Integrally cored ceramic investment casting mold fabricated by ceramic stereolithography

Molde de fundición de cerámica de núcleo integral fabricado mediante estereolitografía cerámica

Los perfiles aerodinámicos a base de superaleaciones (superalloys airfoils) son producidos a partir de colado a la cera perdida (investment casting), el cual utiliza los núcleos de cerámica y los patrones de cera con los moldes de revestimiento de cerámica. Los perfiles aerodinámicos a base de superaleaciones de núcleo hueco (hollow cored superalloy airfoils) en una turbina de gas son un ejemplo de partes complejas producidas por colado a la cera perdida.

Las complejas cavidades huecas internas en el perfil aerodinámico están diseñadas para conducir aire frío a través de uno o más corredores, los cuales han sido fabricados por un proceso a la cera perdida que requiere de varios pasos: preparación del núcleo, moldeo por inyección para el patrón de cera, y tratamiento por inmersión para los moldes de revestimiento de cerámica.

Estos pasos generan problemas, tales como el alto costo y la exactitud decreciente del molde de cerámica; por ejemplo, se requieren herramientas costosas y retrasos en la producción para generar los troqueles del molde para núcleos complejos y patrones de cera usados en el moldeo por inyección, lo que es un gran obstáculo para prototipos y corridas de producción más pequeñas. Por ello, resulta más ventajoso producir un molde que tenga la cavidad de colado y el núcleo cerámico para un proceso en lugar de usar núcleos, patrones y moldes de revestimiento por separado.

La estereolitografía cerámica (ceramic stereolithography, CerSLA) puede usarse para fabricar directamente el molde de colado de cerámica integralmente nucleado (integrally cored ceramic casting mold, ICCM). La CerSLA construye objetos “verdes” de cerámica a partir de archivos CAD desde muchas capas delgadas líquidas de polvo en monómero, las cuales son solidificadas por medio de polimerización con un láser UV.

Esta tesis se concentra en el ICCM, el núcleo de cerámica con un molde de revestimiento del mismo material en una construcción simple sin patrón, fabricado por medio de CerSLA. El CerSLA se considera un método alterno para reemplazar los procesos de a la cera perdida, para corridas de producción pequeña o para diseños muy complejos para núcleos y patrones convencionales. El principal tópico es el desarrollo de métodos para fabricar exitosamente un ICCM por medio de CerSLA a partir de sílica refractaria, así como otros temas relacionados. Estos temas son la segregación de polvos burdos fundidos de sílica en una capa, el grado del parámetro de segregación para prevenir ésta, así como la sinterización y la transformación de cristobalita en los compactos de sílica fundida.

A new layer casting system for ceramic laser rapid prototyping apparatus

Un nuevo sistema de capas de fundición de cerámica aparato laser rapid prototyping

El prototipado rápido (rapid prototyping) es una tecnología novedosa que integra la ingeniería óptica, la ingeniería mecánica, la ingeniería eléctrica y la ciencia de materiales. Además de los metales y los polímeros, las cerámicas también pueden utilizarse para fabricar piezas. Actualmente existen varias técnicas de prototipado rápido; las más conocidas que se aplican en manufactura de piezas de cerámica son la estereolitografía, la sinterización selectiva de laser, la impresión 3D, la fabricación laminada y el modelado de deposición fundida.

En el sistema existente de fusión de cerámica por láser, el slurry es alimentado sobre una superficie de alta temperatura de la parte “verde”; por ello, una parte del agua se infiltra en el bloque “verde” y se evapora antes del proceso de colada por capas. Como resultado, la viscosidad del slurry aumenta gradualmente; la calidad de superficie de la capa no es uniforme, y la densidad parte “verde” es irregular.

El objetivo de este estudio es desarrollar un nuevo sistema de colada por capas que pueda resolver los problemas mencionados anteriormente para obtener una parte “verde” con una calidad y densidad de superficie uniformes, así como para acortar el tiempo de fabricación de partes.