¿Es la tecnología de fabricación híbrida el futuro de la fabricación aditiva?

[Crédito de la imagen:DMG Mori]

Si bien la fabricación aditiva y tradicional (sustractiva) a menudo se ha establecido en extremos opuestos del espectro, ¿es este realmente el caso? A medida que avanza la tecnología de fabricación, los beneficios de la fabricación híbrida son evidentes. Los sistemas de fabricación híbridos, equipados con capacidades de fabricación aditiva y sustractiva, podrían cambiar las reglas del juego para la industria. En este escenario, las tecnologías aditivas y sustractivas, lejos de ser métodos competidores, pueden complementarse enormemente entre sí y abrir una gama de oportunidades para una fabricación mejorada y única.

¿Qué es la fabricación híbrida?

El uso de tecnologías sustractivas y aditivas juntas no es un concepto nuevo: por ejemplo, el posprocesamiento de piezas impresas en 3D normalmente implica el mecanizado CNC para lograr una mayor precisión y un acabado de superficie más suave. Sin embargo, también existe otra forma de combinar ambos métodos, dando como resultado lo que se conoce como fabricación híbrida.

Cuando hablamos de fabricación híbrida, nos referimos a la combinación de aditivo y sustractivo procesos de fabricación dentro de la misma máquina .

La fabricación híbrida aprovecha las capacidades más valiosas de ambas tecnologías:la complejidad geométrica de la fabricación aditiva y la alta precisión de los métodos sustractivos. Esto significa que una vez que una pieza se puede crear y mecanizar de forma aditiva en una sola operación, se acelera el proceso de producción.

Por supuesto, esto significa que el diseño de cualquier componente híbrido debe realizarse teniendo en cuenta tanto los requisitos de fabricación aditiva como sustractiva.

Combinando lo mejor de ambos mundos

Una aplicación de los sistemas de fabricación híbridos es la producción de bajo volumen de piezas metálicas. Las máquinas construidas para este propósito generalmente utilizan un sistema de fresado CNC al que se agregan capacidades adicionales, como la impresión 3D boquillas, por ejemplo.

A pesar de la complejidad del diseño que ofrece la impresión 3D de metal, las piezas metálicas requieren un procesamiento posterior extenso, en parte para superar los acabados superficiales ásperos. Y aunque el mecanizado CNC es limitado cuando se trata de producir geometrías complejas, ofrece un alto grado de precisión.

Imperial Machine &Tool Co. es una empresa que ha desarrollado tecnología de fabricación híbrida; aquí, los sistemas AM se utilizan para producir piezas metálicas complejas de uso final, que luego se mecanizan con CNC para obtener precisión dimensional.

Tecnologías híbridas:qué hay en el mercado

Deposición directa de energía (DED) es un método de fabricación aditiva que se puede utilizar en tales soluciones híbridas. DED funciona derritiendo el material mediante un rayo láser o de electrones a medida que se deposita a través de una boquilla en la plataforma de construcción. El material depositado puede luego fresarse con CNC para lograr un mejor acabado superficial y tolerancias más estrictas. Alternativamente, una pieza se puede fresar primero y luego se pueden construir características adicionales de forma aditiva para crear formas más complejas. La tecnología DED es una opción ideal para producir piezas metálicas grandes y reparar componentes clave.

La empresa estadounidense Hybrid Manufacturing Technologies fue la primera en desarrollar un sistema híbrido de deposición y fresado llamado AMBIT ™ en 2013. El La característica más distintiva del sistema AMBIT son sus cabezales de deposición patentados que se pueden agregar a cualquier máquina CNC para producir piezas nuevas o reparar piezas existentes, con un proceso de cambio automatizado.

Consulte el sistema AMBIT de la empresa aquí:

DMG MORI es otro actor clave en el campo de la fabricación híbrida. Su máquina híbrida LASERTEC 65 3D ofrece una boquilla de deposición de material de 5 ejes, lo que permite producir piezas metálicas muy complejas. Optomec, con sede en EE. UU., También es digno de mención:la compañía ofrece dos soluciones híbridas basadas en su tecnología patentada LENS. En primer lugar, su serie de máquinas aditivas híbridas, la más nueva de las cuales (el sistema LENS 850-R) es adecuada para piezas metálicas de gran tamaño, y en segundo lugar su serie de máquinas herramienta, que se pueden integrar en una plataforma CNC estándar.

Los beneficios de la fabricación híbrida

Los beneficios de este tipo de fabricación híbrida son múltiples. En primer lugar, gracias a las altas tasas de deposición de la tecnología DED y el fresado CNC, que se puede utilizar inmediatamente para terminar una pieza impresa en 3D, los tiempos de entrega para la producción de piezas metálicas se pueden acelerar, lo que resulta en un tiempo de comercialización más rápido.

En segundo lugar, los sistemas de fabricación híbridos DED construyen piezas metálicas densas y de alta precisión en tamaños más grandes de lo que permitirían los procesos de fusión en lecho de polvo. Además, estos sistemas suelen tener un brazo multieje, que es capaz de construir una pieza en cualquier dirección sin necesidad de estructuras de soporte.

Otra ventaja de los sistemas híbridos DED es que se pueden fabricar diferentes metales. utilizado en la misma pieza. Por ejemplo, un sistema híbrido puede comenzar con el mecanizado de un bloque de un metal y luego cambiar a otro mediante la fabricación aditiva. A menudo, el revestimiento se logra de esta manera.

La sinterización láser también se puede combinar con el fresado CNC, lo que da como resultado un proceso de lecho de polvo híbrido. Matsuura Machinery Corp. es el principal fabricante de este tipo de sistemas y ofrece su serie LUMEX de máquinas de “fabricación híbrida de sinterización por láser de metales”.

Al combinar la sinterización selectiva por láser y una plataforma de mecanizado que admite hasta 20 herramientas (la LUMEX Avance-60), los sistemas LUMEX pueden producir piezas sin un acabado posterior. El husillo de mecanizado que se incluye en los sistemas también es capaz de llegar a las estructuras internas a medida que se imprimen, creando piezas de alta precisión. Esto no sería posible solo con la fabricación aditiva, durante la cual una pieza se imprime primero y luego se envía al acabado.

Según Matsuura, esta tecnología híbrida es particularmente beneficiosa para la industria de fabricación de moldes, ya que es capaz de reducir los costos de fabricación de moldes y matrices a la mitad en comparación con los métodos convencionales. Sin embargo, otras industrias también pueden aprovechar las ventajas de la tecnología híbrida de lecho de polvo, creando componentes de alto valor con peso reducido y funcionalidad mejorada.

Además, los moldes con canales de enfriamiento conformados complejos se pueden fabricar aditivamente y luego mecanizar con máquinas AM híbridas de lecho de polvo, lo que da como resultado ejecuciones de moldes de inyección un 50% más rápidas y, al mismo tiempo, mejora la vida útil de la herramienta en más de un 30%.

Aplicaciones

Si bien las industrias aeroespacial y automotriz son pioneras en la tecnología de fabricación híbrida (estas industrias suelen tener lotes únicos o pequeños de piezas altamente complejas que experimentan iteraciones frecuentes), la fabricación híbrida podría convertirse en una solución viable para diversas aplicaciones médicas.

Si bien los sistemas de fabricación híbridos aún no se han desarrollado específicamente para aplicaciones médicas, la impresión 3D de piezas médicas y su posterior mecanizado ya es un proceso ampliamente utilizado dentro de la industria. Sin embargo, con el advenimiento de la fabricación híbrida, las prótesis y los implantes dentales específicos para el paciente de alta precisión podrían producirse de forma aún más rápida y rentable.

Sin embargo, la fabricación aditiva híbrida es quizás incluso más beneficiosa en el campo de las operaciones de reparación y mantenimiento. Un ejemplo es GE, que ha utilizado el sistema híbrido de Hybrid Manufacturing Technologies para reparar álabes de turbinas. Gracias a la fabricación híbrida, las características desgastadas y las partes dañadas de una pala de turbina se pueden reparar depositando material nuevo en su superficie y luego mecanizándolo con tolerancias precisas.

Esto no solo elimina la necesidad de producir una pieza nueva desde cero, sino que también reduce el número de pasos necesarios para reparar una pieza. En un caso, el sistema híbrido incluso fue capaz de modificar la forma de la raíz de la hoja agregando una función para una mejor eficiencia energética. Esto no sería rentable con métodos de fabricación exclusivamente tradicionales como la fundición.

El camino por delante

Si bien la fabricación híbrida se encuentra todavía en las primeras etapas de desarrollo, los beneficios que podría ofrecer a la industria manufacturera son infinitos, desde tiempos de entrega más cortos hasta piezas complejas que de otro modo serían imposibles de crear. Se están realizando muchas investigaciones en el campo:por ejemplo, la Universidad de Loughborough es pionera en lo que llama AM híbrida y multisistema para sistemas de metales y polímeros. En última instancia, las tecnologías híbridas podrían convertirse en un cambio de juego industrial, allanando el camino para una fabricación todo en uno más sostenible.

Más como esto:

AM híbrida y multisistema, automatización de AM y más:una entrevista con el profesor Ian Campbell de la Universidad de Loughborough