Dominar el acabado de superficies de impresión 3D:técnicas esenciales para una calidad superior de las piezas

Primero, comencemos con una introducción al concepto de acabado superficial de impresión 3D. En pocas palabras, es una medida cualitativa de qué tan rugosa es la superficie de una pieza después de la impresión. Una superficie muy lisa se considera "buena", mientras que una superficie rugosa tiene un acabado superficial "malo".

Es un paso crucial en cualquier proceso de fabricación, ya que existen estrictos requisitos de calidad de la superficie para casi todos los productos. Una hoja de papel, por ejemplo, no cumple su función si es demasiado tosca para escribir y no tendrá buen éxito en el mercado.

Por lo tanto, lograr el acabado superficial deseado es una prioridad absoluta para los fabricantes de impresión 3D. A menudo, se trata de un trabajo de posprocesamiento que implica numerosas técnicas, de las que hablaremos más adelante.

Además, el acabado de piezas impresas en 3D presenta un desafío único debido a las cualidades inherentes de los procesos de fabricación aditiva. A medida que las piezas se construyen capa por capa, su superficie se compone de un patrón repetitivo de crestas y valles que deben aplanarse respetando la integridad de la pieza.

Hay varias razones para establecer objetivos específicos para el acabado de superficies de impresión 3D. Estas razones pueden ser tanto superficiales como funcionales. A continuación se muestra una lista resumida de varios de estos motivos.

1. Estética

Un buen acabado superficial aumenta el valor estético de la pieza. Esto incluye elementos de apariencia como color, textura y robustez (brillante/mate).

2. Propiedades mecánicas y químicas

Los métodos de acabado de superficies pueden mejorar el rendimiento de las piezas impresas en 3D. Las piezas metálicas, por ejemplo, pueden revestirse para hacerlas resistentes a la corrosión y conductoras de electricidad. Algunos métodos inducen resistencia a altas temperaturas y desgaste en piezas destinadas a aplicaciones duras y exigentes.

3. Funcionalidad

Ciertas aplicaciones requieren un acabado superficial específico para funcionar correctamente. Un ajuste de interferencia, por ejemplo, depende en gran medida de la calidad de la superficie de las piezas acopladas. Por lo tanto, en otros casos, podría preferirse una superficie rugosa para mejorar la superficie para una transferencia de calor efectiva.

4. Tolerancia de fabricación

Los tratamientos superficiales se utilizan con bastante frecuencia en el acabado de la impresión 3D para llevar una pieza dentro de sus límites de tolerancia dimensional. Por lo tanto, se puede eliminar material adicional o agregar más material para este propósito.

La impresión 3D es un proceso complejo en el que contribuyen muchos factores y piezas móviles. Cada uno de estos factores afecta el acabado de la superficie de la impresión 3D de forma diferente. Un ingeniero debe tener un buen conocimiento de esto para saber qué modificar para obtener el acabado de impresión 3D deseado.

1. Proceso de impresión 3D

El acabado de la superficie de impresión 3D varía drásticamente entre las diferentes técnicas de impresión 3D. FDM, por ejemplo, es propenso a problemas como baja resolución superficial y deformación debido a su proceso de deposición capa por capa. Es comprensible que los métodos a base de polvo, como la impresión 3D SLS, produzcan un acabado superficial granulado, ya que las piezas están hechas de partículas de polvo.

2. Parámetros de la impresora 3D

Los parámetros de impresión 3D juegan un papel importante en el acabado final de la superficie. Por ejemplo, cuanto menor sea el grosor (o resolución) de la capa, más suave se verá la superficie. La velocidad de impresión, el proceso de curado y el relleno también son factores importantes que contribuyen a la calidad de la superficie.

3. Material de impresión 3D

Los materiales de impresión 3D tienen diferentes propiedades y son compatibles con diferentes métodos. Las variaciones en el acabado de la superficie también pueden deberse a limitaciones y propiedades del material.

4. Calidad de la impresora 3D

La construcción y el estado de las impresoras 3D también afectan el acabado de la superficie. Las imprentas de bajo coste no pueden producir piezas con una superficie de alta calidad. Del mismo modo, una impresora 3D vieja y en mal estado también pierde su precisión con el tiempo. Los factores que contribuyen a esto incluyen el estado de los rieles y motores de la impresora 3D, la alineación del marco/base, las capacidades del controlador, el estado de la fuente de energía, etc.

El siguiente cuadro compara las capacidades de acabado de superficies de impresión 3D del popular proceso de impresión 3D.

Proceso de impresión 3D Rugosidad de la superficie (Ra)FDM/FFF10SLD/DLP3SLS13PBF15

Hemos repasado minuciosamente varios aspectos del acabado de superficies de impresión 3D. Ahora, pasaremos a los numerosos métodos que utilizan los ingenieros para el acabado de piezas impresas en 3D.

Estas técnicas varían significativamente en términos de efectividad, costos, requisitos de habilidades y metodología general. A continuación analizamos algunas de las opciones más importantes.

1. Lijado

El lijado es el método más común para el acabado de la impresión 3D. Es un proceso simple en el que se frota papel de lija abrasivo y áspero contra la superficie de la pieza para alisarla. Las características imperfectas de la superficie, como protuberancias y esquinas afiladas, se rompen o se aplanan debido a la fricción durante este proceso.

Es una técnica muy útil ya que es muy intuitiva, económica, eficaz y funciona con la mayoría de materiales. El papel de lija viene en varios grados que difieren en el tamaño del grano. Los grados gruesos tienen granos más grandes y eliminan más material, pero al mismo tiempo dejan una superficie más rugosa.

Por lo general, el proceso de lijado comienza usando grados gruesos y pasando gradualmente a grados más finos a medida que la superficie se vuelve más suave.

Sin embargo, hay que tener cuidado al lijar, ya que es bastante fácil quitar material sobrante y arruinar la pieza. Por lo tanto, también es un proceso que requiere mucho tiempo y puede que no sea adecuado para un trabajo de alta productividad.

El acabado final de la superficie de impresión 3D no es brillante y liso. Más bien, tiene un acabado mate. Para mejorar aún más la calidad de la superficie, se pueden utilizar paños de pulido, papeles de lija extrafinos o pintura/recubrimiento.

2. Mecanizado/Rectificado

Aunque la impresión 3D y el mecanizado CNC a menudo se presentan como tecnologías de fabricación opuestas, enfrentadas entre sí por el dominio de la industria, existen varias vías en las que se complementan entre sí. Una de estas aplicaciones híbridas es el acabado de piezas impresas en 3D.

Muchos métodos de impresión 3D son incapaces de lograr el fino acabado superficial de procesos sustractivos como el mecanizado y el rectificado.

Por lo tanto, un ciclo de acabado de mecanizado/rectificado es muy común después de la impresión 3D. Es muy eficaz para mantener tolerancias estrictas y superficies excepcionalmente lisas. Además, el mecanizado es una herramienta versátil que resulta útil en zonas de difícil acceso, como agujeros interiores o elementos curvos.

Además, es compatible con la mayoría de materiales de impresión 3D, tanto de plástico como de metal.

3. Granallado

El granallado es otra técnica popular de acabado de impresión 3D abrasiva. Como sugiere el nombre, se trata de hacer estallar pequeñas perlas de plástico o vidrio sobre la superficie rugosa. El impacto hace que las imperfecciones de la superficie se aplanen.

Es un método rápido en comparación con el lijado. Además, las cuentas también se pueden dirigir a lugares difíciles de alcanzar y suavizar las superficies internas, a las que no se puede acceder con papel de lija manual.

Por lo general, la voladura comienza a baja presión para juzgar la tasa de abrasión. Esto es necesario ya que una presión adicional puede eliminar material adicional o dañar la superficie. Con una inspección visual adecuada y experiencia, el operador puede aumentar la presión de granallado para optimizar el acabado de la superficie de impresión 3D.

Además, existen otros procesos similares, como el pulido con chorro de arena, el granallado y el chorro de agua, con pequeñas diferencias entre sí.

4. Revestimiento

El revestimiento (galvanoplastia) es el proceso de aplicar eléctricamente una fina capa metálica sobre una superficie de plástico o metal. Es una práctica común para el acabado de piezas impresas en 3D debido a sus amplios beneficios y conveniencia.

En la mayoría de los casos, el revestimiento mejora diversas propiedades materiales de la pieza. Es comprensible que las piezas de plástico impresas en 3D sean débiles y propensas a romperse. Revestirlos con un metal adecuado puede aumentar su durabilidad, resistencia al desgaste y darles la capacidad de soportar temperaturas más altas.

Además, en el caso de piezas metálicas, la galvanoplastia puede inducir varias propiedades útiles, como resistencia a la corrosión y oxidación, soldabilidad y conductividad eléctrica.

Aparte de estos propósitos funcionales, el revestimiento sirve como una excelente manera de mejorar la estética del acabado de una superficie de impresión 3D. Los revestimientos metálicos como el oro, la plata y el cromo añaden un atractivo estético superior a las piezas.

5. Pintura

Pintar es un proceso sencillo y bien comprendido. Tiene el mismo propósito que en cualquier otro lugar:una mejor apariencia. Esto se debe a que, con la pintura, los usuarios tienen la opción de elegir prácticamente cualquier color y aspecto.

Por lo general, el proceso de pintura va precedido de una capa de imprimación y masilla. Esto suaviza ligeramente la superficie rellenando huecos y valles hasta cierto punto y preparando mejor la superficie para una capa (o capas) de pintura.

Además, la pintura también sirve hasta cierto punto para el propósito práctico de sellar. Aunque no es un sellador, en el pleno sentido de la palabra, puede actuar como tal en un papel secundario. Dado el problema de la porosidad que prevalece en la impresión 3D, este es un efecto beneficioso.

¿Qué método de acabado de superficies de impresión 3D es el mejor?

Depende completamente de la aplicación. Esto se debe a que cada método tiene sus pros y sus contras y es adecuado para una clase específica de productos. Si tu única preocupación es la estética, pintar o recubrir es tu mejor opción. Si su producto tiene necesidades funcionales como conductividad eléctrica, por ejemplo, puede considerar un material apropiado para galvanizar.

¿La impresión 3D tiene mejor acabado que el CNC?

Generalmente, el mecanizado CNC supera a la impresión 3D en términos de rugosidad de la superficie. Sin embargo, con las técnicas adecuadas de acabado de superficies y la selección de impresora/método, esta brecha se puede reducir significativamente.