3 cosas que hacen que los metales de precisión sean precisos

¿Qué son los "metales de precisión"?

En el mundo del mecanizado de metales, las personas a menudo buscan lo que llaman metales de precisión. Pero, ¿qué significa eso exactamente?

Según la aplicación, el término precisión puede referirse a una serie de características:

• La precisión de las dimensiones de un metal
• La precisión de su composición
• La precisión del desempeño del metal.

Entonces, ¿qué es importante considerar acerca de los metales de precisión para su producto o necesidad de fabricación en términos de estas importantes características?

Dimensiones de metales de precisión

Para nuestros clientes, las dimensiones son el enfoque principal cuando se trata de metales de precisión. De hecho, en Metal Cutting, donde nuestras tolerancias de corte muy estrictas pueden generar valores altos de Cpk/Ppk, nuestros métodos brindan un nivel de precisión dimensional que en realidad puede ser mayor que lo que necesita un cliente.

En general, las dimensiones precisas y el costo están altamente correlacionados, ya que una mayor precisión conlleva un precio más alto. Esto se debe a que lograr dimensiones precisas generalmente requiere maquinaria que tenga las tolerancias más estrictas y que esté hecha de componentes con las tolerancias más estrictas.

Además, para obtener los mejores resultados de esta maquinaria se requieren años de experiencia y los mejores operadores. Por lo tanto, el costo de la maquinaria y la mano de obra (y, en última instancia, el costo de los metales de precisión con dimensiones de las tolerancias más estrictas) es alto.

¿Vale la pena pagar la precisión del láser?

Un gran ejemplo es el procesamiento láser. Aunque puede ser versátil y preciso, produciendo tolerancias estrechas y ranuras pequeñas, el corte por láser suele ser lento y costoso, especialmente para el corte en 2 ejes.

Si bien los láseres de gran potencia pueden hacer cortes más rápidos, al hacerlo, producen acabados superficiales de corte áspero y zonas amplias y profundas afectadas por el calor; probablemente no sean los resultados que busca en las dimensiones de los metales de precisión.

Para el corte de tubos con láser, el interior del tubo debe recubrirse con líquido antisalpicaduras y los materiales deben cortarse con láser uno a la vez, lo que aumenta el tiempo de producción y aumenta el costo.

¿Es el 3D todo lo bueno que parece?

Otro ejemplo de la compensación entre costo y dimensiones es la fabricación en 3D. Aquí, el proceso de sinterización por láser se basa en una serie de variables, que incluyen:

• El tamaño del punto láser
• El tamaño en micras del polvo metálico
• Los intervalos de altura de los escalones del "ascensor" que presentan el polvo fresco para ser sinterizado por láser

En los primeros días de la sinterización por láser, estas gradaciones, especialmente los intervalos de altura de los escalones del elevador, eran bastante grandes en comparación con las modernas máquinas de torneado y fresado de estilo suizo de la misma época.

Por lo tanto, aunque el método 3D podía agregar características de metal que no se podían lograr mediante la sustracción mediante el mecanizado convencional, el producto final tenía un aspecto sorprendentemente tosco. Esto se debió a la resolución comparativamente pobre de la primera impresión 3D.

Si bien la precisión de los intervalos, el tamaño del polvo y el tamaño del láser se mejoran considerablemente en la sinterización láser directa de metal actual, algunas de esas compensaciones básicas permanecen.

Por ejemplo, ha habido algunos avances extraordinarios en la reducción del tamaño del punto láser. Sin embargo, junto con esto viene un aumento en el tiempo requerido para construir una pieza de forma aditiva.

Eso hace que los precios de las piezas sean más altos, y otro ejemplo de dónde una mayor precisión se correlaciona con un costo más alto.

Además, con la naturaleza de la sinterización y los desafíos del recocido, la sinterización por láser de un material como el tungsteno sigue siendo un trabajo en progreso.

Si bien se han logrado algunos avances, por ejemplo, en la prueba de las propiedades del tungsteno impreso en 3D para su uso en protección contra la radiación médica e imágenes nucleares, el éxito sigue siendo difícil de alcanzar por el momento.

Composición de metales de precisión

Hay muchos metales y aleaciones de ingeniería cuya composición los hace "precisos".

Un ejemplo famoso es la aleación de níquel titanio. El NiTi (o Nitinol), utilizado popularmente por primera vez en el pasado para hacer monturas de anteojos, es lo que proporcionaba a las monturas memoria de forma y superelasticidad, lo que permitía que las monturas resistentes resistieran la flexión y recuperaran su forma.

Hoy en día, NiTi se usa ampliamente para tubos en la industria de dispositivos médicos. (Puede obtener más información sobre NiTi y otros materiales de tubos para dispositivos médicos en nuestro informe técnico gratuito).

Otro ejemplo es el elemento de tungsteno, que requiere una composición precisa para lograr los objetivos de rendimiento deseados y muy específicos

Por ejemplo, para operaciones de soldadura automatizada de alta velocidad que requieren altos niveles de conductividad térmica y eléctrica y dureza superior, Metal Cutting ofrece electrodos de alto rendimiento hechos de tungsteno puro.

El elemento de tungsteno y NiTi ilustran claramente la dicotomía básica en la composición química de los metales de precisión:a saber, pureza frente a receta. Para algunas aplicaciones, un metal de precisión es un elemento puro, como el elemento de tungsteno. Pero para otras aplicaciones, es una mezcla que requiere una receta específica.

La receta variará, pero los resultados deben ser precisos.

Las pruebas de pureza se realizan tanto con metales puros de precisión como con los que provienen de una receta, determinando el número de puntos decimales de pureza (p. ej., 99,95 % a 99,99 %) y los porcentajes exactos de los ingredientes (p. ej., 55 % de níquel por peso).

Por ejemplo, NiTi es una mezcla personalizada que varía según el fabricante y nunca es exactamente una mezcla 50/50 de níquel y titanio.

De hecho, aunque debería haber especificaciones ASTM para todos los metales, hay excepciones y NiTi es un buen ejemplo:no hay especificaciones ASTM para él. Incluso los metales "puros", como el titanio puro, pueden tener varias recetas (básicamente aleaciones) y estar disponibles en diferentes grados.

Otro buen ejemplo es el acero inoxidable, que suele estar aleado con otros metales. Diferentes fabricantes producen su propia marca única de acero inoxidable usando una receta secreta que requiere precisión.

De la misma manera que no todas las mantequillas de maní son iguales, incluso cuando usan los mismos ingredientes, no todos los aceros inoxidables son iguales. Cada receta debe cumplir con los requisitos de prueba de pureza para una cierta proporción de ingredientes, combinados de manera consistente y repetida, para producir metales de precisión.

La pureza también puede determinar los resultados.

En nuestro negocio, nuestro elemento de tungsteno puro tiene demanda para su uso en lámparas para proyectores. Todavía se utilizan en aplicaciones como proyectores pequeños, portátiles e independientes que a veces usan los empresarios para mostrar presentaciones desde una computadora portátil o notebook en una pantalla.

Estas pequeñas unidades requieren una lámpara muy intensa y el elemento de tungsteno utilizado debe ser muy puro para lograr ese nivel de rendimiento.

Metal Cutting tiene un 99,999 % de polvo de tungsteno puro, que cuando se vende en forma de varilla proporciona un 99,99 % de elemento de tungsteno puro. Esta pureza ligeramente reducida (<100 %) se debe a una pequeña cantidad de impurezas del equipo de procesamiento.

Rendimiento de los metales de precisión

El rendimiento puede estar estrechamente relacionado con la composición de un metal. Por ejemplo, se puede inventar un nuevo metal o una aleación especialmente diseñada para brindar un rendimiento particular. Un buen ejemplo es el NiTi, el símbolo de las aleaciones superelásticas con memoria de forma.

Una aplicación que requiere el alto rendimiento del punto de fusión del tungsteno, como la famosa bombilla incandescente, requiere el elemento de tungsteno más puro. De lo contrario, el material no funcionaría correctamente y fallaría prematuramente.

El rendimiento de los metales también puede verse afectado por el proceso de producción. Por ejemplo, el proceso de dar a un metal la forma requerida, como un alambre, cambia la dureza del material.

Eso significa que si se requiere una resistencia a la tracción específica para el propósito final, la forma en que se produce el cable deberá ajustarse en consecuencia, tal vez agregando un proceso de recocido para mantener el rendimiento de tracción necesario.

Otro metal de precisión utilizado por su desempeño es el magnesio, que junto con el hierro, el zinc y el manganeso está encontrando una amplia aplicación en dispositivos médicos debido a sus propiedades bioabsorbibles.

Si bien podemos imaginar que el rendimiento se relaciona con naves espaciales, satélites y otros procesos y equipos complejos de alta energía, probablemente no haya una aplicación más importante que asegurarse de que el magnesio utilizado en los stents bioabsorbibles se fabrique con precisión y se degrade de manera segura dentro del cuerpo como diseñado.

Especifique qué precisión es para tu necesidades de fabricación.

La característica más importante de los metales de precisión, lo que hace que un metal en particular sea preciso, variará según su aplicación y sus objetivos de producción.

Ya sea que su énfasis esté en las dimensiones (como lo es aquí en Metal Cutting), la composición o el rendimiento, puede ayudar a garantizar los mejores resultados y optimizar la capacidad de fabricación elaborando cuidadosamente las especificaciones de su pieza.