El Colado de precisión o Fundición de precisión también llamado Cera perdida, es un proceso que se utiliza para la fabricación de piezas en serie y permite colocar casi todos los metales metálicos.
Es una de las técnicas metalúrgicas de formación de metales conocidos más antiguos ya que se emplea desde hace 5.000 años, de manera independiente y paralela por los sumerios, indios, chinos, mesoamericanos e incas, la cual fue adoptada por civilizaciones contemporáneas o posteriores. Sin embargo, se empezó a usar como proceso industrial en el Siglo XIX. Esta técnica fue usada en Mesoamérica y el norte de Sudamérica, y permitió la producción de formas complejas y delicados detalles en metal fundido
La cera de abeja se utilizó por miles de años debido a su textura, dúctil y blanca que permite moldear con más facilidad. En la actualidad existen otros materiales que pueden sustituir a la cera de abeja para realizar el modelo como son la parafina y las arcillas poliméricas.
La mayoría de los moldes de esculturas se hacían en yeso, pero se pueden también hacer flexibles con silicona, u otro material similar, sujeta por una madreforma de escayola, resina más fibra de vidrio u otros materiales. El número de piezas del molde será menor en un molde flexible, pero el molde de escayola es más barato.
Dentro del molde se vierte la cera de la reproducción a fundir, la cual suele tener dos capas. La exterior es una cera blanda con mayor capacidad para copiar los detalles del molde. La interior, cuando sea necesaria, es más rígida para dar consistencia a la reproducción. Generalmente las ceras van a tener un grosor uniforme que será el que tendrá posteriormente el metal. El molde debe ser prácticamente estanco, esto es que está completamente cerrado, lo que obliga a fijarlo fuertemente con unos ganchos. Cuando la cera vertida endurece, se abre y se extrae el modelo de cera. Endurecida la escayola, la pieza se “desmolda”, obteniendo una reproducción en positivo casi idéntica al modelo original, que se debe repasar para corregir posibles errores, burbujas, rebabas de la línea de unión de las piezas del molde, etc.
Partiendo de un modelo elaborado en cera, este se forra con un material maleable pero que endurezca despacio como la escayola o arcilla, y que sea refractario, esto es que resista la acción del fuego sin alterarse. Se aplican tantas capas como sea necesario, para crear un molde hermético, de una sola pieza.
Se colocan soportes de acero o de otro metal como clavos o alambres, que se introducen en el modelo para sujetar el núcleo, que habrá de formar la parte hueca de la escultura. Igualmente, se suelen abrir pequeños orificios, llamados “bebederos”, que se pueden realizar colocando canutos de papel encerado, que atraviesan el molde. Por el orificio principal, en forma de embudo, se vierte el material fundido. Actualmente, la primera capa se hace de material cerámico refractario, de gran precisión, compuesto de polvo de sílice, el resto puede ser de ladrillo refractario más basto.
Cuando se ha endurecido el molde definitivo, con sus “bebederos” y “clavos”, si la escultura es pequeña, se puede verter directamente el bronce fundido hasta amacizarlo. Si la figura es monumental es conveniente conseguir que sea hueca, pues la cantidad de bronce puede ser excesiva, repercutiendo tanto en peso como en coste económico.
Para obtener una escultura hueca se vierte por el orificio principal una pequeña cantidad de cera que quede adherida a las paredes del molde cubriendo por completo su superficie interna; se pueden verter varias capas para obtener un mayor grosor de la futura capa de bronce. A este proceso se le conoce como el método directo, que fue el primero en ser desarrollado y que no permite que existan más reproducciones de la misma obra, ya que se pierde durante el proceso.
El interior sigue quedando vacío y se rellena con una sustancia que va a actuar como un núcleo provisional: una solución de ladrillo poroso molido y escayola, por lo que al endurecer queda un alma ligera pero maciza y resistente, sujeta por los “clavos” del molde, de modo que no se mueve y no deforma la cera. El molde, convertido en un bloque sólido y resistente, ya se puede llevar al horno de mufla.
En el método indirecto, se hace un molde de la pieza a reproducir. Este consta de una parte blanda, que se hace en la actualidad con silicona, antes del siglo XX se usaba la gelatina. Tiene un contramolde rígido, que puede ser de yeso o fibra de vidrio. Por medio de baños se va añadiendo la cera, hasta lograr el grosor deseado. Este molde puede ser reutilizado para generar más originales múltiples.
Proceso de fundición
Al introducir el molde en la mufla, en posición invertida, la cera se derrite y sale por los “bebederos” o por el orificio principal, pero el núcleo queda fijado por los clavos manteniendo la misma separación y disposición y dejando un hueco homogéneo entre el alma y el molde. Ese hueco es el que será rellenado por el bronce fundido al ser vertido por el orificio principal.
Los metales disminuyen su volumen al solidificarse, por lo que, para evitar que se produzcan cavidades al contraerse el metal que conforma la pieza final, la solidificación ha de comenzar en las partes de menor tamaño y más alejadas de los bebederos, continuando de manera gradual en dirección de las mazarotas o respiraderos, los cuales facilitan la salida de aire, asegurando que no queden burbujas ni restos de cera o escayola.
En los respiraderos se tiene el metal a mayor temperatura y con cierta presión hidrostática, con la finalidad de llenar los huecos que se vayan formando debido a la contracción del metal. El proceso puede llegar a durar desde decenas de horas a varios días, dependiendo tanto del tamaño de la figura como del espesor de la misma.
Desmoldado y acabado
Una vez enfriado el bronce, se procede al desmoldado, lo que solo puede hacerse destruyendo el bloque de material refractario, puesto que este es de una sola pieza y no es posible abrirlo sin romperlo. La figura aislada resultante es de textura áspera, porosa y con imperfecciones, junto con los restos de los bebederos. Es necesario que el artista corte los bebederos, lime, pula y abrillante la superficie. Si hay huecos hechos por burbujas, se rellenarían con metal fundido y se limarán hasta lustrar el metal. En la actualidad es común usar arena muy fina proyectada a gran velocidad para el acabado, lo que se conoce como sandblasting o pulido con arena a presión.
La principal ventaja de este procedimiento es la estrecha tolerancia dimensional, que no puede conseguirse mediante otros procesos. Sin embargo, es un proceso en el que se deben controlar numerosas variables para obtener un acabado superficial excelente. Es un proceso caro, por lo que se utiliza para la fabricación de preseries, prototipos y reproducciones artísticas, pudiendo ser utilizado en volúmenes bajos de producción.
Esta forma de trabajar el metal como el bronce, requiere un largo, costoso y complicado proceso junto con una perfecta y adecuada combinación de diversos oficios como los escultores, que definen el proyecto general y lo coordinan; los moldeadores, que crean los moldes de las piezas a elaborar; los fundidores para verter el metal y el horneado, y los cinceladores y patinadores para los detalles finales de las obras realizadas.
Las piezas de fundición permiten la producción de componentes con precisión, repetibilidad, la versatilidad y la integridad en una variedad de metales y aleaciones de alto rendimiento. La Fundición a la espuma perdida es una forma moderna de fundición de precisión que elimina ciertos pasos en el proceso. Generalmente, el proceso de fundición o colado de precisión o cera perdida es más caro por unidad de fundición a presión o fundición en arena, pero tiene menores costes de equipos.
Colado de Precisión para piezas industriales
Para fabricar piezas más pequeñas mediante el proceso de fundición a la cera perdida, el metal fundido se vierte en un molde cerámico desechable. El molde se fabrica con un modelo de cera que es una pieza desechable exactamente igual a la pieza deseada. En un molde de dimensiones exactas se obtienen por colada hasta 100 modelos de cera, todos ellos conectados con el bebedero mediante canales de colada.
El cuerpo del modelo colado en cera se recubre por pulverización con una fina capa cerámica y posteriormente se calienta en un horno para que la cera se funda, el recubrimiento se solidifique y el material que se va a moldear se vierte en el molde así formado.
La Fundición a la Cera perdida conocida en inglés como Investment Casting, también se puede realizar vertiendo el metal líquido en un molde cerámico llamado concha, luego de que el metal se enfría se retira la cerámica y se obtiene la forma que dejó el molde.
En estas piezas coladas de materiales compuestos cada material cumple la función correspondiente a sus propiedades. Por ejemplo, en un cojinete de fricción, el cuerpo de la base de acero presta su resistencia mecánica y la capa de contacto de bronce, sus propiedades deslizantes.
Cuando hay que recubrir por colada piezas de acero o de fundición gris con un metal ligero, se aplica a las piezas calientes una delgada capa de compuesto de Hierro y Aluminio, (Fe -Al) por inmersión en baño de aluminio. Esta capa constituye la base para la adherencia del material ligero que se va a aplicar por recargue.
La fabricación de piezas por este método es de un solo uso, es decir, cada modelo y molde crea una pieza, lo que aumenta el tiempo de producción en comparación con otros procesos de fundición. Sin embargo, es altamente eficiente para piezas con geometrías complejas y detalles intrincados.
La simplicidad de este proceso permite altas tasas de producción y gran precisión dimensional, lo que ha convertido a este método en la solución para muchas piezas complejas que se requieren en grandes cantidades. Además, con la llegada de las tecnologías de Prototipado Rápido (Rapid Prototyping RP), este proceso ha ganado más relevancia ya que los modelos se pueden fabricar en días a partir de una figura digital.
Elaboración de otras piezas para diversas industrias
A pesar de que todos los metales, sean ferrosos o no, pueden ser utilizados en este proceso, éste es idóneo para piezas pequeñas complejas de aleaciones caras o difíciles de mecanizar. Otra de las ventajas de la fundición de precisión es que permite moldear materiales con altos puntos de fusión, como pueden ser el acero, níquel y titanio.
Las piezas fabricadas por moldeo a la Cera Perdida encuentran enormes aplicaciones aparte del sector joyero y el artístico, como por ejemplo en industrias energéticas, aeronáutica, industria automotriz (piezas de motores, distribuidores y adaptadores, soportes, colectores…), maquinaria (piezas de turbinas, bridas, válvulas, impulsores, cubiertas, engranajes…), piezas para el sector militar (tanques, camiones, motores a reacción y otros componentes de defensa), construcción naval, industria médica, ente otras.
El proceso de fundición a la espuma perdida es una forma moderna de fundición de precisión que elimina ciertos pasos en el proceso y se utiliza generalmente para las pequeñas piezas de fundición, pero también se ha utilizado para producir cuadros completos de puertas de aviones, piezas de fundición de acero de hasta 300 kg (660 libras) y piezas de fundición de aluminio de hasta 30 kg (66 libras). Puede producir formas complicadas que serían difíciles o imposibles con fundición a presión, sin embargo, como ese proceso, requiere poco acabado de superficies y sólo un mecanizado menor.
La Fundición Gris es excelente para obtener piezas complicadas de maquinaria pues es muy fluido cuando se haya fundido y llega con bastante facilidad a todas partes de un molde, además de ser maquinable, es duro y frágil.
Las ventajas de este tipo de colado son que las tolerancias son pequeñas del orden de pocas centésimas de milímetro; con muy buena calidad superficial, ausencia de rebabas, no es necesario el trabajo de acabado y pueden fabricarse piezas moldeadas de forma complicada como herramientas de corte o alabes de turbina.