Prototipagem de fundição acelerada:Eagle Alloy fornece peças de baixo volume com rapidez e qualidade

Quando o tempo e a flexibilidade são as principais prioridades, a prototipagem rápida para peças fundidas oferece aos fabricantes um caminho rápido para a produção de peças fundidas complexas em pequenas quantidades. No Eagle Group, essa abordagem avançada apoia o desenvolvimento de protótipos e a produção de baixo volume, ajudando os clientes a refinar projetos, verificar o desempenho e passar do conceito à produção rapidamente, sem os longos prazos associados às ferramentas permanentes.

Este artigo detalha como funciona o fluxo de trabalho de prototipagem rápida no Eagle Group - desde a modelagem digital até a impressão e fundição final - e como a integração de moldes de areia impressos em 3D em nosso processo de airset oferece aos clientes um caminho rápido e adaptável para produção de baixo volume, design iterativo e restauração de peças legadas.

A prototipagem rápida para peças fundidas é o uso de técnicas avançadas para criar rapidamente protótipos físicos funcionais – ou os padrões, moldes ou núcleos usados para fabricá-los – sem ferramentas permanentes tradicionais. Como o nome sugere, a principal distinção entre a prototipagem rápida e a prototipagem tradicional é a velocidade:a prototipagem rápida fornece resultados mais rapidamente. 

“Poderemos cotar amostras usando moldes impressos em 3D em seis a sete semanas, enquanto amostras de ferramentas de produção podem ser 14, dependendo do cliente e de quais são suas necessidades”, diz Jeff Cook, da Eagle Alloy, comparando a velocidade da prototipagem rápida com os fluxos de trabalho de fundição tradicionais.

Acima:Simulação de fundição usando software MAGMA

Embora a velocidade seja a vantagem definidora, a prototipagem rápida não é um processo único, mas uma série de abordagens de fabricação, cada uma adequada a diferentes estágios de desenvolvimento e tipos de peças. Na fabricação de metais, os métodos de prototipagem rápida são amplamente agrupados em três categorias:aditivos, subtrativos e formativos.

A manufatura aditiva, que inclui a impressão 3D, é uma das principais tecnologias que possibilita a prototipagem rápida. Como pode gerar protótipos funcionais rapidamente, é vantajoso em projetos onde se espera que os designs mudem e a flexibilidade seja importante. Este ciclo de desenvolvimento reduzido torna a fabricação aditiva uma tecnologia valiosa para projetos de protótipos e fundição de baixo volume.

No entanto, a fabricação aditiva por si só é muitas vezes incapaz de fornecer peças metálicas funcionais de acordo com as especificações. Para fornecer peças fundidas com propriedades semelhantes àquelas produzidas por moldagem em casca, fundição por airset ou microfusão, fundições como a nossa trabalham em conjunto com especialistas em fabricação aditiva.

Eagle Alloy, a fundição de moldes de concha e airset do Grupo Eagle, frequentemente emprega moldes de areia impressos em 3D para prototipagem rápida de peças fundidas. Trabalhamos em estreita colaboração com parceiros de aditivos confiáveis, como a Humtown Additive, para incorporar perfeitamente moldes e núcleos de areia impressos em 3D em nossas operações de fundição. Começando com um modelo digital de uma peça, impressoras especializadas criam moldes e núcleos de areia, construindo-os camada por camada. Depois de impresso, cada molde é limpo, curado e depois entregue à Eagle Alloy para vazamento e acabamento.

Essa abordagem sem ferramentas é adequada para trabalhos que exigem iterações rápidas ou que exigem apenas um pequeno número de peças. Ele também permite recursos internos e complexidades de design que são difíceis — ou às vezes impossíveis — de alcançar com métodos tradicionais de fabricação de machos.

Quando a prototipagem rápida faz sentido para fundição de metal?

A prototipagem rápida é mais eficaz quando a velocidade, a flexibilidade ou a complexidade do design são os principais fatores em um projeto de fundição. O processo é ideal para:

• Testando novos designs ou materiais antes de se comprometer com ferramentas permanentes
• Alcançando um protótipo funcional sem investimento permanente em ferramentas
• Produzindo pequenas quantidades (menos de 100 peças) sem longos prazos de entrega
• Iterando rapidamente quando mudanças de design são esperadas e flexibilidade é necessária
• Fundição de peças com geometrias complexas , como malhas ou canais internos sobrepostos
• Atender aos ciclos de desenvolvimento que exigem prazos de entrega curtos
• Conversão de componentes fabricados em componentes fundidos quando a validação antecipada é necessária antes da produção completa
• Substituição de peças legadas ou de difícil obtenção quando as ferramentas originais não estão disponíveis ou têm um custo proibitivo para reprodução

Tolerâncias dimensionais e detalhes de fundição

Os moldes impressos em 3D da Eagle Alloy alcançam tolerâncias comparáveis ao nosso processo padrão de airset. O gráfico abaixo resume essas tolerâncias de desempenho.

Tolerâncias Dimensionais

Linear: ±0,045″ por polegada
Angular: ±1 grau

Características do elenco

Acabamento de superfície: 200-420 RMS
Espessura mínima da parede: 0,250″ (6,35mm)
Pesos típicos das peças: 2-400 libras
Tamanhos de execução típicos: 1-100 peças

Visão geral do processo de prototipagem rápida

Fazemos parcerias com fabricantes de aditivos confiáveis para produzir moldes de areia e machos diretamente a partir dos modelos CAD de nossos clientes e, em seguida, integrá-los em nosso fluxo de trabalho de vazamento e acabamento para criar peças fundidas de aço de densidade total. As etapas abaixo detalham como se desenrola o processo de prototipagem rápida na Eagle Alloy.

1. Discussão dos objetivos do projeto com o cliente
   Todo envolvimento de prototipagem rápida começa com uma discussão colaborativa para entender os objetivos do cliente, os requisitos das peças e o desempenho esperado. Quer os clientes tragam um conceito, um projeto 2D, um modelo 3D ou uma peça existente que precise de engenharia reversa, adaptamos o processo para atendê-los onde quer que estejam.
2. Decidir sobre o material
   Depois que os objetivos do projeto são definidos, nossos engenheiros trabalham com os clientes para determinar a liga mais apropriada com base na resistência, durabilidade, ambiente operacional e considerações de custo. A seleção de materiais nesta fase garante que todo o trabalho posterior de projeto e simulação esteja alinhado com as necessidades de desempenho do mundo real.
3. Desenvolvimento de modelo CAD, diretamente do cliente ou auxiliado pelos engenheiros da Eagle Alloy
   Os clientes podem fornecer arquivos 3D completos, informações dimensionais parciais ou apenas uma amostra física.
   • Para impressões 2D ou listas dimensionais, nossa equipe constrói um modelo 3D completo usando software CAD.
   • Se o cliente fornecer uma peça existente em vez de especificações de projeto ou projetos, devemos fazer engenharia reversa. Usando ferramentas manuais, scanners a laser portáteis ou CMMs, os engenheiros do Eagle Group obtêm informações dimensionais e, em seguida, inserem os dados no software CAD para criar um modelo 3D da peça.
4. Projeto de portas por meio de simulação de portas
   Usando simulação avançada de solidificação, projetaremos e otimizaremos os canais e os risers. A simulação nos permite prever como o metal entrará na cavidade do molde e se comportará à medida que esfria, permitindo-nos levar em conta o encolhimento natural e resolver possíveis defeitos antes do vazamento.
5. Impressão 3D de núcleos/moldes de areia apoiada por parceiros
   Após a validação do projeto do canal, colaboramos com parceiros confiáveis de fabricação aditiva para produzir moldes de precisão e componentes principais com areia aglomerada.
6. Montagem de moldes e machos impressos
   O molde impresso em 3D e os componentes principais são entregues à nossa fundição para montagem. Eles são combinados com fluxos de trabalho de vazamento tradicionais na Eagle Alloy para garantir alinhamento, ventilação e preparação adequados para que os componentes tenham o desempenho esperado durante o vazamento.
7. Fundição usando métodos de vazamento convencionais
   Com o molde montado, a peça é fundida usando as práticas de fundição padrão da Eagle Alloy. Os operadores controlam cuidadosamente a temperatura, a velocidade e o manuseio do vazamento para corresponder aos parâmetros estabelecidos durante a simulação e garantir peças fundidas de aço precisas, livres de porosidade e outros defeitos.
8. Testes e validação internos
   Cada protótipo passa por uma avaliação minuciosa para confirmar a integridade dimensional e metalúrgica. Nossos métodos de inspeção incluem:
   • Digitalização a laser para uma comparação dimensional de alta resolução da peça física com CAD
   • Teste de Partículas Magnéticas para detectar descontinuidades superficiais e próximas à superfície
   • Inspeção por raios X para identificar defeitos internos e verificar a uniformidade da parede
     

Quer saber mais sobre como projetamos produtos fundidos usando software de modelagem e solidificação 3D? Confira nosso dedicado Projetando produtos fundidos postagem do blog.

Acima:Moldes e núcleos impressos em 3D nas instalações da Eagle Alloy, prontos para montagem

Estudo de caso do protótipo rápido do Eagle Group

Se você está se perguntando como é esse fluxo de trabalho na vida real, nosso projeto de prototipagem rápida PBR é um ótimo exemplo.

Eagle Alloy e Eagle CNC replicaram um componente-chave de um barco-patrulha da era do Vietnã usando prototipagem rápida e fabricação moderna por fundição e máquina. Sem nenhum projeto e apenas uma peça original quebrada e corroída, a equipe teve que fazer engenharia reversa – começando com a digitalização 3D para criar um modelo digital preciso.

A Eagle Alloy projetou o molde, executou simulações de solidificação e fez parceria com a Humtown Additive para imprimir moldes de areia em 3D. Como a peça original (feita de ferro Ni-Hard) tornou-se frágil com o tempo, os engenheiros do Eagle Group selecionaram o aço inoxidável para maior durabilidade e desempenho a longo prazo.

Depois que a Eagle Alloy injetou as novas peças fundidas, as peças foram transferidas para a Eagle CNC, onde sua equipe usou ferramentas personalizadas e medições cuidadosas durante o processo para usinar todos os recursos críticos e garantir que a montagem final se encaixasse e funcionasse conforme planejado.

O resultado? Um componente de aço inoxidável totalmente reprojetado que trouxe de volta à vida uma embarcação naval historicamente significativa.

Leia o estudo de caso completo aqui.

Por que a demanda por prototipagem rápida está crescendo

A demanda por prototipagem rápida está crescendo porque elimina a necessidade de ferramentas permanentes, oferece iterações mais rápidas com maior flexibilidade para alterações de projeto, permite recursos complexos e canais internos e reduz os prazos de desenvolvimento. Esse fluxo de trabalho – usando moldes e núcleos impressos em 3D – pode levar as peças fundidas às mãos dos clientes em semanas, em vez de meses. A prototipagem rápida oferece aos clientes uma maneira de equilibrar velocidade, certeza do projeto e requisitos do projeto, tornando-a atraente, mas apenas para projetos que atendam aos critérios corretos.

A prototipagem rápida pode ser especialmente valiosa para componentes únicos, únicos ou de baixa produção, onde sua flexibilidade e retorno mais rápido podem compensar seu custo mais alto por peça. Como resume Cook, “amostras feitas a partir de moldes impressos em 3D são mais caras, mas são mais rápidas”. No entanto, a prototipagem rápida não é rentável para a produção de peças fundidas em grandes volumes, e muitas fundições têm dificuldade em encontrar usos para a nova tecnologia.

Acima:molde impresso em 3D antes da inserção do núcleo

Ao mesmo tempo, de acordo com Brandon Lamoncha, da Humtown Additive, a indústria está adotando cada vez mais fluxos de trabalho híbridos. “O que estamos começando a ver cada vez mais na produção é que o processo é mais híbrido”, diz Lamoncha. “Uma fundição produzirá um padrão para criar a forma externa da peça fundida e do molde, mas os internos altamente complexos – qualquer coisa, desde uma carcaça de turbo até um cabeçote de cilindro e corpos de válvula para sistemas pneumáticos, hidráulicos ou pneumáticos – essas geometrias complexas são agora cada vez mais produzidas usando impressão 3D e casando-as com um molde tradicional feito a partir de um padrão.”

Para a maioria dos projetos que vão além do desenvolvimento inicial, os métodos tradicionais de fundição, como moldagem em casca e microfusão, ainda oferecem precisão e consistência superiores, com custos de peças muito mais baixos em volumes mais elevados. Portanto, a abordagem mais eficaz muitas vezes não é uma decisão de um ou outro, mas uma avaliação cuidadosa de como a prototipagem rápida e os métodos tradicionais podem ser aplicados – individualmente ou em conjunto – com base no cronograma do projeto, na complexidade do design e nas necessidades de quantidade.

Por que uma fundição experiente é importante para a prototipagem rápida

A parceria com uma fundição qualificada oferece experiência completa em fundição que agiliza todo o caminho, desde o projeto até a produção. Os clientes trabalham diretamente conosco porque mantemos nossas peças fundidas de prototipagem rápida no mesmo padrão que nossas peças fundidas em casca. Nosso compromisso é entregar peças fundidas de acordo com as especificações, utilizando o melhor método de fabricação possível para cada projeto.

Como a Eagle Alloy apoia seu projeto, do início à entrega

Lamoncha, que colabora regularmente com a Eagle Alloy em projetos de fundição em moldes impressos em 3D, resume a diferença que uma equipe de fundição experiente pode fazer:"Conseguimos clientes que têm uma ideia em um pedaço de papel e podemos trazê-la desde um esboço de guardanapo ou uma impressão 2D ou um modelo 3D até a fundição. Mas o tempo desde o momento em que você começa a falar sobre um projeto até o momento em que você tem algo em mãos pode levar semanas ou meses."

“Ao trabalhar com a Eagle”, continua Lamoncha, “a Humtown recebe o oposto dos Napkin Sketches. A Humtown recebe pacotes completos de dados técnicos com todas as folgas, encolhimento por metro e outras considerações de fundição prontas para impressão, tornando o processo e o fluxo de trabalho muito mais rápidos.”

Na Eagle Alloy, não apenas fornecemos acesso à moldagem impressa em 3D para trabalhos de fundição rápidos, mas também oferecemos um alto nível de experiência em fundição e engenharia para cada projeto. Nossos engenheiros avaliam se a prototipagem rápida é a mais adequada para seu cronograma, complexidade de projeto e necessidades de quantidade, e fornecemos orientação antecipada para evitar problemas de fundição e evitar reprojetos dispendiosos. Esteja você passando do protótipo para a produção ou fazendo a transição da fabricação soldada para componentes fundidos, nós o guiaremos durante o processo e garantiremos uma mudança tranquila para a fabricação completa.

Solicite um orçamento ou entre em contato com nossa equipe para iniciar a conversa.