Lección 1.2Dar formaCapítulo 1 · Fundición

Fundición a la cera perdida

Copia en cera recubierta de cerámica, fundida y luego rellenada de metal

La fundición de precisión, también llamada fundición a la cera perdida, copia una pieza en cera, recubre la cera con cerámica, funde la cera y vierte metal en la cáscara hueca. Los álabes de turbina de motores a reacción, las cabezas de palos de golf y los implantes de cadera se hacen así. Se obtienen piezas casi terminadas con detalle fino, en casi cualquier aleación.

Foto: 5oclockhustle, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons

Fundición a la cera perdida · del árbol de cera a las piezas terminadasLee la fila de arriba y luego la de abajo; los números en círculo corresponden a los pasos de abajo.

Cómo funciona

Haz copias de cera. Se inyecta cera en una matriz metálica (un molde reutilizable) para hacer un modelo, una copia exacta de la pieza en cera. Cada pieza fundida necesita su propio modelo.
Monta un árbol. Muchos modelos se pegan a un bebedero central de cera (canal de alimentación), formando un «árbol» que puede contener de unas pocas a decenas de piezas.
Recúbrelo de cerámica. El árbol se sumerge en una barbotina cerámica (una mezcla cremosa de polvo cerámico fino y aglutinante líquido), se espolvorea con arena fina y se seca. Esto se repite unas 6 a 10 veces, hasta que la cáscara tiene varios milímetros de espesor.
Funde la cera. La cáscara se pone boca abajo y se calienta, normalmente en un autoclave de vapor (un horno de vapor a presión) o en un horno caliente. La cera sale, a menudo para reutilizarse, y deja un molde hueco de una sola pieza.
Cuece y luego vierte. La cáscara se cuece, a menudo a unos 1000 °C, para hacerla resistente y quemar los últimos restos de cera. El metal se vierte mientras la cáscara aún está caliente, para que las secciones finas se llenen antes de que el metal se solidifique.
Rompe y saca las piezas. Tras enfriarse, la cáscara se retira a golpes de martillo, con vibración o con chorros de agua. Las piezas se cortan del árbol, y los restos de las entradas (donde cada pieza se unía al árbol) se rectifican hasta dejarlos lisos.

Datos clave

Materiales: Aceros y aceros inoxidables, superaleaciones de níquel y cobalto, titanio, aluminio, aleaciones de cobre, oro y plata
Piezas típicas: Álabes de turbina, cabezas de palos de golf, implantes de cadera y rodilla, impulsores de bombas, piezas de armas de fuego y cerraduras, joyería
Tamaño de pieza: Normalmente de unos pocos gramos a unos pocos kilogramos; las fundiciones especializadas superan los 100 kg
Precisión: Unos ±0,1 a ±0,25 mm en detalles pequeños, aproximadamente ±0,5 % de una dimensión
Acabado superficial: Lisa: Ra (rugosidad media) de aproximadamente 1,5 a 3 µm
Tamaño de lote adecuado: De cientos a cientos de miles de piezas al año; también piezas únicas en arte y joyería
Coste de utillaje y máquina: Las matrices de inyección de cera cuestan de unos pocos miles a decenas de miles de dólares; los modelos impresos en 3D evitan la matriz en los prototipos
Velocidad: De días a semanas por lote, sobre todo esperando a que sequen las capas de la cáscara; se procesan muchos árboles en paralelo

Ventajas y límites

Ventajas

Detalle muy fino y superficies lisas, a menudo con poco mecanizado
Funciona con aleaciones de alto punto de fusión como superaleaciones y acero inoxidable
Formas complejas de una sola pieza, con poca o ninguna costura
Poco desperdicio: los bebederos y canales se vuelven a fundir

Límites

Más pasos y mano de obra, así que cada pieza cuesta más que una de moldeo en arena
Las piezas son sobre todo pequeñas; las grandes resultan difíciles y caras
Se consume un modelo de cera nuevo y una cáscara nueva por cada pieza
Plazo largo, de días a semanas

Dónde se usa

AeroespacialÁlabes y estatores de turbina, soportes estructurales, piezas del sistema de combustible
MedicinaImplantes de cadera y rodilla, instrumental quirúrgico
DeporteCabezas de palos de golf
AutomociónRodetes de turbocompresor, balancines, piezas pequeñas de válvula
IndustriaImpulsores de bombas, cuerpos de válvulas, palancas y soportes
Arte y joyeríaEsculturas de bronce, anillos, coronas y puentes dentales

Cómo reconocerlo

Detalle nítido, letras definidas y una superficie lisa y algo satinada, incluso en rincones ocultos.
Sin costura de molde, o solo una línea muy tenue dejada por la matriz de cera.
Un pequeño punto plano y rectificado donde la pieza se cortó del árbol (la marca de entrada).
Una forma compleja hecha de una sola pieza que de otro modo necesitaría varias piezas mecanizadas.

Compáralo con

Moldeo en arena1.1más barata y buena para piezas muy grandes, pero mucho más rugosa y menos precisa.Fundición a presión1.4mucho más rápida y barata por pieza a gran volumen, pero limitada a metales de menor punto de fusión como el aluminio y el zinc.Colada de monocristales1.8una forma especial de fundición a la cera perdida que hace crecer cada álabe de turbina como un solo cristal.

Míralo

RAPID DIRECT · Una explicación animada, paso a paso, de todo el proceso

Paul Hamler · El proceso completo hecho a mano, de la cera al metal

SIMIS · Robots sumergiendo árboles de cera en barbotina y arena para construir cáscaras

Dean Group International Ltd · Una fundición real: árboles, colada y retirada de la cáscara a golpes

Ver fotos reales

Wikipedia: Fundición a la cera perdida — una cáscara para un rotor de turbocompresor, el interior de una cáscara y la pieza terminada
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

Cada pieza necesita una copia de cera nueva y una cáscara cerámica nueva.
Fundir la cera deja un molde de una sola pieza sin costuras, así que el detalle es excelente.
Precisa y lisa, pero más lenta y cara por pieza que el moldeo en arena.