3 factores clave que garantizan la precisión en la producción de metales

¿Qué son los "metales de precisión"?

En el mundo del mecanizado de metales, a menudo la gente busca lo que llaman metales de precisión. Pero, ¿qué significa exactamente eso?

Dependiendo de la aplicación, el término precisión puede referirse a varias características:

• La precisión de las dimensiones de un metal
• La precisión de su composición
• La precisión del rendimiento del metal

¿Qué, entonces, es importante considerar sobre metales de precisión para su producto o necesidad de fabricación en términos de estas características importantes?

Dimensiones de metales de precisión

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

En general, dimensiones precisas y coste están altamente correlacionados, en que mayor precisión viene con una etiqueta de precio más alta. Eso es porque alcanzar dimensiones precisas usualmente requiere maquinaria que a su vez tiene las tolerancias más ajustadas, hecha de componentes de las tolerancias más ajustadas.

Además, para obtener los resultados definitivos de esta maquinaria se requieren años de experiencia y los mejores operadores. Por tanto, el coste de la maquinaria y mano de obra —y, en última instancia, el coste de metales de precisión con dimensiones de las tolerancias más ajustadas— es alto.

¿Vale la pena el coste de la precisión del láser?

Un gran ejemplo es el procesamiento láser. Aunque puede ser versátil y preciso, produciendo tolerancias ajustadas y kerfs pequeños, el corte láser es generalmente lento y caro, especialmente para corte de 2 ejes.

Aunque los láseres de gran potencia pueden hacer cortes más rápidos, al hacerlo producen acabados superficiales de corte rugosos y zonas afectadas por calor anchas y profundas —probablemente no los resultados que busca en las dimensiones de metales de precisión.

Para corte láser de tubos, el interior del tubo debe recubrirse con fluido anti-salpicaduras y los materiales deben cortarse láser uno a la vez, ambos lo que aumentan el tiempo de producción y añaden al coste.

¿Es la impresión 3D todo lo que dicen?

Otro ejemplo de la compensación entre coste y dimensiones es la fabricación 3D. Aquí, el proceso de sinterización láser se basa en varias variables, incluyendo:

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

En los primeros días de la sinterización láser, estas graduaciones —especialmente los intervalos de altura de los pasos del ascensor— eran bastante grandes comparadas con las máquinas de torneado y fresado de estilo suizo de última generación de la misma época.

Así que, aunque el método 3D podía añadir características metálicas que no podían lograrse a través de sustracción usando mecanizado convencional, el producto final tenía un aspecto sorprendentemente rugoso. Esto se debía a la resolución comparativamente pobre de la impresión 3D temprana.

Aunque la precisión de los intervalos, tamaño de polvo y tamaño de láser han mejorado enormemente en la sinterización láser directa de metales de hoy, algunos de esos intercambios básicos permanecen.

Por ejemplo, ha habido avances extraordinarios en reducir el tamaño del punto láser. Sin embargo, junto con esto viene un aumento en el tiempo requerido para construir aditivamente una pieza.

Eso resulta en precios de piezas más altos —y otro ejemplo de donde mayor precisión se correlaciona con mayor coste.

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

Aunque se han hecho algunos avances —por ejemplo, en probar las propiedades de tungsteno impreso en 3D para uso en blindaje de radiación médica e imagen nuclear— el éxito sigue siendo elusivo por el momento.

Composición de metales de precisión

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

Un ejemplo famoso es la aleación de níquel-titanio. Primero usada popularmente en el día para hacer monturas de gafas, el NiTi (o Nitinol) es lo que proporcionó a las monturas memoria de forma y superelasticidad —permitiendo a las monturas resistentes soportar ser dobladas y volver a su forma.

Hoy, el NiTi se usa ampliamente para tubos en la industria de dispositivos médicos. (Puede aprender más sobre NiTi y otros materiales de tubos de dispositivos médicos en nuestro white paper gratuito).

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

Por ejemplo, para operaciones de soldadura automatizadas 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 tungsteno y el NiTi ilustran ordenadamente la dicotomía básica en la composición química de metales de precisión: es decir, pureza vs. receta. Para algunas aplicaciones, un metal de precisión es un elemento puro, como el elemento tungsteno. Pero para otras aplicaciones, es una mezcla que requiere una receta específica.

La receta variará, pero los resultados deben ser precisos.

La prueba de pureza se hace con tanto metales de precisión puros como aquellos que vienen de una receta, determinando el número de puntos decimales de pureza (ej., 99,95 % a 99,99 %) y los porcentajes exactos de ingredientes (ej., 55 % níquel por peso).

Por ejemplo, el NiTi es una mezcla personalizada que varía por 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 el NiTi es un caso en punto: No hay especificación ASTM para él. Incluso metales "puros", como titanio puro, pueden tener varias recetas (básicamente aleaciones) y estar disponibles en diferentes grados.

Otro buen ejemplo es el acero inoxidable, que frecuentemente se alea 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 requisitos de prueba de pureza para una cierta proporción de ingredientes, puestos juntos consistentemente y repetidamente, para producir metales de precisión.

La pureza también puede determinar los resultados.

En nuestro negocio, nuestro elemento tungsteno puro está en demanda para uso en lámparas de proyector. Estos todavía se utilizan en aplicaciones como proyectores pequeños, portátiles, autónomos que a veces usan los profesionales de negocios para mostrar presentaciones desde un portátil o notebook en una pantalla.

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

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

Rendimiento de metales de precisión

El rendimiento puede estar estrechamente relacionado con la composición de un metal. Por ejemplo, un nuevo metal puede ser inventado o una aleación especialmente diseñada para entregar un rendimiento particular. Un buen ejemplo es el NiTi, el niño poster de aleaciones super-elásticas con memoria de forma.

Una aplicación que requiera el rendimiento de alto punto de fusión del tungsteno —como, famosamente, la bombilla incandescente— requiere el elemento 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 formar un metal en la forma requerida, como 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 alambre necesitaría ajustarse en consecuencia —quizás añadiendo un proceso de recocido para mantener el rendimiento de tracción necesario.

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

Aunque podríamos imaginar que el rendimiento se relaciona con naves espaciales, satélites y otros procesos y equipos complejos de alta energía, probablemente no hay aplicación más importante que asegurar que el magnesio usado en stents bioabsorbibles se haga precisamente y se degrade seguramente dentro del cuerpo como está diseñado.

Especifique qué precisión es para sus necesidades de fabricación

La característica más importante de los metales de precisión —la cosa que hace que un metal en particular sea preciso— va a variar dependiendo de su aplicación y sus objetivos de producción.

Ya sea que su énfasis esté en dimensiones (como es aquí en Metal Cutting), composición o rendimiento, puede ayudar a asegurar los mejores resultados y optimizar la fabricabilidad al elaborar cuidadosamente sus especificaciones de piezas.