Reproducción de una pieza de aluminio sin documentación: del escaneado 3D a la pieza fundida terminada

Una pieza de aluminio puede reproducirse sin plano: el original se escanea en 3D, con él se crea un modelo CAD y, a partir de este, el modelo de fundición, la pieza fundida y el mecanizado de las superficies funcionales. Es una solución para departamentos de mantenimiento, servicios técnicos y propietarios de máquinas antiguas cuando la pieza no puede comprarse y la reparación no es una opción.

En resumen

• Para la reproducción basta con el original, incluso si está desgastado o agrietado; lo ideal es que se conserven todos los fragmentos.
• El modelo 3D de la pieza terminada no es aún el modelo de la pieza fundida: hay que añadir sobreespesores de mecanizado, ángulos de desmoldeo y contracción.
• Para una o pocas unidades se suele elegir el molde de arena, que el manual académico «Odlewnictwo» (WNT) considera económico para cualquier tamaño de serie.
• Una copia de una pieza de fundición a presión realizada en molde de arena suele requerir paredes más gruesas: el mínimo aquí es de 3–6 mm, y no de 0,7–1,5 mm como en la fundición a presión.
• La aleación se determina mediante el análisis de la composición química del original o se elige en función de la finalidad de la pieza.

Cuándo tiene sentido reproducir una pieza y cuándo es mejor repararla o comprarla

Reproducir una pieza a partir del original compensa cuando no se puede comprar o cuando el plazo de entrega es demasiado largo. Antes de encargar el escaneado, compare tres opciones.

Situación	Normalmente, la mejor opción
Máquina descatalogada, el fabricante ya no existe o no suministra piezas	reproducción a partir del original
Una única grieta en una aleación bien soldable, pieza poco cargada	reparación por soldadura
Pieza disponible en el fabricante con un plazo y un precio aceptables	compra del original
Necesita varias unidades ahora y más en el futuro	reproducción: el modelo y la documentación se conservan para pedidos posteriores
La pieza se agrieta siempre en el mismo punto	reproducción con corrección de diseño

Que la grieta aparezca siempre en el mismo punto suele ser una señal de un problema de diseño, no una casualidad: una transición brusca de espesor, la ausencia de radio de acuerdo o un nudo masivo. Al reproducir la pieza se puede corregir, ya que de todos modos se crea un modelo nuevo. En un artículo aparte explicamos cuándo tiene sentido reparar una grieta mediante soldadura y cuándo no.

Reproducción de la pieza paso a paso

1. Evaluación del original. El tecnólogo comprueba si la pieza está completa, cuál es su grado de desgaste y con qué tecnología se fabricó. De ello depende si basta con el escaneado o si hay que reconstruir las zonas que faltan.
2. Recopilación de requisitos. Función de la pieza, cargas, temperatura de trabajo, contacto con fluidos, estanqueidad, ajustes con las piezas acopladas y número de unidades.
3. Escaneado 3D y mediciones. El escáner reproduce la superficie de la pieza. Los orificios ajustados, las roscas y los planos de referencia se miden además con instrumentos de contacto.
4. Modelo CAD. A partir del escaneado se crea un modelo sólido que recupera la intención del diseñador: ejes, planos y radios, con el desgaste compensado.
5. Selección de la aleación. Con base en el análisis de la composición del original o en los requisitos funcionales.
6. Elección de la tecnología. Según el número de unidades, el tamaño y la precisión requerida: molde de arena, coquilla o, en series grandes, molde de fundición a presión.
7. Diseño de la pieza fundida y del modelo de fundición. Al modelo de la pieza se le añaden sobreespesores, ángulos de salida, contracción y portadas de macho, y después se fabrica el modelo, por ejemplo en madera, plástico, impresión 3D o aluminio.
8. Colada y mecanizado. Tras la colada y la limpieza, las superficies funcionales se mecanizan en CNC.
9. Control y documentación. Medición, prueba de montaje con la pieza acoplada y, si así se acordó en el pedido, entrega del modelo y del plano, para que el siguiente pedido no requiera volver a escanear.

El escaneado 3D es solo el principio: qué hay que hacer con el modelo

El resultado del escaneado es una malla que describe la superficie, normalmente guardada en formato STL. Este formato se utiliza para la impresión 3D y el prototipado rápido, pero para el diseño y el mecanizado se necesita un modelo sólido, que suele entregarse en formato STEP.

Pasar del escaneado a un modelo CAD (ingeniería inversa, en inglés reverse engineering) es un trabajo de diseño, no una conversión de archivo. El escaneado muestra la pieza tal como está hoy: con superficies desgastadas, deformaciones y rastros de corrosión. El diseñador reconstruye las dimensiones nominales, rectifica los planos, define los ejes de los orificios y selecciona los ajustes con las piezas acopladas. Las zonas que faltan las completa a partir de la simetría o de la geometría de los elementos con los que la pieza se une.

El segundo paso consiste en convertir el modelo de la pieza acabada en el modelo de la pieza fundida en bruto. Se añaden:

• sobreespesores en las superficies que se van a mecanizar; su magnitud se determina a partir de las tolerancias dimensionales y los sobreespesores de mecanizado de las piezas fundidas,
• ángulos de salida de fundición en la dirección de extracción del modelo del molde,
• contracción de fundición – el modelo es mayor que la pieza fundida en un valor seleccionado según la aleación y el método de moldeo,
• portadas de macho para orificios y canales que no pueden formarse directamente en el molde,
• radios de acuerdo y transiciones suaves de espesor, que reducen el riesgo de grietas.

La contracción la determina el técnico de fundición. El modelo debe tener en cuenta incluso el método de moldeo: en el prensado mecánico de la arena con presiones elevadas, la contracción lineal supuesta disminuye aproximadamente un 30 %, porque la arena recupera elásticamente al retirar la presión (p. 280). Por eso, un modelo para moldeo manual y un modelo para línea automática no son intercambiables.

¿Qué aleación? Análisis del original y designaciones antiguas

El método más fiable es analizar la composición química del original con un espectrómetro. Es el mismo tipo de equipo con el que las fundiciones controlan de forma continua la composición de las coladas. El ensayo suele requerir preparar una pequeña zona plana en la pieza, por lo que conviene decidir de antemano dónde puede realizarse.

El resultado se compara con las aleaciones según PN-EN 1706. En planos antiguos y placas de características se encuentran designaciones polacas anteriores, por ejemplo AK7, AK9 o AK11, en las que el número tras las letras AK indica el contenido medio de silicio (p. 147). Cómo convertirlas a las aleaciones actuales se explica en el artículo sobre los antiguos símbolos AK y sus equivalentes EN AC.

Si no es posible realizar el análisis, la aleación se elige según la función de la pieza: resistencia requerida, trabajo en ambiente corrosivo, estanqueidad, mecanizado posterior y recubrimiento. Además, una misma aleación presenta propiedades distintas según la tecnología. Por ejemplo, en el caso de la AlSi9Mg, la resistencia mínima a la tracción es mayor en coquilla y en fundición a presión que en molde de arena.

Identifique la tecnología del original antes de elegir la de la copia

Las marcas en la pieza indican cómo se fabricó. Las marcas circulares de los expulsores apuntan a un molde metálico, es decir, una coquilla o un molde de fundición a presión. Las paredes muy delgadas y la superficie lisa suelen indicar una pieza de fundición a presión. Una superficie granulada y paredes más gruesas sugieren fundición en arena.

La tecnología de la copia no tiene que ser la misma que la del original, pero entonces cambian las posibilidades:

Parámetro (aleaciones de aluminio)	Molde de arena	Coquilla	Fundición a presión
Espesor mínimo de pared	3–6 mm	2,5–5 mm	0,7–1,5 mm
Rugosidad Ra de la superficie en bruto	4–10 µm	4–6 µm	0,8–1,6 µm
Tamaño de serie económico	cualquiera	desde aprox. 400 uds. (piezas sencillas), desde aprox. 1000 uds. (complejas)	desde aprox. 2500 uds.

Fuente: manual «Odlewnictwo» (WNT), tablas 3.20, 3.22 y 3.23. Valores orientativos, que dependen del tamaño y la forma de la pieza.

Conclusión para piezas individuales: la copia de una pieza de fundición a presión suele hacerse en molde de arena, por lo que las paredes demasiado delgadas deben engrosarse y las superficies funcionales lisas, mecanizarse. El engrosamiento modifica la masa y, en ocasiones, el espacio necesario para el montaje, por lo que se comprueba en el modelo CAD antes de fabricar el modelo de fundición. También suele cambiar la aleación: las aleaciones para fundición a presión se seleccionan para esa tecnología, mientras que para el molde de arena se elige una aleación con buenas propiedades en arena, a veces con tratamiento térmico.

Modelo de fundición, pieza fundida y mecanizado de acabado

Con una o pocas piezas, el coste del modelo se reparte entre un lote muy pequeño, por lo que se elige la ejecución más sencilla que baste para el número de moldeos necesarios. El utillaje se fabrica una sola vez y sirve para toda la producción de la pieza, mientras que las demás operaciones se repiten en cada pieza fundida (p. 106). Los modelos permanentes se fabrican en madera, metal o plástico (p. 111–112); hoy en día suelen imprimirse en 3D o fresarse a partir de planchas para modelos. Los materiales, la durabilidad y la propiedad de los modelos se describen en el texto sobre modelos de fundición y otros utillajes.

Las piezas fundidas individuales suelen moldearse a mano, y el moldeo manual es menos preciso que el mecánico (tabla 5.2). Para piezas de aleaciones no férreas en moldes de arena arcillosa con agua, el manual indica con carácter general una tolerancia de ±0,8 mm para dimensiones de hasta 150 mm (tabla 3.21), sin distinguir el método de moldeo. Por ello, los ajustes, los alojamientos de rodamientos, las superficies de estanqueidad y las roscas se diseñan con sobremedida y se mecanizan en máquinas CNC de 3 y 5 ejes.

La última etapa es el control: medición de las dimensiones críticas y prueba de montaje con la pieza complementaria. Si la pieza trabaja bajo la presión de un fluido, conviene añadir al pedido una prueba de estanqueidad.

Qué preparar antes de enviar la consulta

Cuanta más información se aporte al inicio, menos consultas posteriores y más rápida será la oferta. Prepare:

• fotografías de la pieza desde varios ángulos, con una cinta métrica en el encuadre, y fotografías del lugar de montaje,
• el original o todos sus fragmentos y, si es posible, las piezas complementarias,
• descripción de la función y de las condiciones de trabajo: cargas, temperatura, fluido, estanqueidad requerida,
• lista de superficies de ajuste y de dimensiones que deben mantenerse,
• cantidad de piezas ahora y en pedidos posteriores previstos,
• designaciones conocidas: número de catálogo, aleación indicada en la placa o en un plano antiguo.

La lista completa de datos útiles en cualquier pedido se encuentra en el artículo sobre qué preparar para una solicitud de oferta. El calendario de un pedido se explica en el texto sobre los factores que determinan el plazo de entrega de una pieza fundida.

Derecho a reproducir la pieza

La pieza puede estar protegida por derechos de propiedad industrial, por ejemplo como diseño industrial registrado o como solución cubierta por una patente. Antes de encargar una copia, asegúrese de que puede fabricarla, sobre todo si las piezas van a comercializarse. En caso de duda, conviene aclararlo con el titular de los derechos o con un agente de patentes antes de hacer el pedido.

Preguntas frecuentes

Reproduciremos la pieza a partir del original

La tradición familiar de la fundición se remonta a 1950 y comenzó con la modelería para fundición. Hoy, nuestra fundición de Poznań combina escaneado 3D y preparación de modelos de fundición con la fundición de aluminio y el mecanizado CNC. Envíenos fotos de la pieza para solicitar presupuesto y descríbanos para qué sirve: le indicaremos si es mejor reproducirla, repararla o fabricarla de otra manera.

Fuentes y normas

• M. Perzyk (ed.), Fundición, WNT, Varsovia – cap. 2.1 (p. 106), 2.2 (tipos de modelos), 3.1 (aleaciones de aluminio, tabl. 3.8), 3.2 (principios de diseño para fundición, tabl. 3.12), 3.3 (tabl. 3.20–3.23), 4.2.6 (análisis de la composición química), 5.2–5.3 (compactación de la arena y moldeo, tabl. 5.2).
• PN-EN 1706:2020+A1:2021 – Aluminio y aleaciones de aluminio – Piezas fundidas – Composición química y propiedades mecánicas