¿Cómo optimizar el proceso de producción con la llegada del 3D?
Los procesos de fabricación aditiva construyen objetos añadiendo material capa por capa, mientras que la fabricación sustractiva elimina material de una forma sólida para crear piezas. Aunque estos métodos son totalmente diferentes, los procesos de fabricación por sustracción y por adición se utilizan a menudo en paralelo debido a la superposición de sus respectivos campos de aplicación y contribuciones.
Al principio, puede ser difícil entender cómo hacer el mejor uso de cada tipo de tecnología para optimizar el desarrollo y la producción del producto. En ambos casos, tiene sentido utilizar un enfoque en lugar de otro, por ejemplo, un proceso puede ser más útil para un determinado volumen de producción o en una etapa específica del desarrollo del producto.
Producción sustractiva
La fabricación sustractiva es un término genérico para varios procesos controlados de mecanizado y eliminación de materiales que comienzan con bloques sólidos, barras, barras de plástico, metal u otros materiales que son moldeados por la eliminación de materiales mediante corte, perforación y esmerilado.
Estos procesos se realizan manualmente o, más comúnmente, con la ayuda de un control numérico computarizado (CNC).
El CNC
En el CNC se utiliza un modelo virtual diseñado en el software CAD como entrada para la herramienta de producción. La simulación por software se combina con la entrada del usuario para generar trayectorias que guían a la herramienta de corte a través de la geometría de la pieza. Estas instrucciones explican a la máquina cómo realizar los cortes, canales, agujeros y todas las demás características necesarias para la eliminación de material, teniendo en cuenta la velocidad de la herramienta de corte y el avance del material. Las herramientas CNC producen piezas a partir de estos datos de producción asistida por ordenador (CAM), con poca o ninguna asistencia o interacción humana.
Además, los procesos de fabricación sustractiva se utilizan generalmente para crear piezas de plástico o metal para la creación de prototipos, la fabricación de herramientas y el uso final. Son ideales para aplicaciones que requieren tolerancias estrechas y geometrías que son difíciles de modelar, fundir o producir con otros métodos de fabricación tradicionales.
Por supuesto, la fabricación sustractiva ofrece una variedad de materiales y métodos de mecanizado. De hecho, los materiales más blandos son mucho más fáciles de mecanizar en la forma deseada, pero se consumen más rápidamente.
Fabricación aditiva
A diferencia del proceso de eliminación de material de una pieza mayor, los procesos de fabricación aditiva o de impresión en 3D construyen objetos añadiendo material de una capa a la vez, y cada capa subsiguiente se une a la capa anterior hasta que la pieza esté completa.
Al igual que las herramientas sustractivas de CNC, las tecnologías de fabricación aditiva crean piezas a partir de modelos CAD. La preparación de modelos para la impresión en 3D mediante el software de preparación de la impresión o el software de corte (slice cutting) suele estar automatizada, lo que hace que la preparación de los trabajos sea mucho más fácil y rápida que con las herramientas CNC. Dependiendo de la tecnología, la impresora 3D deposita el material, funde y funde selectivamente el polvo o cura los materiales líquidos fotopoliméricos para crear piezas a partir de datos CAM. Las piezas moldeadas en 3D a menudo requieren algún tipo de limpieza y acabado para lograr sus propiedades finales y apariencia antes de que estén listas para su uso.
La fabricación aditiva es ideal para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería y fabricación, incluyendo la creación de prototipos, la fabricación de utillajes y la fabricación de modelos de fundición. Además, la fabricación a medida de piezas finales también se puede hacer con esta técnica y se pueden considerar pequeñas series cuando el rango de mecanizado es complejo, o cuando el coste de fabricación de un molde es alto o para reducir el tiempo de salida al mercado. Las impresoras 3D ofrecen un alto grado de libertad de diseño y pueden producir diseños complejos que serían imposibles o excesivamente costosos de crear con cualquier otro método de producción.
Los materiales más comunes utilizados en la fabricación aditiva son los plásticos y los metales.
¿Cuándo utilizar la fabricación substractiva y aditiva?
Aunque existen diferencias fundamentales, la fabricación sustractiva y la fabricación aditiva no se excluyen mutuamente. De hecho, a menudo se utilizan juntas y en diferentes etapas del desarrollo y producción del producto.
Por ejemplo, el proceso de creación de prototipos se basa a menudo en herramientas aditivas y sustractivas. Los primeros modelos y prototipos son generalmente más baratos y rápidos de producir con procesos de fabricación de plástico aditivos, como la estereolitografía (SLA) o la sinterización selectiva por láser (SLS). Sin duda, la impresión 3D ofrece una amplia gama de materiales para la creación de prototipos funcionales de piezas de plástico. Las tecnologías de aditivos son generalmente más adecuadas para piezas pequeñas y proyectos muy complejos.
Cuando las etapas posteriores del proceso de desarrollo requieren lotes más grandes, los procesos sustractivos se vuelven más competitivos. Los objetos más grandes y menos complejos también son más adecuados para la producción sustractiva. Debido a la gran variedad de opciones de acabado superficial y a la velocidad del proceso, la fabricación por sustracción es a menudo la mejor opción para producir piezas acabadas que requieren tolerancias estrictas.
Los dos procesos
En la producción, los procesos de sustracción y aditivos a menudo se complementan entre sí para la producción de utillajes, plantillas, equipos, soportes, moldes y modelos. Los fabricantes suelen utilizar piezas de plástico moldeado en 3D para piezas rápidas, personalizadas, de bajo volumen o de recambio, y eligen procesos de sustracción de gran volumen o piezas sujetas a un esfuerzo mecánico más extremo.
El uso de la fabricación aditiva y sustractiva da como resultado un proceso híbrido. Esto permite a los diseñadores y fabricantes de productos combinar la versatilidad y velocidad de la fabricación aditiva con la resistencia de las piezas sustraídas.
Sistemas de fabricación de aditivos o sustractivos
Las tecnologías de aditivos y sustractivos están disponibles en varias formas, con una gama de costos y capacidades, desde máquinas de oficina hasta grandes equipos industriales. Aquí hay una tabla para darle ejemplos concretos.
Capacitación
Las impresoras de escritorio están prácticamente listas para usar y requieren una capacitación mínima para configurar la impresión, el mantenimiento, la operación de la máquina y el acabado. Los sistemas de fabricación aditiva para la industria requieren personal dedicado y una formación integral.
Las máquinas CNC pequeñas requieren una capacitación moderada en software, configuración del trabajo, mantenimiento, operación de la máquina y acabado. Los sistemas de sustracción industriales más grandes requieren personal dedicado y capacitación integral.
Requerimientos de instalación
Las máquinas de escritorio/mesa son adecuadas para la oficina y para un entorno de taller de laboratorio con espacio moderado. Las impresoras 3D industriales a menudo requieren un espacio o sala dedicados con control HVAC.
Las pequeñas máquinas CNC son adecuadas para talleres. Las plantas industriales requieren un espacio más grande y dedicado.
Equipo auxiliar
Herramientas y sistemas (algunos automáticos) para limpieza, lavado, post-tratamiento y acabado, según el proceso.
Varios equipos. Los sistemas más avanzados automatizan procesos como el cambio de herramientas, la extracción y manipulación de virutas y la gestión del refrigerante.
Costos de equipo
Las impresoras profesionales de sobremesa cuestan a partir de 3.500€ las de plástico. Máquinas industriales a gran escala para metales a partir de 150.000 €.
Las pequeñas máquinas CNC para talleres parten de unos 2.000 euros. Las herramientas de taller más avanzadas van más allá, según el número de ejes, las características, el tamaño de la pieza y las herramientas necesarias para materiales específicos.
