Fabricación aditiva 3D en metal :: Kuzu, mecanizados por decoletaje de precisión

La fabricación aditiva no reemplazará las operaciones de mecanizado por decoletaje en el corto plazo, pero los dos procesos pueden complementarse entre sí.

(Traducción libre de Production Machining)

Al principio, ver cómo encaja la fabricación aditiva en el taller de mecanizado típico puede parecer difícil. Pero a medida que la capacidad de los talleres se expande, es natural considerar la fabricación aditiva. Aunque esta tecnología aún es relativamente nueva para los talleres típicos, es prometedora y ha generado mucho interés.

Para descubrir cómo la fabricación aditiva podría funcionar con el mecanizado por decoletaje de precisión, contactamos a Eric Miller, copropietario y director de Phoenix Analysis & Design Technologies Inc. (PADT), que proporciona una gama de equipos, servicios y soporte de fabricación aditiva. En dicha conversación quedó claro que las impresoras 3D no reemplazarán los tornos en el corto plazo. Sin embargo, hay varias razones para entender y comenzar a explorar esta tecnología.

Para empezar, es probable que los clientes lo piensen y lo hablen. “Quieren asegurarse de que no se están perdiendo algo”, dice Miller. Incluso si la fabricación aditiva no es una buena opción para las necesidades de los clientes, los talleres deben poder explicar por qué. “Saber cuándo es AM (Aditive Manufacturing) y cuándo no es una buena opción, es una ventaja competitiva para un taller”, dice.

Y a pesar de que pueden no ser numerosas en este momento, existen circunstancias en las que la fabricación aditiva puede complementar las tareas del decoletaje. Miller dice que la necesidad de estas aplicaciones está creciendo y presenta grandes oportunidades para la industria del decoletaje de precisión.

Otra razón para tener en cuenta ahora la tecnología de fabricación aditiva es que pronto podría avanzar hasta el punto en que sea un mejor complemento para el mecanizado de precisión. Según Miller, los sistemas que aumentarán la productividad de AM, además de hacer que sea más barato y más fácil de implementar, están actualmente en desarrollo.

¿Qué es la fabricación aditiva?

Según Miller, un buen primer paso para explorar la fabricación aditiva es adoptar la mentalidad correcta acerca de la tecnología. “No trates a la AM como diferente”, dice. “Es solo otra máquina herramienta”.

Como cualquier otra máquina herramienta, requiere materiales, necesita ser programada, y muchas de las piezas que salen de una máquina de AM necesitan un procesamiento posterior. “Es solo una forma diferente de hacer una pieza”, añade.

Son dos los tipos principales de materiales utilizados en la fabricación aditiva: polímero y metal. Cada uno tiene diferentes fortalezas, debilidades y usos, especialmente cuando se trata de cómo se usan en combinación con los procesos de mecanizado:

Polímero. El polímero (o plástico) AM puede producir piezas que no pueden fabricarse mediante los procesos de mecanizado tradicionales, como características internas complejas en implantes médicos. También puede producir piezas únicas rápidamente.

Además, estos sistemas tienden a ser fáciles de programar y se pueden ejecutar sin mucha capacitación o experiencia especial. Sin embargo, la precisión y el acabado de la superficie pueden ser un desafío, y la tecnología hoy solo es rentable para producir pequeños volúmenes de piezas.

Metal. La impresión 3D en metal también puede producir piezas con características fuera del mecanizado normal.

Al igual que las impresoras 3D de polímero, las impresoras 3D de metal luchan con la precisión y el acabado de las superficies. Además, son caras (según Miller), ya que los costes de infraestructura y equipos de capital actualmente oscilan entre $300,000 y $1,2 millones y, a menudo, requieren experiencia especial (como la metalurgia), lo que dificulta su implementación.

Los talleres de mecanizado también deben considerar las propiedades del material de las piezas metálicas impresas en 3D. Las piezas metálicas impresas en 3D pueden reemplazar las piezas fundidas, pero la tecnología no puede reproducir las propiedades del material de las piezas forjadas.

La fabricación aditiva de metales también se puede combinar con métodos de mecanizado sustractivos tradicionales. Los sistemas de fabricación híbridos son máquinas CNC (generalmente máquinas multitarea o fresadoras) con cabezales de deposición metálicos. Este diseño les da la posibilidad de agregar y eliminar acciones dentro de la misma máquina.

Cómo usar la fabricación aditiva (AM)

Según Miller, hay varias formas en que los talleres de mecanizado que se centran principalmente en el torneado podrían usar o encontrar en la fabricación aditiva:

Utillaje y fijación. Para la impresión 3D de polímeros, Miller dice que el uso número uno en el espacio de mecanizado es la herramienta. Aunque el torneado no requiere las herramientas y la fijación complicadas del fresado, la fabricación aditiva puede resultar útil. Por ejemplo, un taller podría imprimir en 3D una funda de plástico para evitar que las piezas delicadas se dañen con el mandril al girar. La manga se ajusta alrededor de la pieza, y ambas entran en el mandril.

Diseños y prototipos. La AM en polímeros también es muy adecuada para el diseño y la creación de prototipos. Para los talleress que hacen muchos prototipos por adelantado, comprar una impresora 3D y hacer el trabajo en casa puede ser más rentable que subcontratar el trabajo.

La impresión 3D de polímeros ofrece un cambio rápido en los prototipos, que se pueden utilizar para determinar la forma, el ajuste y posiblemente la función. “Puede asegurarse que las piezas estén bien antes de ir al mecanizado y hacer 300 o 3.000 de ellas”, dice Miller. Agrega que la impresión 3D puede ayudar a acelerar el proceso de diseño para los ingenieros.

Las capacidades avanzadas de renderización nos permiten visualizar el trabajo en la pantalla de un ordenador bastante bien en estos días, pero no hay nada como sostenerlo en la mano y juntar las piezas para ver si encajan”, dice.

Sustitución de piezas de fundición de metales y piezas soldadas. Se puede utilizar la fabricación aditiva de metal en lugar de varios procesos diferentes para producir piezas.

Por ejemplo, las boquillas de inyección que en el pasado estaban hechas de varias piezas soldadas juntas ahora se pueden imprimir en 3D como una sola pieza. Las piezas fundidas también se están reemplazando con piezas de metal fabricadas de forma aditiva. Cuando estas piezas salen de la impresora 3D, requieren un trabajo adicional.

“No podemos imprimir en 3D superficies realmente muy precisas”, dice Miller. “Todavía tenemos que mecanizar esas superficies críticas”.

Comprender la tecnología de fabricación aditiva, así como sus fortalezas y debilidades ayudarán a los talleres a realizar estas operaciones de mecanizado. Miller ve ésto como un área clave de crecimiento y una gran oportunidad para los talleres de mecanizado. Para los talleress que realizan estas operaciones, agrega que les es útil considerar la impresión 3D como parte de su proceso de crecimiento.

Producir piezas que no pueden ser mecanizadas. Posiblemente la mayor ventaja de la fabricación aditiva es que se puede usar para producir piezas que no se pueden mecanizar.

Las piezas aeroespaciales y los implantes médicos con características internas complejas, por ejemplo, pueden imprimirse en 3D en metal o plástico. Estas piezas deben ponerse en tolerancia utilizando métodos de mecanizado como el torneado.

Reparación de piezas. Según Miller, los sistemas de fabricación híbridos se utilizan principalmente para la reparación. Las capacidades de fabricación aditiva de estos sistemas se utilizan para agregar stock a las piezas dañadas, que luego se pueden convertir en la misma máquina para ponerlas en tolerancia.

Por dónde empezar

Con tantos tipos diferentes de tecnologías, sistemas, marcas y materiales, los talleres que desean comenzar a incorporar la fabricación aditiva en sus operaciones pueden tener dificultades para saber dónde comenzar.

Miller ofrece estas sugerencias:

Externalizar la fabricación aditiva en metal. Debido al coste y la experiencia requeridos, Miller recomienda que los talleres inicialmente subcontraten la impresión 3D en metal. “Que los expertos sean los expertos”, dice.

Luego, cuando el volumen se incremente, los talleres pueden reevaluar si tiene sentido financieramente llevar ese proceso internamente.

Compra una impresora 3D FDM. Según Miller, los sistemas de fabricación aditiva de polímeros se pueden llevar a cabo fácilmente en el taller y no requieren muchos conocimientos especiales para operar. Dice que de los diferentes sistemas de impresión de polímeros en 3D disponibles, los sistemas de modelado por deposición fundida (Fused Deposition Modeling — FDM) son los más fáciles de poner en marcha.

Estos sistemas utilizan filamentos de materiales plásticos, que se extruyen a través de una boquilla caliente sobre el lecho de impresión para formar la pieza de trabajo en capas.

Estos sistemas también se denominan a veces fabricación de filamentos fundidos (Fused Filament Fabrication — FFF) o extrusión de material.

Al elegir una impresora 3D FDM, Miller advierte a los talleres la conveniencia de evitar el uso de máquinas de escritorio baratas para el trabajo profesional. “La calidad simplemente no está allí, y pasarás más tiempo jugueteando con ella e intentando que funcione”, dice. Recomienda que los talleres inviertan entre $10.000 y $50.000 en una buena máquina para comenzar.

En cuanto a dónde comenzar a buscar una impresora 3D, sugiere que los talleres investiguen un poco en internet y hablen con los vendedores para tener una idea de qué sistema es el mejor para sus aplicaciones. Los talleres también pueden hacer que los proveedores de servicios hagan algunas piezas de muestra para tener una idea de lo que pueden producir.

Construir relaciones con proveedores de servicios. Miller señala que los talleres no tienen que comprar sus propias impresoras 3D para comenzar a familiarizarse con la fabricación aditiva. “No necesariamente tienes que traerlo en casa”, dice. “Hay algunos expertos realmente buenos”.

Los talleres pueden encontrar proveedores de servicios de fabricación aditiva y comenzar a establecer relaciones con ellos, por lo que cuando los clientes necesitan esas capacidades, saben a dónde acudir para proporcionarlos. De esta manera, los clientes pueden obtener la experiencia en una ventanilla única. “No es diferente a enviar piezas para otras operaciones”, dice Miller.

Qué tener en cuenta

Miller también destacó un par de desarrollos tecnológicos que podrían hacer de la fabricación aditiva una solución más rentable para entornos de producción de mayor volumen.

Sistemas de polímeros de mayor volumen. Miller predice que dentro de cinco años, varias impresoras 3D de polímeros en polvo y en líquidos de gran volumen saldrán al mercado. “Mayor volumen” para el mercado de fabricación aditiva significa volúmenes de piezas en miles.

Si bien aún no podrán alcanzar los volúmenes de los entornos de mecanizado de alta producción, harán que la impresión 3D sea una solución más rentable para la producción de piezas. “Asegúrese de mantenerlos vigilados porque van a reducir el coste por pieza”, dice Miller.

La tecnología para estos sistemas ya está disponible, incluyendo compañías como Evolve, HP y Carbon, pero aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, y su uso requiere cierta experiencia.

Sistemas de metal de bajo coste. “Esperamos que el AM de metal a bajo coste ocurra pronto”, dice Miller. Según él, ya existen soluciones prometedoras de compañías como Desktop Metal y Markforged, pero aún se están probando y todavía no están ampliamente disponibles. Los sistemas AM de metal más baratos facilitarán a los talleres llevar estos procesos a la empresa.

¿Qué opinas del futuro de la fabricación aditiva y su relación con el mecanizado ‘tradicional’? Tus comentarios son bienvenidos.

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