Colada al vacío: precisión dimensional y integridad estructural para piezas de metal

Vivimos rodeados de aparatos electrónicos. Auriculares, teléfonos, relojes inteligentes, pequeños electrodomésticos como batidoras o tostadoras… Todos ellos suelen requerir detalles finos y acabados suaves, como carcasas o componentes estructurales internos. Éstos pasan por un proceso industrial avanzado para lograr que sean íntegros estructuralmente y precisos dimensionalmente. Y eso se logra eliminando el aire y los gases del molde que contiene el metal fundido que se vierte en él para darle forma.

Como otras muchas de las aplicaciones de nuestro día a día, la colada al vacío tiene su origen en la industria aeroespacial, que requiere piezas precisas y resistentes para satélites y naves espaciales.

Colada al vacío y moldeo al vacío

La colada al vacío o fundición al vacío se usa a menudo como sinónimo de moldeo al vacío, del que ya hemos hablado en este post. Tanto el uno como el otro hacen referencia a un mismo proceso de fabricación que usa el vacío para crear piezas de gran calidad a partir de un molde. Sin embargo, la fundición suele referirse a piezas de metal de las que se quiere evitar defectos como la porosidad o las inclusiones, mientras que el moldeo aplica normalmente a plásticos y materiales poliméricos.

Además, en la colada, se elimina el aire y los gases del molde y se vierte en él el material fundido, mientras que en el moldeo una lámina de plástico se calienta y se sitúa en el molde mediante un proceso de succión. Sin embargo, en esencia, se trata del mismo proceso de fabricación con diferentes materiales.

Un proceso para aumentar la calidad de la pieza

Se recurre a la colada al vacío cuando se quiere mejorar las propiedades mecánicas, la precisión dimensional y el acabado superficial de piezas metálicas específicas que son componentes clave de un producto y que necesitan un alto rendimiento. Sus ventajas la hacen imprescindible para lograr estos resultados.

Una pieza con porosidades o inclusiones puede concentrar tensiones que la debilitan, pierde estanqueidad, se corroe más fácilmente y tiene una apariencia estética más deficiente.

Ventajas de la colada al vacío

El proceso de colada al vacío supone diversas ventajas como:

• Alta precisión: gracias a la colada al vacío se logran piezas con un elevado nivel de detalle, con una gran integridad estructural y precisión dimensional, y un acabado superficial excelente.
• Versatilidad: puede usarse para piezas muy diversas, desde prototipos hasta productos finales, y con amplia variedad de metales, incluyendo aleaciones que son altamente reactivas al oxígeno y que por lo tanto no pueden pasar por procesos de fabricación tradicionales.
• Ideal para volúmenes de producción pequeños: al ofrecer alta calidad y precisión, flexibilidad en el diseño de las piezas y los cambios, requerir una inversión inicial reducida y la capacidad de manejar producción personalizada y prototipos. Además, es particularmente beneficiosa en industrias y aplicaciones especializadas donde cada pieza debe cumplir con estrictos estándares de calidad y precisión.

Los pasos de la colada al vacío

Los pasos de la colada al vacío consisten en extraer el aire, evitando la formación de poros y asegurando un llenado completo y uniforme del molde. Así se obtienen piezas con alta precisión y detalles finos.

1. Preparación del molde

El molde para la colada al vacío tiene que ser apto para elevadas temperaturas (el metal fundido puede superar los 1.000 grados), por lo que suele ser de materiales refractarios (arena, cerámica, etc.), y puede ser permanente o desechable. Además, puede haber pasado por un tratamiento previo antihumedad y para eliminar otros materiales que puedan causar defectos en la pieza final.

2. Colocación del molde en la cámara de vacío

Esta parte del proceso es muy parecida a otros procesos por vacío que hemos visto anteriormente: se introduce el molde en una cámara sellada herméticamente de la que se evacúa el aire y los gases que pueda haber creando un vacío, es decir, una presencia mínima de moléculas.

El aire se evacúa mediante una bomba de vacío, que lo hace generando una región donde la presión es menor que la atmosférica (la de dentro de la cámara), haciendo así que el aire salga de forma mecánica.

3. Vertido del metal fundido

Una vez creado el vacío en la atmósfera en la que se encuentra el molde, se vierte en él el metal fundido. Gracias al vacío, se llena de manera uniforme y no se forman burbujas de gas ni se producen otras uniformidades que se producen por la presencia de partículas.

4. Solidificación y enfriamiento

Una vez lleno el molde, el metal se solidifica. Puede hacerse mediante un proceso específico de enfriamiento al vacío, que ayuda a controlar la tasa de enfriamiento, hecho que aumenta aún más la calidad de la pieza al mejorar sus propiedades mecánicas.

5. Desmoldeo y acabado

Tras la solidificación de la pieza, el molde se rompe (si es desechable) o se abre para extraer la pieza que se ha creado por fundición. En ocasiones puede requerir un proceso de acabado adicional como desbarbado o pulido, o algún tratamiento térmico.

Un proceso ideal para prototipos

La colada al vacío se usa ampliamente en la creación de prototipos ya que permite acelerar el proceso, al no requerir moldes costosos y no requerir otra gran preparación. Además, requiere una inversión inicial menor que otros procesos de fabricación y desperdicia menos mental, por lo que ahorra costes. Por otro lado, al lograr piezas íntegras y de precisión, no requiere repetir tantas veces el prototipo, algo que también repercute en los costes, y a su vez mejora la calidad del prototipo y por lo tanto también la calidad del producto.

Las bombas de vacío necesarias para la colada al vacío

Las bombas necesarias para evacuar el aire de la cámara de vacío en un proceso como este deben ofrecer el caudal, velocidad de vacío y presión final adecuados, además de resistencia a vapores. Por eso suelen ser adecuadas las bombas de paletas rotativas, al ofrecer un vacío elevado y una gran capacidad de extracción, y también las de diafragma, que se usan ampliamente para aplicaciones de bajo y medio vacío, y son muy populares en la industria de los composites.

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