Cómo elegir el mejor material para CNC
Si la inmensa variedad de opciones de materiales para mecanizado CNC te resulta abrumadora, en este blog te explicamos cómo reducir el número de posibilidades a una lista más manejable.
Seleccionar el material adecuado para el mecanizado CNC puede ser decisivo para producir una pieza funcional o un prototipo a un precio razonable.
Cómo crear una lista manejable
Cuando tienes que elegir entre docenas de fichas técnicas, es buena idea priorizar los requisitos de la pieza. Empieza por las propiedades indispensables y, a continuación, identifica y ordena las que serían convenientes o interesantes. De este modo, podrás descartar rápidamente bastantes fichas técnicas y quedarte con una cantidad de alternativas manejable.
Propiedades de los materiales
El primer paso consiste en entender qué significan las propiedades más comunes de los materiales.
Resistencia. Hay muchos tipos de resistencias.
Una de las más comunes es la resistencia a la tracción. La resistencia a la tracción máxima (o UTS) es el punto de ruptura bajo tensión. La UTS se mide en megapascales (abreviado MPa) o en newtons por metro cuadrado. Un material de baja resistencia tendrá menos de 100 MPa; uno de alta resistencia, tendrá más de 400.
La resistencia al impacto puede ser otro factor importante. Además, tal vez necesites que la pieza sea dura y resistente al desgaste. También la fricción puede ser una propiedad valiosa. Hay desde materiales con una fricción muy alta hasta otros en los que esta es muy baja y que son autolubricantes.
Resistencia al desgaste y facilidad de mecanizado
A primera vista, podría parecer que necesitas un material que sea resistente al desgaste y a la abrasión. Sin embargo, debes tener en cuenta que los materiales de este tipo también son difíciles de mecanizar. Se requieren más tiempo y más herramientas para producir la pieza que necesitas, lo que significa que su coste será mayor. A esto nos referimos al hablar de facilidad de mecanizado.
Relación resistencia-peso
Aunque la resistencia es importante, en la fabricación moderna se suele requerir un material con una buena relación resistencia-peso. Por eso, puede ser conveniente tener en cuenta también la densidad y el peso del material. Se refiere, sencillamente, a la relación entre peso y volumen. Suele medirse en kilogramos por metro cúbico.
Elasticidad
Se trata de la capacidad del material para recuperar su forma normal después de estirarlo o comprimirlo. Se usan diversos términos relacionados con esta propiedad para describir los materiales. Si es alta, se suele decir que presentan plasticidad, si es intermedia, que son maleables o duros y si es muy baja, que son rígidos o quebradizos.
Alargamiento
El alargamiento se refiere al cambio de longitud de una pieza en comparación con su tamaño original, o su capacidad para estirarse. Es habitual que se facilite la cifra de alargamiento a la rotura, que se refiere a lo larga que es la pieza en comparación con la longitud original en el momento en que se rompe.
Temperatura
La temperatura de funcionamiento es aquella a la que se utiliza un dispositivo. En el caso de los plásticos, se puede desglosar en temperatura de servicio a corto plazo (que es la que el material puede soportar durante un breve periodo, medido en minutos o, a veces, en horas) y la temperatura de servicio a largo plazo.
También puede ser preciso tener en cuenta la temperatura de fusión del material elegido.
Conductividad térmica
Se refiere a la capacidad de un material para conducir o transferir el calor. En algunas aplicaciones, la conductividad térmica es necesaria; en otras, hay que evitarla o aislar para que no se produzca.
Conductividad eléctrica
Es la capacidad del material para conducir la electricidad. Un buen conductor es el cobre. En cambio, la mayoría de los plásticos son malos conductores o excelentes aislantes.
Algunos materiales especialmente populares
Aunque puedes elegir entre docenas de metales y plásticos, observarás que hay algunos que son más populares que otros. A continuación describimos algunas de las opciones más frecuentes.
Titanio
El titanio es el material de elección en la industria aeroespacial, porque es resistente y ligero y aguanta el desgaste. El problema es que es muy difícil de mecanizar y cuesta muchísimo más que las piezas de aluminio o acero inoxidable. Por lo tanto, si no es imprescindible, mejor elige un metal menos caro.
Aluminio
Las aleaciones de aluminio son fáciles de mecanizar, tienen una relación resistencia-peso elevada y resisten la corrosión (especialmente si son anodizadas). Se utilizan con frecuencia en piezas para aeronaves, pero también para ingeniería en general, componentes informáticos, utensilios de cocina y un largo etcétera. Merece la pena consultar las propiedades específicas de las distintas aleaciones de este metal. La serie 6000 es la que se considera de todo uso, la 7000 es más resistente y la 2000 es deliberadamente más blanda, para aumentar la resistencia a la fatiga.
Acero inoxidable
Hay docenas de categorías y clases de acero inoxidable que puedes estudiar. Todas ellas son resistentes a la corrosión y presentan propiedades mecánicas excelentes.
Aleación 17-4PH. Las letras PH son las siglas en inglés de endurecido por precipitación. Además de ser una aleación de acero inoxidable, es muy resistente al desgaste. Esto la hace ideal para entornos hostiles en los que la pieza puede sufrir desgaste y corrosión. Se utiliza para moldes, aeroespacial, cohetes, válvulas, productos químicos, productos lácteos, elaboración de alimentos y plataformas de petróleo y gas. Al tratarse de aleaciones duras, mecanizarlas resulta caro.
Dos categorías de uso común del acero inoxidable son la 304 (también denominada A2) y la 316 (A4 o categoría marina). La 304 es más resistente y rentable, mientras que la 316 presenta mayor resistencia a la corrosión.
La facilidad de mecanización de los distintos aceros inoxidables varía, pero con todos ellos se tarda más que con el aluminio.
Otros metales
Otros metales que es interesante tener en cuenta son las aleaciones de acero dulce y al carbono, el cobre y el latón. Todos ellos se pueden someter a mecanización, aunque algunos son más duros que otros y más caros de mecanizar.
Plástico ABS
El plástico ABS es moldeable y mecanizable. Además, ofrece una dureza y resistencia al impacto excelentes.
Acetal (o Delrin®)
Se trata de un plástico técnico con elevada resistencia mecánica, buena estabilidad dimensional y un coste relativamente bajo. Esta combinación hace que suela usarse con frecuencia en aplicaciones como engranajes y artículos deportivos.
Nailon
El nailon es otro material estupendo que combina resistencia y flexibilidad. Se utiliza para todo tipo de aplicaciones técnicas en automoción, ingeniería pesada y otros sectores.
Polietercetona (PEEK)
Este material suele utilizarse para sustituir el metal. Es el plástico universal de elección para componentes de gama alta en el sector médico, aeroespacial o la Fórmula 1. Ofrece una elevada resistencia a la abrasión y al desgaste, baja absorción de humedad y bajo coeficiente de fricción.
Policarbonato
Es uno de los materiales más utilizados en la fabricación moderna. Presenta una excelente resistencia al impacto y a la temperatura. Además, es una buena alternativa al vidrio. El policarbonato y los materiales acrílicos son transparentes por naturaleza. Sin embargo, el mecanizado deja un acabado mate que puede pulirse para recuperar la transparencia.
Cómo seleccionar el material adecuado
No cabe duda de que la selección de materiales puede ser una tarea compleja. Sin embargo, con un poco de investigación, puedes aumentar el número de materiales que te resultan familiares. Cuando dispongas de una lista más larga de materiales conocidos, podrás ahorrar dinero o encontrar el material que mejor se ajuste a las necesidades de la pieza. En Protolabs hemos investigado mucho y hemos seleccionado uno a uno para ti los 30 más populares (o alguno más).