Análisis y optimización del proceso de diseño y producción de piezas de joyería por fundición a la cera perdida mediante la utilización de tecnologías de impresión 3D

Abstract

El proyecto consiste en un análisis detallado de todas las fases que intervienen en el ciclo de desarrollo de un producto de joyería mediante impresión 3D en SLA (estereolitografía) y fabricación a la cera perdida. En base a criterios de diseño de impresión 3D, se han seleccionado modelos de anillos con diferentes características que podrían dar lugar a una mala impresión y aumentaban en complejidad. Fueron impresos en resina calcinable, empleando la Form3 de Formlabs. En la fabricación por SLA los resultados fueron positivos, con un 96,6% de éxito. Con la maquinaria empleada se llegaron a resoluciones de hasta 25 µm. Todas las piezas impresas cumplieron los criterios de diseño. Tras esto se fundieron en latón los modelos de resina mediante la metodología de fundición a la cera perdida por gravedad, con un estudio exhaustivo de rampas de calentamiento, revestimientos, tiempo de solidificación y metales empleados. En los ensayos un 75% de las piezas se llegaron a fundir adecuadamente. En el estudio de calidad del producto final, un 38% cumple los requisitos finales de acabado superficial, dificultad, tamaño de orificios y precisión. El proceso de impresión 3D es idóneo para la fabricación de piezas de joyería de geometría compleja en estereolitografía. El proceso de fundición no ofreció los resultados esperados, con una baja tasa de éxito en las piezas finales. Este método no es el idóneo para la fabricación de piezas con geometría compleja. No son compatibles. Para obtener mejores resultados, la fundición por colada por centrifugación hubiera sido posiblemente la mejor alternativa.

The project consists of a detailed analysis of all the phases involved in the development cycle of a jewellery product using 3D printing in SLA (stereolithography) and lost wax casting. Based on 3D printing design criteria, ring models with different characteristics that could lead to a poor printing process and increased in complexity have been selected. They were printed in castable resin, using Form3 from Formlabs. In SLA printing, the results were positive, with a 96.6% success rate. With the machinery used, resolutions of up to 25 µm were achieved. All the printed pieces met the design criteria. After this, the resin models were cast in brass using a gravity lost wax casting methodology, with an exhaustive study of heating ramps, coatings, solidification time and metals. In the tests, 75% of the pieces were cast properly. In the quality study of the final product, 38% met the final requirements for surface finish, difficulty, hole size and precision. The 3D printing process is ideal for the manufacture of jewellery pieces with complex geometry in stereolithography. The casting process did not exhibit the expected results, with a low success rate in the final pieces. This method is not ideal for the manufacture of pieces with complex geometry. They are not compatible. To obtain better results, centrifugal casting would possibly have been the best alternative.