Como ingeniero, muchas veces la consideración más importante al momento de diseñar una pieza para producción es el proceso de manufactura que se usará para su fabricación. Un diseño puede ser producido por varias técnicas de manufactura y en función de aquello tendrá sus propias ventajas y desventajas.
El objetivo de este artículo es identificar donde se encuentra la impresión 3D cómo método de manufactura en relación a otros procesos de manufactura más tradicionales como inyección de plásticos, mecanizado y fundición. Para lograrlo, clasificaremos los procesos de manufactura en tres categorías.
Ejemplos: inyección de plásticos, fundición, forja, hidroformado
La manufactura formativa típicamente moldea un material a la forma deseada a través de la aplicación de calor y presión. El material en bruto puede ser derretido llevándolo a su punto de fusión y extruido a presión dentro de un molde (inyección / fundición a presión) o vertido dentro de un molde (fundición) o aplastado y estirado a la forma final (estampado / termoformado / forja). Estas técnicas producen partes con un amplio rango de materiales (tanto metales como plásticos) y en términos de costo, es casi siempre incomparable con las otras técnicas por lo bajo que es. Su limitación principal es que se requieren moldes y matrices para formar las partes. Estos moldes son muy costosos y complicados de producir, lo que aumenta tiempos de entrega, demorando la manufactura de una pieza. Esta alta inversión inicial es la razón por la que estas técnicas son efectivas únicamente para volumen a gran escala.
El diseño de matrices puede llegar a ser particularmente complejo por la necesidad de bebederos o coladas para asistir a la formación de partes. También existen restricciones de diseño como ángulos de desmoldeo y paredes de ancho uniforme para ayudar al formado.
Ejemplos: mecanizado CNC, torneado, fresado, taladrado
Los procesos de manufactura sustractiva inician con un bloque solido de material y utiliza herramientas de corte para la remoción de material, también conocida como maquinado, para alcanzar la forma final. El fresado, taladrado, torneado y corte de materiales son todos ejemplos de técnicas sustractivas.
Es capaz de producir piezas con alta precisión y acabados superficiales excelentes. Casi todos los materiales pueden ser maquinados de alguna forma y para la mayoría de diseños, la manufactura sustractiva es el método de producción más rentable.
Existen limitaciones, la mayoría de diseños requieren Manufactura Asistida por Computadora (CAM) para generar las trayectorias de los cortadores y poder remover material eficientemente. Estos pasos agregan costo y tiempo al proceso. El acceso a todos los lugares donde debe moverse el cortador es una consideración importante al momento de escoger la herramienta en estos procesos ya que esta debe poder alcanzar todas las superficies para la remoción del material.
Las máquinas CNC de 5 ejes pueden deshacerse de estas restricciones, pero, aun así, las partes más complejas necesitan muchas veces de manipulación para ser re orientadas, aumentando tiempos de entrega y costos. Las técnicas sustractivas son generalmente consideradas como procesos de mucho desperdicio por la cantidad de material que remueven para lograr las piezas deseadas.
Ejemplos: impresión 3D
La impresión 3D, como ha llegado a ser conocida comúnmente la manufactura aditiva, es el proceso de progresivamente construir una pieza a través de la deposición de material una capa a la vez. Existen varias tecnologías de impresión 3D que ofrecen distintos beneficios y limitaciones, además de todo un rango de materiales para cada una.
Las piezas pueden ser producidas virtualmente con cualquier geometría, el cual es uno de los grandes fuertes de la impresión 3D (a pesar de que existen reglas a seguir según cada tecnología). Otra ventaja es que no depende de altas inversiones y herramientas para iniciar, los costos iniciales son prácticamente despreciables. La rápida verificación y desarrollo de prototipos y partes a bajos volúmenes de producción es otra de las grandes ventajas de las técnicas aditivas.
Una de las limitaciones es la incapacidad de producir piezas con características y propiedades mecánicas equivalentes a aquellas realizadas por métodos formativos o substractivos. La mayoría de técnicas de impresión 3D producen partes que son inherentemente anisotrópicas o no completamente densas. También tiene limitaciones en términos de repetibilidad, ya que las piezas pueden tener mínimas variaciones entre ellas por cambios en el proceso de enfriado o por warping durante curado.
¿Qué piensas acerca de las ventajas y desventajas de la manufactura aditiva? ¿Te parece una tecnología útil? ¿Te sirvió el artículo? Déjanoslo saber en los comentarios.
Si quieres conocer un poco más de las distintas tecnologías de impresión 3D existentes para profundizar tu conocimiento de este proceso, tenemos artículos dedicados a eso que te pueden ayudar.