Lección 8.9Dar formaCapítulo 8 · Fabricación aditiva

Fabricación aditiva ultrasónica (UAM)

La vibración ultrasónica suelda láminas metálicas sin fundirlas y luego una fresa las recorta (laminación de chapas)

La fabricación aditiva ultrasónica (UAM) construye piezas metálicas soldando finas láminas unas sobre otras con vibración de alta frecuencia. Nada se funde: el metal sigue sólido, de forma parecida a como dos superficies metálicas muy limpias pueden pegarse al frotarlas con fuerza. Como trabaja en frío, la UAM puede enterrar sensores, cables y canales de refrigeración dentro del metal macizo.

Foto: Fabrisonic LLC, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons

fabricación aditiva ultrasónica · soldadura y mecanizado, 5 pasosIzquierda: las láminas que se sueldan, con la unión ampliada debajo. Derecha: el paso de mecanizado que sigue. Los números en círculo coinciden con los pasos de abajo.

Cómo funciona

Coloca una lámina. Una tira de lámina metálica, normalmente de unos 0,15 mm de espesor y 25 mm de ancho, se desenrolla sobre la pieza.
Presiona y vibra. Un sonotrodo (una bocina con forma de rueda accionada por vibración ultrasónica) rueda sobre la lámina. Presiona con fuerza y la frota de lado a lado unas 20.000 veces por segundo (20 kHz).
Une sin fundir. El frotamiento rompe la fina película de óxido (una capa de pátina) de ambas superficies. El metal limpio toca metal limpio y los átomos se unen, mientras la pieza se mantiene templada, no fundida.
Repite. Las láminas se colocan una al lado de otra y unas sobre otras, y forman un bloque macizo capa a capa.
Mecaniza e incrusta. Cada pocas capas, una fresadora CNC integrada (una herramienta de corte controlada por ordenador) recorta el contorno y corta canales o cajeados. Los sensores o las fibras se meten en un cajeado, y nuevas láminas los sellan dentro.

Datos clave

Materiales: Aleaciones de aluminio (lo más común), láminas de cobre, titanio, níquel y acero; pares distintos como aluminio con cobre o titanio
Piezas típicas: Intercambiadores de calor con canales internos, piezas con sensores o fibras incrustados, placas multimetal y uniones de transición
Tamaño de pieza: De unos pocos centímetros a aproximadamente 1,8 m de ancho en las mayores máquinas
Precisión: La fija la fresadora CNC integrada: unos ±0,05 mm en las caras mecanizadas
Acabado superficial: Mecanizada, así que tan lisa como cualquier pieza fresada
Tamaño de lote adecuado: Prototipos, piezas únicas y series pequeñas de piezas de alto valor
Coste de utillaje y máquina: Sin utillaje. Las máquinas suelen costar de varios cientos de miles a millones de dólares
Velocidad: De horas a días por pieza: la soldadura es rápida, pero las paradas de mecanizado añaden tiempo

Ventajas y límites

Ventajas

Sin fusión, así que metales distintos se unen sin capas quebradizas
Los sensores, las fibras y la electrónica sobreviven a quedar enterrados en metal
Canales internos sin soportes ni polvo suelto que limpiar
Precisión y acabado de mecanizado desde la misma máquina

Límites

Funciona mejor con metales más blandos; el aluminio es con diferencia el más fácil
Las uniones entre láminas pueden ser más débiles en la dirección de apilado
Sobre todo formas macizas; los detalles finos, altos o intrincados son difíciles
Pocos fabricantes de máquinas y equipos costosos

Dónde se usa

Aeroespacial y espacioIntercambiadores de calor y piezas de control térmico para satélites y aviones
ElectrónicaPlacas frías y carcasas con canales de refrigeración incorporados
Energía e investigaciónEstructuras con sensores de fibra óptica o de temperatura incrustados
Industria pesadaUniones de transición multimetal, como aluminio unido a acero o a cobre

Cómo reconocerlo

Piezas macizas que parecen fresadas de un bloque, sin líneas de capa por fuera.
En una sección cortada y atacada, finas franjas separadas unos 0,15 mm: las capas de lámina.
Dos metales distintos en un mismo bloque, como aluminio sobre cobre, que se encuentran en un límite nítido y recto.
Canales o cables internos ocultos que ninguna herramienta de corte habría podido alcanzar desde fuera.

Compáralo con

Soldadura por ultrasonidos7.7la misma unión por vibración que se usa para juntar dos piezas; la UAM la repite lámina tras lámina para construir una.Fusión de lecho de polvo por láser8.4también hace canales internos, pero fundiendo polvo, así que no puede enterrar sensores ni mezclar metales libremente.Fresado5.2La UAM lleva una fresadora integrada; la forma final se corta, así que la precisión iguala a la del fresado.

Míralo

Fabrisonic3D · El fabricante explica cómo la soldadura ultrasónica une láminas sin fundirlas

Fabrisonic3D · Imágenes reales de la máquina colocando, soldando y recortando láminas

Fabrisonic3D · Piezas de ejemplo: sensores incrustados, canales internos, metales mezclados

Fabrisonic3D · Una gran máquina de producción en funcionamiento

Ver fotos reales

Wikipedia: Consolidación ultrasónica — el proceso y su historia; solo texto, sin fotos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

La UAM suelda láminas metálicas con presión y vibración ultrasónica, sin fundirlas nunca.
Poco calor: permite unir metales distintos y enterrar sensores dentro del metal macizo.
Alterna soldadura y mecanizado CNC, así que las piezas salen precisas.