintos materiales existentes en el mercado de fácil acceso por parte del usuario de impresoras 3D, con el objeto de encontrar un polímero adecuado para la realización del modelo.
Dentro de estos análisis realizados a los diferentes polímeros se ha sometido a cada material seleccionado para la construcción del modelo a una serie de ensayos de caracterización entre los que se incluyen: ensayos de velocidad de combustión, emisión de gases, generación de residuos y menor impacto medioambiental.
Así mismo durante el proceso de caracterización del polímero seleccionado, se desarrolla el estudio de un amplio abanico de modelos con la intención de encontrar el punto límite de viabilidad para obtener piezas por el proceso de fundición tanto por tamaño como geometría y la sustitución de la técnica de moldeo por otras como el molde de poliestireno expandido, sustituyendo el poliestireno por el modelo en polímero.