¿Es necesario realizar mecanizado de precisión CNC después de la impresión 3D de metal?

1. El núcleo de la tecnología: la capacidad de los materiales aditivos y sustractivos para trabajar juntos
La principal distinción entre el mecanizado de precisión CNC y la impresión 3D de metal es lo que los hace trabajar juntos en el proceso de fabricación:
Diferentes formas de formar
La impresión 3D de metal fabrica cosas fundiendo polvo de metal una capa a la vez. La superficie muestra patrones de capas típicos y rastros de charcos de fusión. Puede haber problemas con la microestructura, como polvo que no se ha fusionado y microporos. El mecanizado de precisión CNC utiliza herramientas de corte para eliminar materiales, creando un efecto de espejo con Ra0,8 μm o menos, y puede gestionar tolerancias dimensionales dentro de ± 0,01 mm.
Límite de capacidades del proceso.
La impresión 3D tiene algunos beneficios. Por ejemplo, puede crear estructuras complicadas que son difíciles de crear con métodos más antiguos, como canales de enfriamiento conformes, estructuras reticulares de reducción de peso y cavidades con muchos ángulos. Por ejemplo, la pala de un determinado motor de aviación utiliza impresión 3D para hacer que el interior sea hueco, lo que reduce el peso en un 40% manteniendo la resistencia de la estructura.
Beneficios del mecanizado CNC: Mecanizado más eficiente para formas comunes como planos y cilindros, y sin necesidad de lidiar con estructuras de soporte sobrantes. Por ejemplo, el fresado CNC logró que la rugosidad de la superficie de un determinado eje de transmisión de un automóvil fuera de Ra0,4 μm, lo que satisfizo las necesidades de resistencia al desgaste para una rotación de alta-velocidad.
La tendencia de la fabricación híbrida
El método híbrido de "impresión 3D + mecanizado de precisión CNC" se está convirtiendo en estándar en la industria. Por ejemplo, una empresa que fabrica moldes de precisión utiliza la impresión 3D para fabricar un núcleo de molde con tres capas de canales de refrigeración interiores. Luego, emplean mecanizado CNC para hacer que el proceso de enfriamiento sea un 30% más eficiente y reducir el tiempo de entrega de 14 a 5 días.
2. Demanda de la industria: varios criterios para la rugosidad de la superficie.
Las distintas industrias tienen distintas necesidades de calidad de la superficie, lo que afecta directamente la necesidad de mecanizado de precisión CNC:
campo aeroespacial
Las piezas deben poder soportar condiciones duras (alta temperatura, alta presión y alta tensión), y los defectos de la superficie pueden provocar grietas por fatiga.
Un ejemplo común es que el mecanizado CNC reduce la rugosidad de la superficie de sellado de Ra12 μ m a Ra0,8 μ m cuando se imprime en 3D un determinado tipo de boquilla de motor de cohete. Esto extiende la vida útil del sellado a altas temperaturas de 50 a 200 veces.
Elección de un proceso: Las piezas clave, como las superficies de sellado y las superficies de contacto, deben mecanizarse con precisión CNC. Las superficies no-portantes pueden conservar texturas impresas para ahorrar peso.
Campo de implantes médicos.
Requisito esencial: la rugosidad de la superficie influye en la probabilidad de unión de células óseas y de proliferación bacteriana.
Una prótesis de articulación de cadera de aleación de titanio debe tener una calidad de superficie de Ra1,5 a 2,5 μm para permitir que el hueso crezca en ella. Cierta empresa fabrica prótesis corporales mediante impresión 3D. Luego, para suavizar la superficie hasta Ra0,8 μm, emplean una combinación de pulido químico y pulido CNC. Esto mantiene la estructura microporosa que se creó mediante la impresión, lo que hace que el cuerpo sea más compatible con los seres vivos.
Elegir el proceso correcto: la superficie funcional necesita un corte preciso mediante CNC, mientras que la superficie estructural puede mantener la textura impresa.
En el mundo de la electrónica de consumo.
La suavidad de la superficie es un factor clave que influye en el aspecto del producto y en su buen funcionamiento óptico.
En un escenario típico, el mecanizado CNC redujo la rugosidad de la superficie de un soporte de cámara de teléfono móvil impreso en 3D-de Ra3,2 μ m a Ra0,05 μ m. Esto hizo que la montura reflejara más luz visible, del 85% al ​​92%, que es lo que necesitan los sistemas de comunicación láser.
Elección de un proceso: la superficie óptica debe mecanizarse con precisión CNC, mientras que la superficie estructural puede mantener la textura impresa.
Industria energética y del molde: la calidad de la superficie debe lograr un equilibrio entre ser resistente a la corrosión y fácil de trabajar.
Se utilizó un núcleo de molde de inyección impreso en 3D-para un automóvil para crear un canal de enfriamiento conformal. Luego, se chorreó arena para hacer la superficie menos rugosa, pasando de Ra15 μ m a Ra 6,3 μ m. Esto aumentó la vida útil del molde de 100.000 usos a 500.000 usos.
Elegir un proceso: para superficies que no se tocan, puedes utilizar métodos de bajo costo-como el pulido con chorro de arena. Para superficies que se tocan, necesita mecanizado de precisión CNC.
3. Costo-efectividad: la lógica económica de elegir un proceso
Para decidir si utilizar el mecanizado de precisión CNC, es necesario analizar detenidamente la viabilidad técnica, el ciclo de entrega y el costo de producción.
Evaluación de viabilidad técnica.
Complejidad estructural: si el producto tiene características que son difíciles de fabricar con CNC (como orificios transversales en el interior o estructuras de paredes delgadas-), la impresión 3D puede ser la única opción. Por ejemplo, la impresión 3D crea la cámara de combustión completa de un motor de avión determinado, lo que evita las dificultades de concentración de tensiones que pueden ocurrir con los métodos de soldadura tradicionales.
Requisito de precisión: se necesita mecanizado de precisión CNC si el requisito de tolerancia es mayor que lo que puede hacer la impresión 3D (como ± 0,01 mm). Por ejemplo, una pieza en bruto para un engranaje de alta-precisión se fabrica mediante impresión 3D, y el rectificado CNC aumenta la precisión del perfil del diente del nivel IT8 al nivel IT5.
Optimización del ciclo de entrega
Para pedidos urgentes, la impresión 3D puede omitir el paso de desarrollo del molde y responder rápidamente a la "entrega de impresión del diseño". Por ejemplo, una empresa de vehículos de nueva energía utilizó la impresión 3D para fabricar un prototipo de soporte para paquete de baterías. Todo el procedimiento, desde el diseño hasta el montaje, duró sólo 48 horas.
Si el tamaño del lote es grande (más de 1000 piezas), el mecanizado CNC puede resultar más económico para la producción por lotes. Una empresa de fabricación de piezas estándar puede utilizar el procesamiento por lotes CNC de conexiones de aleación de aluminio para hacer que un solo artículo sea un 60% más barato que la impresión 3D.
Control del coste total de entrega.
Al utilizar el mecanizado CNC, hay que pensar en gastos implícitos como programación, sujeción y pruebas de moldes. Por otro lado, la impresión 3D puede reducir el coste de las herramientas y el riesgo de iteraciones de diseño. Por ejemplo, la impresión 3D puede crear una pieza estructural complicada de una sola vez, reduciendo el tiempo necesario para cambiar herramientas y rutas de proceso en un 70%.
Tasa de utilización del material: el mecanizado CNC normalmente utiliza entre el 50% y el 70% del material, mientras que la impresión 3D puede utilizar más del 90%. Por ejemplo, la impresión 3D fabrica un artículo particular de aleación de titanio, que cuesta un 40% menos que el fresado CNC.