Publicación común-Métodos de procesamiento y acabado de piezas metálicas impresas en 3D

Las piezas metálicas impresas en 3D rara vez salen de la cámara de construcción en su estado final utilizable. Como-las superficies impresas suelen tener líneas de capas visibles, partículas de polvo sinterizado o parcialmente derretido y soporte-estructuras con marcas testigo que deben abordarse antes de que una pieza esté lista para su uso funcional, ensamblaje o presentación estética. Los métodos de acabado comunes para piezas metálicas impresas en 3D incluyen lijado manual, chorro de arena, volteo, rectificado vibratorio/centrífugo, mecanizado de flujo abrasivo (bruñido por extrusión), galvanoplastia y electropulido, y mecanizado de precisión, rectificado y EDM (mecanizado por descarga eléctrica). Los detalles de cada método se describen a continuación.

El lijado utiliza herramientas como papel de lija y limas para desgastar mecánicamente la superficie de una pieza directamente con la mano y puede mejorar significativamente la rugosidad de la superficie. Las piezas lijadas pueden mejorar el acabado de la superficie en un factor de tres a cinco, y el método es particularmente efectivo para eliminar líneas de capa, bordes afilados y otros defectos superficiales localizados que quedan del proceso de impresión. El lijado manual es flexible - un operador puede centrar su atención exactamente donde se necesita, trabajando en geometrías complejas que los procesos automatizados podrían tener dificultades para alcanzar - pero es comparativamente laborioso-intensivo y lento. Debido a esto, tiende a ser más adecuado para lotes de producción pequeños o para acabados específicos y localizados en características específicas de una pieza en lugar de un tratamiento general de una serie de producción completa.

El chorro de arena utiliza aire comprimido para impulsar un medio abrasivo - óxido de aluminio, perlas de acero inoxidable o perlas de vidrio, entre otras opciones - sobre la superficie de una pieza a alta velocidad, produciendo un acabado mate o brillante uniforme según el medio seleccionado. Sus ventajas incluyen:

Eliminación rápida de rayones en la superficie y marcas de herramientas que quedan durante el proceso de construcción;

No hay cambios en la precisión dimensional de una pieza; el procesamiento generalmente se completa en tan solo unos minutos;

Intensidad de tratamiento ajustable mediante control de presión de aire - se puede utilizar una presión más baja para alterar el color y la apariencia de la superficie, mientras que una presión más alta permite desbarbar bordes afilados y pequeñas protuberancias.

El chorro de arena es muy adecuado para el procesamiento por lotes de piezas con geometrías complejas, ya que el patrón de pulverización puede llegar a huecos y alrededor de contornos a los que sería difícil acceder con herramientas abrasivas rígidas, lo que lo convierte en uno de los métodos de acabado más versátiles y ampliamente utilizados para piezas metálicas de AM.

La rotación coloca las piezas junto con un medio abrasivo - como un medio cerámico o un medio de acero - dentro de un tambor o barril giratorio, donde la fricción mecánica entre las piezas y el medio suaviza la superficie con el tiempo. Las características clave de este método incluyen:

Es más adecuado para piezas con geometrías relativamente simples, como componentes cilíndricos o en forma de bloque-, donde la acción de giro puede establecer un contacto constante en toda la superficie;

Se pueden procesar varias piezas simultáneamente, lo que proporciona al método un rendimiento relativamente alto para el acabado por lotes;

Su eficacia en superficies internas o estructuras complejas es limitada, ya que es posible que los medios giratorios no puedan llegar a canales internos, huecos profundos o estructuras reticulares intrincadas - una limitación real dada la frecuencia con la que se utiliza AM metálico precisamente para producir tales geometrías internas.

El rectificado vibratorio y centrífugo utiliza discos centrífugos o sistemas cilíndricos, en los que la fuerza centrífuga impulsa medios abrasivos contra la superficie de la pieza para ofrecer un acabado de alta-energía y alto-volumen. Sus principales ventajas incluyen:

Eliminación rápida de material, lo que lo hace ideal para operaciones de pulido, desbarbado y redondeado de bordes-;

Idoneidad para el procesamiento por lotes de piezas pequeñas, aunque el equipo especializado involucrado conlleva un costo inicial comparativamente más alto que los métodos más simples como lijar o girar.

Debido a que el proceso concentra la energía con mayor intensidad que el volteo estándar, puede lograr en minutos lo que el volteo convencional podría tardar horas en lograr, lo que lo hace atractivo para entornos de producción donde el rendimiento importa tanto como la calidad de la superficie.

El mecanizado de flujo abrasivo, también conocido como bruñido por extrusión, utiliza un pistón hidráulico para forzar un medio abrasivo viscoso - cargado con finas partículas abrasivas - hacia adelante y hacia atrás a través de las superficies internas de una pieza de trabajo, como orificios, canales o cavidades, logrando una forma precisa desde adentro hacia afuera. Las características de este método incluyen:

Control preciso sobre la geometría de la superficie interna, capaz de formar radios consistentes o eliminar rebabas de los conductos internos;

La aplicabilidad a regiones en las que es difícil o imposible que los procesos de pulido tradicionales alcancen - canales internos y cavidades complejas es un excelente ejemplo, y un área donde la impresión 3D de metal con frecuencia produce geometría a la que el acabado convencional simplemente no puede acceder;

Eliminación de material controlable, aunque el tiempo de procesamiento tiende a ser más largo que con los métodos mecánicos de superficie, ya que el flujo abrasivo debe pasar a través de la pieza repetidamente para lograr el acabado deseado.

La galvanoplastia utiliza una corriente eléctrica para depositar iones metálicos de una solución - como oro, plata o cromo - sobre la superficie de una pieza, formando una fina capa funcional o decorativa. Sus objetivos principales incluyen mejorar la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, la conductividad eléctrica y la apariencia general, lo que la convierte en una opción común cuando una pieza metálica de fabricación aditiva necesita propiedades funcionales más allá de las que el material impreso base por sí solo puede proporcionar.

El electropulido, por el contrario, utiliza una corriente eléctrica para disolver el material de la superficie de una pieza, reduciendo la rugosidad de la superficie al suavizar picos y valles microscópicos. Es particularmente adecuado para pulir piezas con formas irregulares, donde las herramientas de pulido mecánico tendrían dificultades para mantener un contacto uniforme, y puede mejorar significativamente la apariencia de la superficie y reducir los defectos superficiales relacionados con la fricción-.

Ambos procesos requieren un control cuidadoso de la densidad de corriente y la composición del electrolito para lograr resultados consistentes y repetibles. La distinción clave entre ellos es que la galvanoplastia es un proceso aditivo - el material se deposita sobre la superficie - mientras que el electropulido es un proceso sustractivo - el material se elimina de la superficie. Comprender esta distinción es importante en la práctica, ya que elegir el incorrecto para un requisito de tolerancia determinado puede agregar espesor no deseado o eliminar más material del que el margen dimensional de una pieza puede tolerar.

El mecanizado y el rectificado utilizan fresadoras CNC, tornos y equipos similares para cortar directamente el material de una pieza, logrando un control dimensional y de forma de alta-precisión. Los acabados superficiales que se pueden lograr a través de esta ruta pueden alcanzar menos de Ra 0,8 μm, un nivel de suavidad que la mayoría de las superficies con acabado-impreso o multimedia-no pueden igualar por sí solas.

El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) utiliza descargas de chispas eléctricas entre un electrodo y la pieza de trabajo para erosionar el material, lo que lo hace muy adecuado para el acabado de aleaciones endurecidas o cavidades internas complejas que serían difíciles de alcanzar con una herramienta de corte. Su principal inconveniente es la velocidad de procesamiento, que tiende a ser considerablemente más lenta que el mecanizado convencional.

Tanto el mecanizado/rectificado como la electroerosión requieren equipos especializados y operadores capacitados, y generalmente están reservados para piezas con requisitos de tolerancia estrictos. - los componentes aeroespaciales son un ejemplo representativo, donde la precisión dimensional y la integridad de la superficie afectan directamente el rendimiento de la pieza y los márgenes de seguridad.

La selección del método de acabado adecuado para una pieza metálica impresa en 3D depende de la geometría estructural de la pieza, sus requisitos de precisión y la escala de producción involucrada. Los métodos mecánicos, como el lijado y el chorro de arena, son muy adecuados para el tratamiento superficial rápido y de uso general-donde el tiempo de respuesta importa más que lograr las tolerancias más estrictas posibles. Los métodos químicos y electroquímicos, como el electropulido y el galvanoplastia, generalmente se eligen para mejorar el rendimiento funcional -, la resistencia a la corrosión, la conductividad o las características de desgaste - en lugar de hacerlo por razones puramente cosméticas. Los procesos de alta-precisión, como el mecanizado y la electroerosión, están reservados para piezas que deben cumplir estrictos requisitos de tolerancia, donde el coste añadido y el tiempo de procesamiento se justifican por la criticidad de la aplicación.

En la producción del mundo real-, es común combinar varios de estos métodos dentro de un único flujo de trabajo de acabado -, por ejemplo, arenar una pieza para eliminar las incrustaciones de la superficie e igualar su apariencia, seguido de un mecanizado específico en superficies de contacto críticas y un acabado con electropulido para lograr una superficie lisa y una mejor resistencia a la corrosión en el componente terminado. Este tipo de enfoque en capas permite a los fabricantes equilibrar el costo, el rendimiento y la calidad final de la pieza, en lugar de depender de un único método de pos-procesamiento para cumplir con todos los requisitos a la vez.