Sugerencia de Diseño

Cómo alternar entre impresión 3D y mecanizado CNC para piezas de plástico

Looks at material selection, geometry, and surface finish when choosing processes

Hasta hace poco tiempo, conseguir la creación de prototipos o unas cuantas piezas finales mecanizadas era un proceso más largo y costoso. Uno enviaba un plano en papel a su taller de mecanizado preferido, mantenía varios intercambios con el propietario o el encargado para decidir la fecha de entrega y el precio, y esperaba. Si tenía prisa, podía pagar las horas extra necesarias para agilizar la fabricación de las piezas, pero la creación de prototipos seguía siendo cuestión de paciencia. Podía conseguir piezas reales, pero a costa de una inversión y un tiempo de fabricación valiosos.

 

Luego llegaron las empresas de servicios con sus impresoras en 3D. Permitían realizar pedidos rápidos de prototipos de plástico y eran mucho más asequibles que la contratación de un taller local para utilizar una máquina-herramienta. El único problema era el material: aquellos primeros sistemas de estereolitografía (SL) se limitaban a uno o dos tipos de resinas fotopolímeras líquidas, útiles únicamente a efectos de "exposición" o como patrones para fundido y moldeo.

La fabricación aditiva daba todavía sus primeros pasos. Pronto llegaron otros métodos con siglas confusas. Uno de ellos es el sinterizado selectivo por láser (SLS), que utilizaba una base de polvo de nailon en lugar de resina líquida. Se eliminaba así la necesidad de las estructuras de soporte de procesos de construcción como el SL, reduciendo además el postprocesado y ahorrando tiempo y dinero.

 

La estereolitografía no se durmió en los laureles durante ese tiempo. En la actualidad, las piezas SL se hacen con diferentes resinas que imitan algunas de las propiedades de los plásticos aptos para ingeniería. Están disponibles en diferentes colores y resistencias, lo que las convierte en mucho más que un mero objeto de exposición

También el mecanizado ha evolucionado con el paso de los años. Por ejemplo, el servicio de mecanizado CNC de Proto Labs puede ofrecer piezas mecanizadas, de plástico o metal, en menos tiempo del que lleva obtener un presupuesto en otros talleres de mecanizado más tradicionales. Cargue un archivo CAD, elija el material y la cantidad de piezas, y díganos para cuándo necesita las piezas. Es posible que pueda tener sus piezas mañana y a un coste similar al de la impresión en 3D, o incluso inferior para algunas geometrías.

Como ocurre al comprar un smartphone, el problema hoy en día es elegir. ¿Cómo averigua un diseñador o ingeniero de productos qué proceso es el más adecuado para su diseño de pieza? Como el mecanizado tiene al menos un siglo más de historia que la fabricación con aditivos, comencemos por él.

Selección de materiales

En su mayoría, los plásticos son muy fáciles de cortar. Los materiales rellenos de vidrio son algo duros para las fresadoras radiales y los acrílicos pueden astillarse. El teflón es más escurridizo que un político. Pero, en su mayor parte, el mecanizado del plástico es tan sencillo como parece.

Proto Labs puede mecanizar más de tres docenas de tipos de termoplásticos aptos para ingeniería. Algunos de ellos se utilizan también en el departamento de aditivos de Proto Labs, pero en lo que respecta a la selección de materiales y calidad, el mecanizado gana por goleada. Acrílico, acetal, ABS, nailon, PC, PP, PEI y PEEK: éstos y muchos otros plásticos satisfacen las necesidades de prácticamente cualquier diseño de pieza imaginable. Las piezas finales de plástico mecanizadas pueden utilizarse para pruebas de forma y ajuste, e incluso como piezas funcionales en muchos casos.

 

En cuanto a los plásticos para técnicas aditivas, las opciones de material son mucho menores. Las piezas SL se construyen con resinas fotopolímeras que imitan algunas propiedades de plásticos como ABS, PC y PP. Sirven para evaluar la forma y ajuste de los prototipos, pero para piezas funcionales se necesita plástico mecanizado si el diseño lo permite. Las cosas cambian un poco en el caso del SLS, que utiliza nailon termoplástico real para construir las piezas. Este proceso tiende a proporcionar una durabilidad y rigidez adicionales a las piezas impresas en 3D, pero las opciones de color son, literalmente, el blanco y el negro, y los acabados de las superficies distan mucho de los de las piezas mecanizadas.

Geometría

Donde a veces se queda corto el proceso de mecanizado es en la geometría de las piezas. Proto Labs utiliza centros de mecanizado CNC triaxiales. Esto produce piezas que son, en gran medida, ortogonales: una bancada de motor, el cuerpo de una cámara, la placa base de un termostato o, incluso, la propia carcasa del termostato son candidatas ideales para el mecanizado.

Las esquinas internas agudas en paredes verticales suponen un reto, al igual que las contrasalidas y las cavidades mayores de un par de pulgadas, pero casi todo lo demás es fácil de hacer. Proto Labs planea presentar en 2015 un servicio de torneado CNC de plásticos similar a nuestro actual proceso de torneado CNC para metales. Hasta entonces, las piezas de plástico cilíndricas, como un árbol de transmisión para una moto de nieve o la próxima gran bola de enganche de remolque, se pueden seguir fresando (o imprimiendo en 3D).

Por último, hay algunos diseños de piezas que el mecanizado no puede tocar. Ahí es donde los procesos aditivos toman el protagonismo. Sería imposible, por ejemplo, mecanizar una bola de whiffle, pero el SL y el SLS pueden crearla fácilmente. El mecanizado de canales de refrigeración internos para un intercambiador de calor también supondría una gran dificultad, pero está al alcance de la fabricación con aditivos.

Otras piezas son indiferentes. Un anillo de graduación puede mecanizarse o imprimirse, pero la extracción mediante fresado del material interno del anillo creará más residuos y tardará más tiempo. Lo mismo ocurre con un marco de fotos o un juego de servilleteros. Cuando se puede imprimir sólo el material necesario, los aditivos ganan.

Otro factor a tener muy en cuenta en lo que se refiere a la geometría es la posibilidad o no de que la pieza acceda a un proceso de fabricación con capacidad para producir mayores cantidades, p. ej., el moldeo por inyección. Normalmente, una pieza mecanizada facilita el camino hacia el moldeo en mayor medida que una pieza aditiva, por dos razones: el material utilizado en el mecanizado puede repetirse con mayor facilidad en el proceso de moldeo y es más probable que las piezas impresas con geometrías muy complicadas necesiten modificaciones para ser moldeadas eficazmente.

Tolerancias y acabado de superficies

Aparte de las opciones de material, existen otras importantes diferencias entre el mecanizado de plásticos y los procesos aditivos. En términos de precisión y de acabado de superficies, el mecanizado tiende a ser más preciso y tiene una mayor estabilidad dimensional a largo plazo que las piezas SL, siendo los acabados de superficie prácticamente iguales en ambos procesos. Las piezas SLS presentan acabados más ásperos que las piezas SL o las mecanizadas, son más estables que las piezas SL y aproximadamente tan estables dimensionalmente como las piezas de nailon mecanizadas.

Creación de prototipos con moldeo por inyección

El comodín en el debate entre aditivos y mecanizado de plásticos es el moldeo por inyección con entrega rápida. Aunque el moldeo por inyección de Proto Labs suele utilizarse para producciones a pequeña escala, muchos clientes usan también este servicio para fabricar pequeñas cantidades de prototipos y piezas finales con un plazo de entrega similar al de los aditivos y del mecanizado. En este caso, entran en juego diferentes consideraciones de diseño en materia de selección de materiales, geometría y tolerancias, pero quizá éste sea un tema para una futura sugerencia de diseño.

Hay muchas cuestiones que tener en cuenta cuando se trabaja con pequeñas cantidades de piezas de plástico. Si ya tiene un diseño listo, su mejor opción es cargarlo en el sitio web protolabs.es y obtener un presupuesto interactivo de cada una de las diferentes opciones de fabricación para saber cuál ofrece el mejor precio, plazo de entrega y selección de materiales. Si sigue teniendo dudas, consulte nuestro menú completo de materiales, o llame a uno de nuestros ingenieros del servicio clientela al +34 (0)9 11 43 68 30.