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Innovación en EMAG eldec: la fabricación aditiva ofrece una mayor precisión en el calentamiento por inducción

De forma tradicional, los inductores para el calentamiento por inducción se fabrican mediante un sofisticado proceso de manufactura. A pesar de su larga experiencia de años y de la destreza artesanal de los fabricantes de estas herramientas, este método de producción se enfrenta a ciertos límites. Un ejemplo de ello son las ligeras desviaciones que presentan todos los productos manufacturados. A pesar de que la compensación de tales desviaciones no supone problema alguno, siempre es necesario realizar correcciones al cambiar la herramienta. Esto es algo que conoce bien cualquier técnico de ajuste, también en el mecanizado por arranque de viruta. Otro factor limitador es el tamaño del inductor. Cuanto más pequeño y complejo debe ser un inductor, más complicada es su fabricación, hasta el punto de que no ya no puede ser fabricado manualmente. Esta fue la situación normal durante mucho tiempo, hasta que se desarrolló un nuevo método, la fabricación aditiva, con el que es posible adentrarse en nuevas dimensiones del calentamiento inductivo.

Flujo de refrigerante óptimo mediante la fabricación aditiva de inductores
Fabricación aditiva en la producción de inductores
Montaje de la bobina en la base del inductor
Máquina de templado por inducción MIND-L 1000 de EMAG eldec

El Dr. Dirk Schlesselmann, director del departamento de investigación y desarrollo de ingeniería de aplicaciones de EMAG eldec, observa con interés el láser que se mueve veloz sobre la cama de polvo. Del polvo emergen, poco a poco, los contornos de una bobina de inducción fabricada con el método SLM (siglas en inglés de la fusión selectiva por láser).

"Esta es una de las innovaciones más interesantes para mí", explica el Dr. Schlesselmann. "Con tan solo un paso intermedio puedo pasar directamente del diseño a la fabricación de una bobina de inducción".

En este paso intermedio se preparan los datos de la máquina para la fabricación aditiva, el denominado prepocesamiento. Para garantizar una calidad superficial, una exactitud dimensional y una vida útil óptimas se requieren una orientación y un apoyo correctos de la bobina en el espacio de trabajo de la máquina.

Por término medio, la fabricación de una bobina de inducción dura entre 8 y 16 horas. La herramienta, fabricada con una aleación de cobre, debe someterse a continuación a un tratamiento térmico para restablecer su óptima conductividad eléctrica. Después se suelda la bobina a la base del inductor, lo que se sigue haciendo de forma manual. "Ahora ya es posible utilizar el inductor y realizar las primeras pruebas. Esto me permite introducir un lunes en la máquina los datos preparados y realizar pruebas en el laboratorio con las primeras piezas el miércoles. Es un tiempo récord", explica el Dr. Schlesselmann.

La fabricación aditiva permite un flujo de refrigerante perfecto

La velocidad dista mucho de ser la única ventaja que ofrece este nuevo método, ya que también ofrece posibilidades completamente nuevas en lo que al diseño se refiere.

"Un gran desafío del calentamiento inductivo es la refrigeración óptima del inductor. Para minimizar este calentamiento y la correspondiente dilatación térmica en la herramienta, a través de los inductores fluye un líquido refrigerante. Solo de esta manera es posible garantizar una larga vida útil. Gracias a la fabricación aditiva, ahora somos capaces de diseñar inductores que garantizan un flujo de refrigerante óptimo", explica el Dr. Schlesselmann. Para ello, EMAG eldec apuesta por la combinación de experiencia en ingeniería y software de simulación numérico. Con este software es posible calcular y analizar el flujo de refrigerante. Si se producen, p. ej., "zonas muertas" sin flujo de refrigerante o remolinos en el inductor, estas áreas pueden optimizarse mediante modificaciones selectivas de la topología. De esta manera pueden eliminarse puntos problemáticos y alcanzar un caudal uniforme y lo más alto posible. El método SML garantiza una reproducción de la geometría idéntica a la del diseño, lo que a su vez ofrece una refrigeración perfecta del inductor.

"Esta reproducción de alta precisión de los datos de diseño es otra ventaja de este método. La exactitud dimensional de las bobinas de inducción imprimidas y soldadas es mucho mayor que en la fabricación manual. Para garantizar la exactitud dimensional requerida utilizamos brazos de medición 3D. De esta manera nos aseguramos de que todos los inductores salgan de fábrica con la garantía óptima", explica el Dr. Schlesselmann.

El nuevo método permite geometrías complejas

Además de las innovaciones de esta tecnología aquí mencionadas, al Dr. Schlesselmann se le ocurre otro aspecto completamente diferente cuando se le pregunta acerca de las ventajas de esta tecnología:

"Es la primera vez que el proceso de fabricación no nos plantea límites de diseño. Ahora podemos crear geometrías de inductor que antes no eran posibles manualmente. Pienso, sobre todo, en inductores pequeños y complejos que permiten el uso del calentamiento por inducción para una gama completamente nueva de piezas. En este caso nos adentramos por nuevas sendas junto con nuestros clientes. Es algo realmente emocionante", explica el Dr. Schlesselmann.

En pruebas de campo con clientes seleccionados, EMAG eldec ha podido comprobar que este método funciona realmente de forma tan fiable como se describe aquí. El Dr. Schlesselmann nos explica: "Hasta ahora solo hemos recibido respuestas positivas de nuestros clientes. En lo que a vida útil se refiere, aún no podemos emitir una opinión definitiva, pero los resultados obtenidos hasta ahora muestran que los inductores SLM alcanzan vidas útiles considerablemente mayores. Un cliente ha obtenido, con un inductor fabricado de forma aditiva, el doble de vida útil sin que el inductor muestre señales de desgaste".

La fabricación aditiva como parte del sistema del High Precision Tool System de EMAG eldec

El nuevo método de fabricación es parte de una ofensiva de calidad de EMAG eldec, con la que se desea elevar el templado por inducción hasta un nivel completamente nuevo.

HPTS – High Precision Tool System (sistema de herramientas de alta precisión) es el nombre que EMAG eldec ha dado a este conjunto de medidas con el que desea revolucionar el sector al completo.

"Todo empezó con el diseño de nuestra nueva máquina de inducción MIND L 1000·", explica Andreas Endmann, director de ventas de sistemas de templado de EMAG eldec. "La nueva máquina destaca por la gran rigidez de su estructura, lo que permite alcanzar una gran precisión. Más o menos al mismo tiempo empezamos a experimentar con la fabricación aditiva y pronto nos dimos cuenta de que este método ofrecía una posibilidad única de elevar el templado por inducción hasta un nivel de calidad completamente nuevo. Para que la ventaja que suponen la estructura rígida de la máquina y la alta precisión de los inductores no se vea sacrificada a causa de un montaje impreciso de las herramientas en la máquina, hemos diseñado una base del inductor completamente nueva, así como su respectivo alojamiento de inductor, el 3D-Coil Connect. Esta innovación, en combinación con la medición 3D de los inductores antes mencionada, garantiza un proceso de templado por inducción continuo y de alta precisión, sin necesidad de realizar ajustes al cambiar de herramienta. Esto supone un avance realmente enorme", explica Andreas Endmann para finalizar.