Lo que necesita saber sobre la fabricación de piezas con geometrías complejas

En el mundo de la fabricación, las "geometrías complejas" se refieren a piezas con diseños tridimensionales con características tales como muescas, espacios huecos o estructuras internas intrincadas. Las geometrías complejas pueden reflejar estructuras más redondas y orgánicas, lo que históricamente ha hecho que su creación sea extremadamente difícil o costosa utilizando métodos de fabricación tradicionales como fundición, fresado CNC o torneado CNC, todos los cuales dependen de herramientas rectas para eliminar el material.

La solución ha sido crear piezas con múltiples componentes que, una vez fabricados, se unen entre sí. Estos pasos adicionales en el proceso de fabricación pueden aumentar rápidamente el costo de producción, así como el costo por pieza cuando sale al mercado.

Sin embargo, los procesos de fabricación aditiva están demostrando ser medios mucho más efectivos para crear piezas geométricamente complejas. Esto se debe a que los métodos de fabricación aditiva crean piezas agregando material una capa a la vez, lo que permite a los ingenieros y diseñadores producir piezas con geometrías complicadas, incluso aquellas con espacios interiores abiertos, como una sola pieza.

Mitigación de pérdidas de costos, tiempo y recursos a través de aditivos

Debido a que los procesos aditivos crean piezas desde cero utilizando materiales en un estado constitutivo, como un líquido o polvo, en lugar de un bloque de material, las piezas con geometrías complejas se pueden crear con mayor eficiencia, a menudo en una sola operación.

Como tal, varios mercados ahora confían en la fabricación aditiva para producir piezas geométricamente complejas. La FAA aprobó la primera pieza impresa en 3D para uso comercial en motores a reacción en 2015 y, desde entonces, la industria aeroespacial ha aprovechado la capacidad de los aditivos para fabricar de manera eficiente inyectores de cohetes, boquillas de combustible y otros componentes estructurales de formas que aumentan la resistencia de la pieza al mismo tiempo que reduce su peso total.

Ciertos implantes y dispositivos médicos también se pueden producir de manera más eficiente y rentable mediante la fabricación aditiva. Algunos reemplazos articulares, como las rodillas y las caderas artificiales, utilizan estructuras reticulares complejas para promover la osteointegración, diseños que serían muy ineficientes, si no imposibles, de crear utilizando métodos de fabricación tradicionales.

Los dispositivos que requieren tubos para transportar aire o fluidos también se pueden producir a través de procesos aditivos, lo que elimina la necesidad de un exceso de tubos y válvulas al combinar múltiples componentes en una sola pieza. Dichos procesos reducen los costos, el tiempo y los recursos necesarios para producir dispositivos y productos médicos.

Para fabricar piezas viables de alta calidad con geometrías complejas, los ingenieros deben evaluar varios factores clave, incluidos el método de producción, los costos de producción y la optimización del diseño.

Métodos y costes de fabricación

Los métodos tradicionales de fabricación son sustractivos, lo que significa que se utilizan herramientas para eliminar material de una pieza de trabajo para dar forma a la pieza o componente. Como tal, existen ciertas restricciones inherentes en cuanto a los tipos de piezas que se pueden crear.

Usando métodos tradicionales, el tiempo requerido para cortar geometrías complejas de bloques de material está directamente relacionado con el costo de producción, algo que es especialmente cierto para las piezas de metal, que tienden a tener ciclos de producción más largos.

La ventaja de los procesos de fabricación aditiva es que dan un vuelco a la noción de que la complejidad geométrica significa inherentemente un mayor costo. De hecho, ocurre exactamente lo contrario:debido a que la impresión 3D crea piezas desde cero, se pierde menos material como desperdicio al fabricar una geometría compleja, lo que se traduce en menos tiempo en la máquina y menores costos de producción.

Prototipos de piezas con geometrías complejas

Las fases de creación de prototipos y pruebas de la producción de piezas con geometrías complejas tienden a ser costosas cuando se ejecutan mediante métodos de fabricación tradicionales. Sin embargo, la fabricación aditiva a menudo garantiza un costo de producto individual bajo desde el principio, aflojando las restricciones de los fabricantes durante el ciclo de diseño.

El uso de métodos de fabricación tradicionales para la creación de prototipos requiere compromisos intensivos de tiempo y costos a lo largo de todo el ciclo de diseño. La fabricación aditiva permite a los diseñadores e ingenieros crear prototipos más rápido y con mayor flexibilidad en términos de características de diseño.

La diferencia de la fabricación aditiva

Cuando se trata de crear piezas geométricamente complejas, la fabricación aditiva es, en general, más rentable en términos de tiempo, recursos y costos que los métodos tradicionales. Los procesos aditivos aceleran la creación rápida de prototipos y los tiempos de producción de extremo a extremo, lo que reduce los costos.

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