Impresión 3D o mecanizado CNC: ¿Cuál es mejor para el prototipaje?

Es evidente que la impresión 3D es una tecnología de rápida evolución, de enormes y numerosas ventajas sobre los procesos de fabricación al uso. No obstante, queda mucho avance todavía para que sea utilizada como método de producción en masa, accesible y rápida, condiciones éstas imprescindibles en el mundo industrial.

El mecanizado CNC o control numérico por computadora, es otra técnica sustractiva bastante común para la producción de piezas.

Veamos algunas ventajas y desventajas de cada uno de estos métodos.

Fabricación sustractiva vs. Fabricación Aditiva

Podría decirse que son conceptos opuestos o contrarios. La diferencia clave está en que la impresión 3D es una forma de fabricación aditiva, mientras que el mecanizado CNC es sustractivo. Esto significa que el mecanizado CNC comienza con un bloque de material (llamado espacio en blanco) y corta o sustrae el material para crear la pieza buscada mediante cortadores y herramientas giratorias que irán dando forma a la pieza.

Algunas de las ventajas del mecanizado CNC incluyen una gran precisión dimensional y muchos materiales compatibles, como madera, metales y plásticos.

La impresión 3D, o fabricación aditiva, conforma partes que se crean capa por capa utilizando materiales como filamentos de plástico (FDM), resinas (SLA / DLP), plásticos o polvos metálicos (SLS / DMLS / SLM). Usando una fuente de energía como un láser o una extrusora calentada, las capas de estos materiales se solidifican para formar la pieza terminada. Las ventajas de la impresión 3D incluyen su libertad de forma, aplicaciones en muchos sectores, precisión, velocidad y capacidad para reducir costos y peso en las piezas.

Impresión 3D + fabricación CNC

A pesar de estas diferencias, hay varios ejemplos de máquinas que han intentado combinar estas dos formas de fabricación. Un modelo destacado, el ZMorph 2.0 SX., ejemplo de impresora dual, se comercializa como un molino CNC que también funciona como una impresora 3D que incluye un molino CNC con 3 ejes, así como un cabezal de impresión debido a sus cabezas intercambiables. Varias marcas han cerrado recientemente exitosas campañas de Kickstarter con estas máquinas combinadas, como la impresora 3 en 1 de Mooz.

La impresora 3D ZMorph SX 2.0incluye cabezales de CNC e impresión 3D

Impresión 3D o Mecanizado CNC: Materiales

Tanto la impresión 3D como el mecanizado CNC son compatibles con una amplia variedad de materiales, incluidos los plásticos y los metales. Sin embargo, la impresión 3D está más centrada en los plásticos en general, aunque esto está cambiando rápidamente a medida que aumentan los fabricantes de la impresión 3D de metal como 3D Systems, Arcam, Desktop Metal y Markforged que están desarrollando formas mejores y más asequibles de impresión 3D.

Los plásticos más utilizados en CNC incluyen:

• ABS
• Nylon (PA66)
• Policarbonato (PC)
• Acrílico (PMMA)
• Polipropileno (PP)
• POM
• PEEK

Metales usados en CNC

Un metal muy usado en el mecanizado CNC es el aluminio, utilizado por las empresas de prototipos para crear prototipos de alta calidad en una variedad de industrias. El aluminio es reciclable, tiene buenas cualidades de protección y puede crear prototipos efectivos para el mecanizado.

Otros metales de uso común incluyen:

• Acero inoxidable
• Aleación de magnesio
• Aleación de zinc
• Titanio
• Latón.

Plásticos en la impresión 3D

Los termoplásticos más utilizados incluyen:

• ABS
• PLA
• Nylon
• ULTEM

 pero también fotopolímeros como ceras, resinas calcinables o biocompatibles.

Algunas impresoras 3D también permiten la impresión de partes en arena, cerámica e incluso materiales biológicos.

Los metales más comunes utilizados en la impresión 3D

• Aluminio
• Acero inoxidable
• Titanio
• Inconel

Todavía es caro imprimir en 3D pues se requieren máquinas industriales.

Algunos materiales como superaleaciones o TPU (material flexible) no se pueden crear con CNC, por lo que se debe utilizar la impresión 3D.

Algunos plásticos que están disponibles para la impresión 3D y para el mecanizado CNC

USOS de la Impresión 3D o Mecanizado CNC

La impresión 3D es más fácil de utilizar que el mecanizado CNC, pues una vez el archivo está preparado, solo es necesario elegir la orientación, el relleno y los soportes de la pieza, si es necesario. Una vez ha comenzado la impresión, no requiere de supervisión hasta que la pieza esté terminada. Los requisitos posteriores al procesamiento dependen de la tecnología.

Sin embargo, el mecanizado CNC es un proceso mucho más laborioso. Éste requiere que un operador capacitado elija entre diferentes herramientas, velocidades de rotación de las mismas, la ruta de corte y cualquier reposición del material a partir del cual se está creando la pieza. Existen también técnicas de postprocesamiento que pueden requerir más tiempo.

El mecanizado CNC es un proceso mucho más laborioso que la impresión 3D

El mecanizado CNC requiere un operador especializado en la impresión 3D por el contrario, no es necesario.

Precisión, limitaciones de tamaño y complejidad geométrica

Aunque hay varias tecnologías de impresión 3D, se compara aquí el mecanizado CNC con SLS, FDM industrial y la impresión 3D de metal (DMLS). En términos de tolerancia, el mecanizado CNC es superior a todos los procesos de impresión 3D, incluso DMLS. Sin embargo, con espesores de capa mínimos, la superioridad no es tan profunda, y no es tan precisa como  cuando utilizamos DMLS.

No obstante, los procesos de impresión 3D de fusión de polvo, como SLS y DMLS, están limitados en su volumen de construcción. Incluso las tecnologías con mayores volúmenes, como FDM, no pueden competir con el mecanizado CNC en términos de tamaño máximo de piezas.

La impresión 3D es reconocida por sus ventajas en la creación de piezas con alta complejidad geométrica. Aunque se requieren soportes para algunas tecnologías, la impresión 3D puede crear piezas con geometrías que ningún método de fabricación tradicional puede replicar. Tecnologías como SLS y Multi Jet Fusion de HP pueden incluso hacer esto sin ninguna estructura de soporte.

En Lasertek seguimos el crecimiento que va teniendo el sistema de impresión 3D, tanto con materiales metálicos como con otros, según las necesidades. Día a día se va generando mayor expectación, su demanda va en claro crecimiento, y no dejan de llegar al mercado empresas y modelos de impresión 3D nuevos.

En la última feria de Subcontratación de Bilbao, a la que Lasertek asistimos como expositores, vimos como la impresión 3D, era unos de las técnicas que más expectación generaba entre los asistentes, viendo los muchos avances que se están alcanzando para diferentes sectores .

Pero, en el sector del metal, ¿está la impresión 3D en situación de desbancar al mecanizado CNC, para prototipaje y producción?

Ahora mismo creemos que no, a corto plazo no lo desplazará, pero si creemos que hay sectores en los que la impresión 3D, como el sector de la salud, en los que tienes más potencial, y ya se utiliza cada vez más.

El tiempo nos dirá, si los dos procesos seguirán en paralelo, acomodándose, cada uno en los trabajos que mejor encajen en sus características y soluciones, por dimensiones , series , materiales, etc.

Victor M. Fernández, Director comercial, Lasertek.

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Referencias y original:
https://www.3dnatives.com/