¿Cuáles son las diferencias entre el mecanizado CNC y la impresión 3D?

3 de abril de 2023

El mecanizado CNC y la impresión 3D son tecnologías rápidas, versátiles y rentables para fabricar prototipos y piezas de uso final. Sin embargo, si se estudian los dos en detalle, existen muchas diferencias pequeñas pero importantes. Cuando se trata de cuál usar para una pieza en particular, la respuesta suele comenzar con "Depende...".

Al fabricar una pieza mediante mecanizado CNC, el proceso comienza con un material sólido (un "espacio en blanco") y el proceso de mecanizado emplea una variedad de herramientas de corte para eliminar el material, poco a poco de acuerdo con las trayectorias programadas, para dejar la geometría requerida. El mecanizado CNC se conoce como proceso sustractivo porque elimina material para crear la pieza.

Por el contrario, la impresión 3D construye la pieza capa por capa. SLS lo hace mediante un láser de alta potencia que fusiona un polvo fino, mientras que SLA, PμSL, DLP y PolyJet construyen piezas a partir de resinas líquidas fotopolimerizables (fotopolímeros). Por ello, la impresión 3D se conoce como proceso aditivo.

A veces se dice que los procesos sustractivos son un desperdicio en términos de utilización de materiales, en comparación con los procesos aditivos. Esto puede ser cierto, dependiendo de la geometría de la pieza. Sin embargo, en la mayoría de los proyectos en los que participamos, el coste del material es sólo uno de los muchos factores que se deben tener en cuenta a la hora de elegir la tecnología de fabricación, y es poco probable que sea el decisivo.

Ya sea que la pieza sea para un prototipo o una aplicación de uso final, el diseñador sabrá qué propiedades del material se necesitan, teniendo en cuenta los requisitos funcionales de la pieza y su entorno operativo. Las propiedades del material a menudo pueden ser cruciales en la decisión de utilizar mecanizado CNC o impresión 3D, incluso si eso significa que la geometría de la pieza debe modificarse ligeramente para mejorar la maquinabilidad o la capacidad de impresión.

Disponemos de amplios stocks de los materiales más comúnmente especificados para el mecanizado CNC, a saber, aleación de aluminio de grado 6082, acero inoxidable de grado 304 (A2), acero inoxidable de grado 316 (A4), acetal (POM, Delrin) y acrílico (PMMA). Otros metales que a menudo mecanizamos con CNC incluyen cobre, latón, bronce fosforado, acero dulce y acero para herramientas. También mecanizamos una amplia variedad de plásticos de ingeniería, desde ABS, HDPE y polipropileno hasta PEEK y PTFE.

Además, la versatilidad del mecanizado CNC nos permite adquirir y mecanizar casi cualquier material sólido, como espumas de modelado, MDF y tableros de herramientas.

Para la impresión 3D, hay cientos de materiales diferentes en el mercado, aunque cada tecnología de impresión 3D solo es compatible con un subconjunto de ellos. Además, siempre habrá parámetros de funcionamiento óptimos para cada combinación de máquina y material. Para poder mantener una alta calidad y plazos de entrega rápidos, hemos seleccionado una cartera de materiales que, según nuestra experiencia, satisfacen la gran mayoría de los requisitos de nuestros clientes. Habiendo producido miles de piezas con estos materiales, sabemos cómo sacarles el máximo partido.

Aconsejamos a los clientes que decidan qué propiedades se requieren de la pieza y luego analizamos qué tecnología de impresión 3D construye piezas a partir de materiales adecuados, teniendo en cuenta los pros y los contras de las diferentes tecnologías de impresión 3D.

Con cinco tecnologías internas y una variedad de materiales para todas menos una (solo utilizamos nailon PA2200 en nuestras máquinas SLS), ofrecemos una gama muy amplia de propiedades de materiales para piezas impresas en 3D. En un extremo del espectro se encuentran los materiales resistentes y rígidos, mientras que, en el otro extremo, las piezas pueden tener propiedades blandas similares al caucho.

Vale la pena señalar que casi cualquier material rígido puede mecanizarse con CNC, pero no los materiales elastoméricos blandos. Esta es un área en la que la impresión 3D tiene una ventaja sobre el mecanizado CNC. Pero recuerde que hay otra opción para las piezas elastoméricas: imprimir con una máquina CNC o en 3D un patrón maestro y luego usarlo para fundir al vacío una o más piezas en una formulación suave de resina de poliuretano.

Un último punto a tener en cuenta sobre los materiales es si la isotropía es importante. Si las propiedades del material deben ser uniformes o muy similares en los tres ejes, entonces el mecanizado CNC a partir de sólidos será mejor que las tecnologías de impresión 3D como SLS o FDM. Las otras tecnologías de impresión 3D que utilizamos, a saber, SLA, DLP, PμSL y PolyJet, tienen una isotropía razonablemente buena porque la resina líquida forma enlaces entre capas más fuertes (en el eje Z) que los que logra el polvo cuando se fusiona con el láser en SLS.

Uno de los principales beneficios de la impresión 3D es que puede fabricar piezas que simplemente no se pueden mecanizar a partir de piezas sólidas. Por ejemplo, la impresión 3D puede construir estructuras reticulares tridimensionales, elementos huecos y piezas como colectores con conductos internos complejos.

Los diseñadores suelen suponer que las piezas prototipo con superficies lisas y curvas deben imprimirse en 3D, pero no es así. Gracias a las tecnologías de mecanizado CAD, CAM y CNC, se pueden mecanizar superficies complejas a partir de sólidos. Sin embargo, si tanto las superficies internas como las externas poseen una curvatura tridimensional, entonces la impresión 3D podría ser la mejor opción. Esto se debe a que el mecanizado de ambas superficies puede requerir la fabricación de un dispositivo para que la pieza pueda colocarse y sujetarse de forma segura para la segunda superficie a mecanizar. Producir el accesorio agrega tiempo y costo al proyecto.

Otro punto a tener en cuenta es que una sola pieza a veces puede mecanizarse mediante CNC como dos o más elementos que luego se unen mediante adhesivos o fijaciones mecánicas. Este enfoque puede resultar útil si ciertas tolerancias deben ser más estrictas de las que se podrían mantener con la impresión 3D.

De manera similar, si características particulares requieren tolerancias estrictas, se pueden mecanizar mediante CNC como un pequeño elemento que luego se fija en el cuerpo principal de la pieza que se ha impreso en 3D o se ha fundido al vacío. Alternativamente, se pueden producir características pequeñas utilizando la tecnología de impresión 3D PμSL de alta precisión y luego colocarlas en una pieza más grande que se haya impreso en 3D utilizando una tecnología diferente.

Si los clientes no están seguros de si la geometría de una pieza se presta para el mecanizado CNC o la impresión 3D, podemos brindarles asesoramiento imparcial porque contamos con ambos tipos de tecnología de fabricación internamente. Además, nuestra experiencia en ambos significa que podemos analizar el diseño de la pieza del cliente y sugerir formas en las que pequeñas modificaciones en la geometría podrían hacerla más adecuada (y más barata y más rápida) para el mecanizado CNC o la impresión 3D. Estas concesiones a menudo se pueden hacer sin cambiar la función o la apariencia externa de la pieza.

El mecanizado CNC suele ser más preciso que la impresión 3D. Cotizamos una tolerancia general de ±0,1 mm para piezas mecanizadas por CNC, mientras que cotizamos ±0,5 mm para piezas impresas en 3D. Sin embargo, las máquinas CNC normalmente tienen tolerancias mucho más estrictas que ±0,1 mm y los clientes pueden hablar con nosotros si necesitan tolerancias particulares en características críticas.

Además de que el mecanizado CNC es más preciso que la impresión 3D, la consistencia entre piezas también es mucho mejor, lo que puede ser importante cuando se requieren lotes pequeños.

Tanto con el mecanizado CNC como con la impresión 3D, la precisión depende en gran medida de la geometría y el material de la pieza.

Si bien citamos una tolerancia general de ±0,5 mm para las piezas impresas en 3D, la excepción significativa son las piezas creadas con tecnología PμSL. Gracias a la resolución (hasta 10 µm) y al pequeño espesor de capa (5-40 µm), cotizamos una tolerancia general en piezas de ±25 µm. Por lo tanto, PμSL construye piezas con detalles muy finos, paredes delgadas, bordes afilados y superficies excepcionalmente lisas.

Un último punto a tener en cuenta sobre la precisión es que, dependiendo de la geometría, podemos imprimir en 3D una pieza y luego mecanizar con CNC detalles específicos en la pieza impresa en 3D. Esto significa que los clientes se benefician de las ventajas de la impresión 3D y, al mismo tiempo, disfrutan de tolerancias estrictas en características críticas.

Ofrecemos un Servicio de Entrega Express tanto para mecanizado CNC como para impresión 3D. Con nuestros servicios Express, las piezas impresas en 3D se envían al siguiente día laborable, mientras que las piezas mecanizadas por CNC se envían en tres días laborables. Esto sugiere que la impresión 3D es más rápida, pero no siempre es así. El tiempo de respuesta depende de la geometría de la pieza, la cantidad requerida y las opciones de acabado.

Las piezas mecanizadas por CNC tienen superficies lisas con marcas de mecanizado visibles distintivas, aunque la aplicación de la prueba de la "uña" revela que las superficies son muy lisas. Las curvas o pendientes tridimensionales pueden tener marcas de mecanizado más pronunciadas, dependiendo de la trayectoria que se programó. Si es necesario, la apariencia se puede mejorar mediante un ligero chorro de perlas o un acabado manual.

Las piezas impresas en 3D con tecnología PμSL tienen superficies excepcionalmente lisas gracias a la alta resolución y al pequeño espesor de capa. Sin embargo, las piezas SLS, SLA, DLP y PolyJet pueden presentar el efecto de "escalera" en superficies inclinadas debido a que están construidas en capas. Si es necesario, las piezas se pueden chorrear ligeramente o terminar a mano para proporcionar una superficie más suave.

A veces una pieza necesita poco más que una limpieza, especialmente si se trata de un prototipo funcional. En términos generales, la disponibilidad de opciones de acabado se relaciona más con el material que con si la pieza ha sido producida mediante mecanizado CNC o impresión 3D. Algunos acabados se pueden aplicar a piezas producidas con ambos tipos de tecnología (por ejemplo, pintura húmeda), pero otros son más restringidos. Por ejemplo, el teñido SLS solo está disponible en piezas de nailon PA2200 producidas con SLS, mientras que el anodizado en color solo está disponible en piezas de aleación de aluminio, que deben mecanizarse con CNC.

El mecanizado CNC y la impresión 3D son tecnologías versátiles. Como tales, se pueden utilizar para una variedad de aplicaciones, incluidos modelos conceptuales, modelos visuales y prototipos funcionales, así como piezas de uso final. Cada proyecto debe considerarse en términos de propiedades del material, acabado, precisión, velocidad y costo. En algunos casos, el mejor enfoque es combinar el mecanizado CNC y la impresión 3D para crear una pieza que cumpla con todos los requisitos funcionales y estéticos.

Ya sea que necesite mecanizado CNC o impresión 3D, o si desea analizar cuál sería mejor para sus piezas, hable con nuestros expertos llamando al 01763 249760.