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Fabricación aditiva con velocidad supersónica

03.03.2021
La MPA 42 combina la aplicación aditiva de material con una mecanización sumamente precisa.

MPA 42: el nuevo centro de mecanizado potente y preciso, pero no adquirible. Cuando hablamos de fabricación aditiva, es Hermle quien actúa como proveedor. Conoce exactamente las demandas de los fabricantes de moldes -breves tiempos de ciclo y elevada calidad de los componentes- y sabe cómo satisfacerlas.

Lo que es capaz de conseguir la MPA 42 parece paradójico: al abandonar el espacio de trabajo de la máquina de mecanizado, las piezas brutas presentan bastante más masa en lugar de menos. La clave se oculta bajo las siglas «MPA»: hablamos de un proceso de aplicación de polvo metálico que Hermle lanzó al mercado hace aproximadamente siete años. Con la nueva generación de máquinas, el proceso generativo de fabricación es bastante más preciso y rápido.

La nueva MPA 42 se encuentra en el emplazamiento de Hermle Maschinenbau GmbH (HMG) en Ottobrunn, Alemania. Esta filial de propiedad total de Maschinenfabrik Berthold Hermle AG opera desde 2009 desde sus oficinas bávaras y se ha convertido entretanto en un proveedor de servicios para la fabricación aditiva. El director general Rudolf Derntl abre las puertas de la carcasa de protección acústica de la MPA 42. Tras ella se esconde un centro de mecanizado de 5 ejes modificado del tipo C 42 U. Junto al husillo, una boquilla sobresale del espacio de trabajo, pero en cambio falta una unidad de pulverización para el lubricante refrigerador. «La boquilla de Laval acelera el polvo y lo aplica de forma específica sobre la pieza bruta metálica tensada», explica Rudolf Derntl.

Para que el polvo alcance la velocidad supersónica y se adhiera al impactar mediante el efecto de la deformación, el vapor de agua sobrecalentado y el nitrógeno desempeñan un papel tan importante como el de la geometría de la boquilla. En la parte posterior de la instalación se alojan un generador de vapor y cinco transportadores de polvo. La ductilidad es la misma para todos los materiales de aplicación y piezas brutas: «Es posible emplear una gran cantidad de metales ya que la aplicación se basa en una deformación plástica. Por lo tanto, también un producto semielaborado debe presentar una superficie dúctil», añade el director general. Aparte de los aceros de trabajo en frío y en caliente con alto contenido en carbono y convencionales en la fabricación de herramientas, suelen emplearse el cobre y el Ampcoloy.

Una combinación de materiales para moldes de inyección

Una vez fresadas las bolsas, el C 42 U MPA aplica el polvo de cobre. A continuación, se retira de nuevo el excedente de material.

El cobre presenta una conductividad térmica mucho mayor que los aceros para herramientas procesados. La combinación de materiales de acero y cobre ofrece así una ventaja decisiva en la construcción de moldes de inyección: «Con la fabricación aditiva, incorporamos el cobre en las partes de la herramienta que no disponen de espacio para perforaciones para refrigerante. Durante el moldeo por inyección, el núcleo de cobre conduce el calor hasta la perforación para refrigerante más próxima de forma mucho más rápida que el acero. El usuario ahorra así unos segundos valiosos en el periodo de enfriamiento y se mejora la calidad de la superficie de las piezas de plástico», detalla Rudolf Derntl.

Los cinco ejes del centro de mecanizado permiten ajustar el chorro de polvo hacia la pieza en prácticamente cualquier dirección y garantizan así una libertad máxima a la hora de diseñar. Las perforaciones para refrigerante pueden situarse directamente en las superficies curvas de la pieza bruta. De esta forma, incluso los moldes de inyección más grandes reciben una refrigeración próxima al contorno sin necesidad de construir el componente completo de forma aditiva. El único aspecto que establece límites es el espacio de trabajo del C 42 U: «En función de la geometría, el tamaño límite para el proceso aditivo se halla en 600 milímetros en longitud y en anchura. No obstante, los componentes suelen ser más pequeños», comenta Rudolf Derntl. La máquina resulta idónea además para la fabricación de componentes cilíndricos o cónicos como, por ejemplo, los casquillos precámara refrigerados.  A través de la aplicación del material en componentes en rotación, se produce un llenado eficiente de las bolsas y los canales, y se lleva a cabo la cobertura del acero para herramientas.

Aparte de esto, el proceso MPA ofrece otras opciones interesantes de aplicación. Gran cantidad de materiales se condensan al aplicarse, de tal modo que es posible obtener sin problema superficies con un acabado de alto brillo. En este sentido, HMG satisface incluso las demandas más exigentes para los moldes de inyección.

Con el proceso MPA, es posible insertar en acero o cobre elementos funcionales tales como alambres termotransmisores o sensores para la supervisión de la temperatura de la cavidad, e integrarlos así en la herramienta; una solución ideal para una regulación variotérmica de la temperatura. No obstante, las ventajas de la tecnología MPA van más allá del moldeo por inyección. «En el caso de una boquilla de aplicación equipada con elementos calentadores integrados, los adhesivos, entre otros, conservan una temperatura ideal de procesamiento por toda la anchura de la boquilla. En sensor en el interior de la herramienta permite efectuar una verdadera regulación», aclara Rudolf Derntl.

La ventaja de HMG reside en conocer qué combinaciones de materiales resultan eficaces, cómo deben definirse las perforaciones para refrigerante y los elementos funcionales, y la posibilidad de construir de forma uniseccional herramientas de conformación.  «No vendemos máquinas, sino conocimientos», explica el director general. El equipo de Ottobrunn asesora a los constructores de herramientas para moldeo por inyección, captura modelos 3D y optimiza posteriormente las piezas moldeadas con esta herramienta, incluyendo una perforación para refrigerante, un elemento funcional o una combinación de varios materiales. «Se trata de reducir los tiempos de ciclo y aumentar la calidad de los componentes, algo difícil de conseguir con el empleo de otras tecnologías», destaca Rudolf Derntl. 

En la parte posterior de la instalación se encuentran instalados los transportadores de polvo, que puede rellenarse cómodamente desde el exterior.

Un software para aplicar y retirar

Con un software CAM propio, los técnicos de aplicaciones generan el código para el control. Este contiene no solo el movimiento de recorrido sino también las cantidades de polvo, determinadas temperaturas y el cambio entre la acumulación de material y el fresado. «Dado que ningún fabricante CAD/CAM ha sido capaz de representar el particular proceso en alternancia (fresado, acumulación, fresado), hemos desarrollado nosotros mismo el software. De esta forma, podemos responder siempre incluso a las demandas particulares de los clientes», añade el director general. Los expertos se sientan prácticamente puerta con puerta.

Una vez finalizado el trabajo previo, el cliente envía su pieza bruta a HMG. «Nos basamos al 95 % en un producto semiacabado que el cliente pueda preparar por sí mismo en su fresadora», explica el asesor de clientes Oliver Müller. De esta forma, el componente llega a Ottobrunn con perforaciones para refrigerante fresadas o bolsas para la aplicación de cobre. Aquí, el equipo de HMG controla la precisión dimensional y comprueba si se han cumplido los criterios de construcción. «Por ejemplo, en las bolsas no deben existir chaflanes. Para la aplicación de polvo, necesitamos cantos afilados», explica Oliver Müller.

A fin de optimizar el uso de la máquina, los productos semiacabados se someten a una temperatura operativa en una estación de calentamiento antes de iniciar el proceso de fabricación.

Hora de aumentar la temperatura

Antes de iniciar el proceso, el componente pasa por la estación de calentamiento alcanzando una temperatura de aproximadamente 300 grados. Si bien el material no se suelda, se somete a una temperatura elevada: tanto el sustrato como el polvo metálico deben calentarse a fin de mejorar la ductilidad. La energía para acelerar el polvo proviene del vapor de agua. Con el paso de los dos componentes por la boquilla, el polvo alcanza la velocidad ultrasónica necesaria. Para mantener la temperatura constante incluso durante el mecanizado, la MPA 42 calienta el componente hasta la última eliminación del material. «De esta forma, evitamos la generación de gradientes de temperatura, que se traducen en tensiones, fisuras o demoras», aclara Rudolf Derntl.

Durante el proceso de fabricación, el material se aplica y se tensa de forma alterna. Una vez aplicado el polvo, se fresan los detalles en el nuevo material, como por ejemplo nervaduras finas, se llenan las perforaciones para refrigerante con el material metálico hidrosoluble y se cubre de nuevo con una capa de acero mediante la aplicación MPA. «El material de llenado puede enjuagarse posteriormente en un baño de agua obteniendo así las cavidades deseadas», explica Oliver Müller. El chorro de polvo permite obtener estructuras de 200 a 400 centímetros cúbicos por hora y, en el caso del cobre, de unos 1000 centímetros cúbicos.

«Con las nuevas máquinas, contamos con los últimos avances y llevamos nuestra tecnología MPA a un nuevo nivel de potencia. Se trata de la estrella de nuestra oferta de servicios», resalta del director general. Para él es importante proyectar todos los procesos en el propio establecimiento (desde el asesoramiento, la optimización y la verificación de la viabilidad hasta la comprobación final de la calidad pasando por el análisis del material). «De esta forma, nos mantenemos ágiles y preservamos tanto nuestro conocimiento como el de nuestros clientes».

La empresa Hermle Maschinenbau GmbH ubicada en Ottobrunn, en las proximidades de Múnich, es una filial de Maschinenfabrik Berthold Hermle AG. Su enfoque es el siguiente: Investigación básica y desarrollo de nuevas tecnologías en el ámbito de la fabricación generativa. Desde hace mucho años, ofrecemos además amplias capacidades de producción para fabricar componentes de gran volumen mediante el patentado proceso MPA de forma exclusiva para los clientes de Hermle.

Tras llenar las perforaciones para refrigerante con polvo metálico hidrosoluble, se realiza la siguiente aplicación de polvo metálico.

Hermle Maschinenbau GmbH
Daimlerstraße 6
85521 Ottobrunn
sales.hmg@hermle.de
www.hermle.de

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