¿Impresión 3D o CNC? Elección del método de fabricación adecuado

Impresión 3D y mecanizado CNC son los dos métodos más utilizados cuando se trata de prototipos y producción de bajo volumen. Sin embargo, dado que ambos ofrecen dos enfoques de fabricación muy diferentes, uno aditivo y otro sustractivo, identificar el método de fabricación correcto para su aplicación es crucial para agilizar el desarrollo de productos, lograr una mayor eficiencia y, en última instancia, piezas de mayor calidad.

En este tutorial, veremos las diferencias entre la impresión 3D y el mecanizado CNC y compartiremos algunos consejos sobre cómo elegir el método correcto.

Impresión 3D frente a CNC

Cuando se busca producir prototipos funcionales y / o piezas finales, la impresión 3D y el mecanizado de control numérico por computadora (CNC) pueden ofrecer una variedad de beneficios. Sin embargo, aunque ambos se basan en datos CAD y utilizan una variedad de materiales, las similitudes terminan aquí.

Impresión 3D (o fabricación aditiva) cubre una gama de tecnologías que funcionan depositando material capa por capa en la plataforma de construcción de una impresora 3D para crear una pieza. No se requieren herramientas durante el proceso y se pueden crear piezas complejas sin afectar el tiempo o el costo de producción.

Mecanizado CNC , por el contrario, es una tecnología sustractiva. Esto significa que en lugar de agregar capas de material sucesivamente, el proceso comienza con un bloque sólido de material; Luego, se usa una herramienta para astillar y cortar el bloque a lo largo de una ruta designada por la computadora para darle forma al objeto deseado.

Seguimiento de las diferencias

Requisitos laborales
Dado que el mecanizado CNC implica una gama de maquinaria compleja, el proceso requiere un maquinista capacitado para ajustar las herramientas, definir la trayectoria de corte y reposicionar una pieza para lograr la forma correcta.

La impresión 3D, por el contrario, es un proceso automatizado y, por lo tanto, mucho menos laborioso. Por supuesto, el archivo debe estar preparado para la impresión (incluida la conversión a STL y la definición de la orientación óptima), pero el proceso general no debería llevar más de 30 minutos. Una vez que el archivo está preparado y la impresora configurada, no se requiere ninguna intervención hasta que se completa la pieza.

Tiempo de producción
Para ambos procesos, varios factores pueden afectar los tiempos de producción. El tiempo de fabricación para el mecanizado CNC depende de las características de diseño (tamaño, tipo de material, grosor de la pared, etc.) y del número de características (por ejemplo, tamaño y profundidad de cavidades y orificios). Por ejemplo, las características más pequeñas requerirán velocidades de corte más lentas, lo que agrega tiempo.

Para la impresión 3D, los factores incluyen el volumen del material para la pieza y su altura. Como era de esperar, cuanto más material se necesite, más largo será el proceso de impresión. Algunas características también requieren estructuras de soporte, que pueden agregar entre un 5% y un 15% más de tiempo al proceso de impresión.

Costo
Uno de los beneficios adicionales de la impresión 3D es la capacidad de crear piezas complejas de forma rentable, que es una de las razones por las que la tecnología se utiliza cada vez más para aplicaciones de aligeramiento de metales. Con CNC es todo lo contrario:cuanto más intrincada es la pieza, más lento es el proceso de mecanizado y mayor es el esfuerzo que implica, lo que lleva a mayores costos.

Hay otros factores que pueden afectar el costo de producción, desde los precios de los materiales (CNC e impresión 3D) hasta el costo de reparación o cambio de maquinaria (CNC).

Propiedades de la pieza, precisión dimensional
Dado que el CNC funciona cortando una pieza de un bloque sólido de material, el proceso crea piezas estructuralmente fuertes y dimensionalmente precisas.

Por el contrario, el enfoque sucesivo capa por capa de la fabricación aditiva significa que la tecnología normalmente produce piezas más débiles que el CNC. La impresión 3D de metal puede ser particularmente problemática, con problemas como la porosidad que provocan una resistencia desigual de la pieza.

Residuos de material
El CNC puede producir una gran cantidad de residuos en exceso, ya que elimina material del bloque que, a menudo, no se puede reciclar posteriormente.

En comparación con el CNC, la impresión 3D produce mucho menos desperdicio (del 1 al 3%), con algunas tecnologías como Binder Jetting y SLS que permiten reutilizar cualquier material sobrante.

Tamaño de la pieza
Dado que el mecanizado CNC funciona con bloques de material, es capaz de fabricar piezas a gran escala con relativa facilidad. Por el contrario, la impresión 3D es más adecuada para piezas y componentes más pequeños, aunque los sistemas de AM a gran escala están entrando cada vez más en el mercado.

Posprocesamiento
Las piezas producidas con CNC tienen un excelente acabado superficial y, por lo general, no requieren ningún procesamiento posterior obligatorio.

Las piezas impresas en 3D, sin embargo, casi siempre requerirán algún tipo de posprocesamiento, dependiendo de la técnica elegida (remoción de estructuras de soporte, despojado, limpieza, pulido, etc.). Además, dependiendo de la pieza, la extracción del soporte puede tardar desde 5 minutos hasta unas pocas horas para un lote de piezas.

Consejos para elegir el método correcto

Al decidir el proceso correcto para su aplicación, es importante tener en cuenta las diferencias entre las tecnologías. Además, tenga en cuenta los siguientes consejos:

1. ¿Cuál es su volumen de producción?
La economía de elegir la impresión 3D o el mecanizado a menudo puede reducirse al volumen de producción en ese caso de uso particular y la cantidad de piezas que necesita producir. Es prudente optar por la impresión 3D cuando se necesita un pequeño lote de piezas (menos de 100 piezas) y considerar el mecanizado CNC cuando se apunta a una producción de producción media (menos de 1000 piezas).

Para pequeños volúmenes de piezas altamente complejas a medida, es más barato y rápido imprimirlas en 3D en lugar de utilizar el mecanizado. Desde los gastos, asociados con el equipo en sí, hasta el pago de un operador calificado, los costos del mecanizado CNC son altos.

2. ¿Necesita iteraciones de diseño múltiples y rápidas?
La impresión 3D es la tecnología elegida para aplicaciones de creación de prototipos donde se necesitan iteraciones de diseño rápidas. Con las tecnologías aditivas, solo es necesario modificar el diseño para crear otro prototipo. Con el mecanizado, las modificaciones de diseño son mucho más complejas y requieren múltiples configuraciones y cambios de herramientas, a menudo laboriosos.

3. ¿Qué importancia tiene la complejidad geométrica?
Cuando se trata de la complejidad geométrica, la impresión 3D es suprema. Con la tecnología, se pueden crear geometrías complejas que ningún otro método de fabricación puede reproducir. Y si bien las estructuras de soporte pueden ser necesarias para ciertas tecnologías como la estereolitografía (SLA), otras, como SLS, no las requieren en absoluto.

Además de las estructuras ligeras, la impresión 3D es ideal para producir ensamblajes como un solo componente y piezas que requieren características internas complejas, como canales de enfriamiento conformados para moldes de inyección.

4. ¿Qué materiales necesitas?
Dado que el mecanizado CNC es la tecnología más establecida, existe una mayor gama de materiales compatibles, incluidos metales (incluidos aluminio, acero inoxidable y aleaciones), plásticos (incluidos ABS, nailon, policarbonato, acrílico y PEEK) y madera.

Sin embargo, cuando se requiere un material que no se puede mecanizar fácilmente (como superaleaciones metálicas, titanio o TPU flexible), la impresión 3D es la opción más inteligente. La impresión 3D también puede crear piezas a partir de termoplásticos (incluidos ABS, PLA, ULTEM, PEEK y nailon), resinas, cerámicas y metales.

¿Una solución híbrida?

En la superficie, el mecanizado CNC y la impresión 3D pueden parecer tecnologías mutuamente excluyentes:de hecho, una sustrae material, mientras que la otra lo agrega.

Sin embargo, en muchos casos, ambas técnicas pueden funcionar muy bien juntas, razón por la cual está creciendo el número de máquinas híbridas disponibles en el mercado.

Si bien el CNC tiene la ventaja cuando se trata de lograr una alta precisión dimensional, la impresión 3D puede reducir los costos de producción para una producción de bajo volumen, proporciona una mayor libertad de diseño y ofrece tiempos de respuesta más rápidos. Al combinar los beneficios de ambos métodos, las piezas con formas complejas se pueden imprimir en 3D y luego mecanizar para obtener tolerancias más estrictas y una superficie más suave.

En última instancia, la elección de la tecnología adecuada para sus necesidades dependerá de una variedad de factores, incluido el material necesario, la complejidad de la pieza, el volumen de producción, el presupuesto y el cronograma. Sin embargo, a veces puede que no se trate de elegir solo uno:adoptar un enfoque híbrido puede ayudar a reducir el tiempo y los costos de fabricación al tiempo que permite un proceso de producción más ágil.