Por qué TITAL (y Howmet) apuestan por la fundición a la cera perdida mediante la impresión 3D

TITAL GmbH, la compañía especializada en la fabricación de componentes de aluminio y titanio de alto rendimiento mediante fundición de precisión, se ha convertido en una de las primeras empresas en utilizar patrones de PMMA impresos en 3D para fabricar piezas metálicas. Radicada en Bestwig (Alemania) e integrada desde 2015 en el grupo Howmet Aerospace, la compañía abastece a algunas de las empresas más importantes de la industria aeroespacial, como Airbus, Boeing y Safran. Más del 90% de su negocio se centra en las aplicaciones aeroespaciales, un área en la que el peso, la eficiencia y la precisión son fundamentales.

Para satisfacer los estándares de la fabricación aeroespacial moderna, TITAL ha recurrido a tecnologías avanzadas como el sistema de impresión 3D para PMMA de voxeljet AG, la única tecnología de inyección de aglutinante para polímeros disponible actualmente en el mercado. Esta nueva técnica permite a la empresa optimizar el diseño de los componentes, reducir su peso, agilizar la producción y mejorar la eficiencia medioambiental, redefiniendo los límites de lo posible en el ámbito de la fundición de metales.

Libertad en términos de diseño y reducción de peso

La fundición a la cera perdida tradicional se ha basado durante mucho tiempo en crear patrones de cera inyectando el material en moldes de aluminio. Aunque esta técnica es muy eficaz para la producción en masa, los moldes son caros y ofrecen muy poca flexibilidad, lo que hace que resulten inadecuados para crear rápidamente prototipos o producir lotes pequeños. Aquí es donde entra en juego la impresión 3D de PMMA.

A diferencia de las piezas de cera de gran tamaño que se utilizan en la fundición a la cera perdida, los patrones de PMMA no requieren moldes, solo datos CAD digitales. Estos patrones, creados mediante el proceso de inyección de aglutinante de voxeljet, permiten obtener una elevada precisión dimensional sin apenas deformar las piezas y se pueden integrar sin problemas en el proceso de recubrimiento cerámico. Además, los sistemas de colada se pueden imprimir directamente sobre los patrones, lo que contribuye a ahorrar tiempo y mejora aún más la precisión.

Estas ventajas no se limitan solamente al plano teórico. TITAL ya ha aplicado patrones de PMMA impresos en 3D a componentes clave como el accesorio acanalado del Airbus A400M. Tras llevar a cabo varias simulaciones y optimizaciones, la empresa logró reducir un 17% el peso de la versión definitiva de la pieza fundida, lo cual es esencial para mantener la elevada capacidad de carga útil de la aeronave. Otro de los logros de TITAL ha sido la fabricación de un brazo articulado para el avión de pasajeros chino COMAC C919, una pieza cuyo peso ha conseguido reducir un 47% al pasar de conjuntos soldados a piezas fundidas optimizadas topológicamente.

La impresión de PMMA no solo ofrece una gran flexibilidad a nivel de diseño, sino que además permite innovar en términos de materiales. Por ejemplo, la aleación de aluminio A205 que utiliza la empresa es capaz de soportar temperaturas de hasta 200 °C, lo que la convierte en una alternativa resistente y más ligera al titanio en algunas aplicaciones. Del mismo modo, THORTM, una aleación de titanio capaz de resistir temperaturas de hasta 650 °C, permite sustituir parte de las superaleaciones a base de níquel y reducir hasta un 50% el peso de las piezas.

Un sistema de fabricación más inteligente

La fundición a la cera perdida de PMMA ofrece más que simples mejoras técnicas: también aporta importantes beneficios medioambientales y económicos. Si comparamos las piezas fresadas y las piezas fundidas, podemos apreciar notables diferencias entre ellas. En uno de los proyectos aeroespaciales, la pieza fundida requirió un 75% menos de energía, redujo las emisiones de CO₂ un 80% y disminuyó los residuos de material en más de un 70% en comparación con la versión fresada.

El proceso también resulta más sostenible respecto al consumo de recursos. Mientras que el fresado suele generar grandes cantidades de residuos en forma de virutas, la fundición mediante patrones de PMMA utiliza el metal de forma más eficiente, lo que reduce considerablemente la ratio buy-to-fly. Esta reducción se traduce en una menor demanda de materias primas y una mayor reciclabilidad, lo que hace de esta técnica una opción más ecológica.

El coste y la velocidad también influyen a la hora de elegir entre la cera y el PMMA. Los patrones de cera tienen un coste menor por unidad cuando se trabaja con grandes volúmenes, pero solo después de fabricar los costosos moldes. Por su parte, los patrones de PMMA son ideales para tiradas más pequeñas o proyectos que requieren cambios frecuentes en el diseño. En el ámbito de los deportes de motor o la investigación y el desarrollo aeroespacial, en los que las piezas se revisan con regularidad, este material ofrece una agilidad que los procesos basados en herramientas no pueden igualar.

La fundición a la cera perdida vs. la fabricación aditiva directa de metal

Aunque la impresión 3D en metal (que abarca diversos procesos de fabricación aditiva en metal y, en particular, la PBF de metal) ha suscitado un gran interés a lo largo de los últimos años, no ha conseguido sustituir a la fundición, especialmente en el caso de las piezas de gran tamaño o que juegan un papel esencial desde el punto de vista de la seguridad. La mayoría de las impresoras metálicas ofrecen un volumen de construcción limitado (por lo general, de 300 x 400 x 400 mm), y las piezas suelen presentar propiedades mecánicas anisotrópicas, es decir, que varían según la dirección de impresión. Esta inconsistencia hace que certificar las piezas aeroespaciales sea un proceso especialmente complicado.

En cambio, la fundición de PMMA permite a TITAL producir componentes críticos desde el punto de vista estructural y de gran formato con características mecánicas uniformes, algo que actualmente es imposible lograr con la impresión de metal. Por ejemplo, los patrones de PMMA se pueden segmentar y ensamblar, lo que permite fabricar piezas de hasta 1,5 metros de largo. Esta flexibilidad, unida a la posibilidad de obtener una calidad y una precisión dimensional constantes, hace que la mayoría de los fabricantes se decanten por esta técnica.

La trayectoria de TITAL en el ámbito de la fabricación aditiva se remonta a hace más de dos décadas, cuando empezó a trabajar con la sinterización láser de poliestireno. En la actualidad, el PMMA ha sustituido al poliestireno debido a las mejoras que ofrece en términos de precisión y rendimiento durante el proceso. El cambio ha permitido a TITAL integrar completamente la impresión 3D en sus operaciones de fundición, mejorando los flujos de trabajo, reduciendo el tiempo de inactividad y aumentando la rentabilidad.

En última instancia, esta alianza entre TITAL y voxeljet demuestra que, cuando se aplica de forma estratégica, la fabricación aditiva puede constituir una excelente herramienta a la hora de transformar los procesos tradicionales y abordar los desafíos a los que la ingeniería tendrá que enfrentarse a lo largo de la próxima generación.