Los procesos de fabricación aditiva construyen objetos añadiendo material capa a capa, mientras que los procesos de fabricación sustractiva quitan material para crear piezas. Aunque estos métodos son fundamentalmente distintos, los procesos de fabricación sustractiva y aditiva se suelen usar en conjunto debido a su cómo se superponen sus respectivas aplicaciones.
Al principio, puede ser difícil de comprender cómo se pueden aprovechar al máximo ambas tecnologías para optimizar el desarrollo de los productos y la fabricación. Para ambas tecnologías existen casos en las que tiene sentido usar una en lugar de la otra. Por ejemplo, un proceso puede ser útil para cierto volumen de producción o en un punto específico del desarrollo de producto.
En esta guía examinaremos a fondo los diversos tipos de técnicas y aplicaciones de la fabricación aditiva y sustractiva para ayudarte a decidir cómo aprovecharlas para tus procesos.
Fabricación sustractiva
La fabricación sustractiva es un término general que engloba a varios procesos controlados de mecanizado y eliminación de materiales. Estos procesos comienzan con bloques, barras o varas sólidos de metal o de plástico a los que se les da forma retirando material de ellos mediante procesos de corte, perforación y amolado.
Estos procesos se realizan a mano o, más habitualmente, se llevan a cabo con un control numérico computerizado (CNC).
En el proceso del CNC, un modelo virtual diseñado en software CAD sirve como datos para la herramienta de fabricación. El software de simulación se combina con los datos que introduce el usuario para generar trayectorias que guían a las herramientas a través de la geometría de la pieza. Estas instrucciones indican a la máquina cómo hacer los cortes, canales, orificios y otras características necesarias que requieran la eliminación de material y tienen en cuenta la velocidad de la herramienta de corte y la velocidad de alimentación del material. Las herramientas CNC fabrican piezas basándose en estos datos de fabricación asistida por ordenador (CAM), sin asistencia o interacción humana.
Los procesos de fabricación sustractiva se usan típicamente para crear piezas de plástico o metales para la creación de prototipos o la fabricación de utillaje o piezas de uso final. Son ideales para aplicaciones que requieren tolerancias escasas y geometrías difíciles de moldear, fundir o producir con métodos tradicionales de fabricación.
La fabricación sustractiva ofrece diversos materiales y procesos de acabado. Los materiales más blandos son más sencillos de mecanizar para darles la forma deseada pero se gastan más rápido.
Procesos de fabricación sustractiva
| Proceso | Materiales |
|---|---|
| Mecanizado CNC (torneado, taladrado, perforación, fresado, escariado) | Termoplásticos duros, plásticos termoendurecibles, metales blandos, metales duros (máquinaria industrial) |
| Mecanizado por electroerosión (EDM) | Metales duros |
| Corte por láser | Termoplásticos, madera, acrílicos, tejidos, metales (maquinaria industrial) |
| Corte por chorro de agua | Plásticos, metales blandos y duros, piedra, vidrio, compuestos |
Fabricación aditiva
Al contrario que en el proceso sustractivo en el que se quita material de una pieza más grande, la fabricación aditiva o los procesos de impresión 3D construyen objectos añadiendo material capa por capa, con cada capa sucesiva uniéndose a la anterior hasta que la pieza está completa.
Al igual que las herramientas sustractivas CNC, las tecnologías de fabricación aditiva crean piezas a partir de modelos CAD. Preparar modelos para la impresión 3D con una preparación de la impresión o con el software de vista por capas es un proceso que es automático en su mayoría, por lo que la configuración de la impresión es más fácil y rápida que con herramientas CNC. Dependiendo de la tecnología, la impresora 3D deposita material, funde y derrite polvo selectivamente o cura materiales de fotopolímero líquido para crear piezas basándose en los datos CAM. Las piezas impresas en 3D suelen requerir algún tipo de limpieza y acabado para obtener sus propiedades y su aspecto finales antes de estar listas para usarse.
La fabricación aditiva es ideal para diversas aplicaciones de ingeniería y fabricación , que incluyen la creación de prototipos y la fabricación de utillaje y patrones de fundición, así como la fabricación en series cortas, el lanzamiento rápido de productos (también conocido como "bridge manufacturing") y la fabricación personalizada de piezas finales. Las impresoras 3D ofrecen un grado muy alto de libertad de diseño y pueden producir diseños complejos que serían imposibles o demasiado caros de crear con cualquier otro método de fabricación.
Los materiales más comunes que se usan en la fabricación aditiva son el plástico y el metal. Las impresoras 3D de escritorio ofrecen una solución rentable para crear piezas de plástico, mientras que los metales están de momento limitados a sistemas industriales.
Procesos de fabricación aditiva
| Proceso | Materiales |
|---|---|
| Estereolitografía (SLA) | Variedades de resina (plásticos termoendurecibles), de alta resistencia, rígidas, flexibles, resistentes al calor, fundibles (similares a la cera) |
| Sinterizado selectivo por láser (SLS) | Termoplásticos para ingeniería, como el nailon |
| Modelado por deposición fundida (FDM) | Termoplásticos estándar, como el ABS, el PLA y sus diversas mezclas |
| Inyección de material | Variedades de resina (plásticos termoendurecibles) |
| Inyección de aglutinante | Yeso (a todo color), metales |
| Fusión selectiva por láser (SLM) o sinterizado directo de metal por láser (DMLS) | Metales duros y blandos |
| Fusión por haz de electrones (EBM) | Metales duros y blandos |
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Cuando usar la fabricación sustractiva y aditiva
Aunque hay diferencias importantes, la fabricación sustractiva y la aditiva no son mutuamente excluyentes. De hecho, a menudo se usan la una junto a la otra y en diferentes momentos del desarrollo del producto y de la fabricación.
Por ejemplo, el proceso de creación de prototipos suele servirse de herramientas tanto aditivas como sustractivas. Los primeros modelos conceptuales y prototipos suelen más ecónomicos y rápidos de producir con procesos de fabricación aditiva de plásticos como la estereolitografía (SLA) o el sinterizado selectivo por láser (SLS). La impresión 3D ofrece una amplia variedad de opciones de materiales para la creación de prototipos funcionales de piezas de plástico. Las tecnologías aditivas también suelen ser mejores para las piezas pequeñas o diseños complejos e intrincados.
Cuando las fases posteriores del proceso de desarrollo requieren remesas más grandes, los procesos sustractivos se vuelven más viables. Los objetos más grandes y menos complejos también suelen adaptarse mejor a la fabricación sustractiva. Debido a la gran cantidad de opciones de acabados de superficie y la velocidad del proceso, la fabricación sustractiva suele ser la que se elije a la hora de crear piezas terminadas. Como las piezas impresas en 3D en metal pueden ser caras, los procesos sustractivos son una mejor elección para ellas, para todos los diseños menos los más complejos.
Durante la fabricación, los procesos sustractivos y aditivos suelen complementarse los unos con los otros en la producción de utillaje, dispositivos de sujeción y de fijación, soportes, moldes y patrones. Los fabricantes suelen usar plásticos impresos en 3D para crear piezas personalizadas, de bajo volumen o de recambio y optan por procesos sustractivos en metal para crear un volumen más alto de piezas o piezas que están sujetas a más esfuerzo mecánico y tensión.
Utilizar tanto la fabricación aditiva como la sustractiva genera un proceso híbrido. Esto permite a los diseñadores de productos y fabricantes combinar la versatilidad y los tiempos rápidos de la fabricación aditiva con la resistencia de las piezas producidas mediante la fabricación sustractiva.
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Sistemas de fabricación aditiva vs. fabricación sustractiva
Las tecnologías aditivas y sustractivas tienen muchos factores de forma, con una amplia gama de costes y capacidades, desde máquinas de escritorio a grandes máquinas industriales. Al final, deberías elegir la tecnología que más se ajuste a las necesidades de tu negocio y a las aplicaciones que tengas planeadas.
| Fabricación aditiva | Fabricación sustractiva | |
|---|---|---|
| Costes de equipo | Las impresoras de escritorio profesionales para plástico pueden adquirirse desde 3500 $. Las grandes máquinas industriales para metales se venden desde aprox. 400 000 $. | Las máquinas CNC pequeñas para talleres se venden desde 2000 $. Las herramientas más avanzadas cuestan más en función de su número de ejes, tamaño de sus piezas, características y utillaje necesarios para materiales específicos. |
| Formación | Las impresoras de escritorio son fáciles de usar, ya que requieren solo formación básica sobre la configuración de impresiones, el mantenimiento, el uso de la máquina y el acabado. Los sistemas industriales de fabricación aditiva requieren un personal específico y formación exhaustiva. | Las máquinas CNC pequeñas requieren una formación moderada sobre el software, el mantenimiento, el uso de la máquina y el acabado. Los sistemas industriales de fabricación sustractiva requieren un personal específico y formación exhaustiva. |
| Requisitos de las instalaciones | Los equipos de escritorio son adecuados para la oficina y los de trabajo lo son para un taller con más espacio. Las impresoras 3D industriales suelen necesitar un espacio o habitación propios con control de climatización. | Las máquinas CNC pequeñas son adecuadas para talleres. Los sistemas industriales necesitan un espacio propio y más grande. |
| Equipo auxiliar | Herramientas y sistemas de limpieza (algunos automáticos) para la limpieza, el lavado, el poscurado y el acabado, en función del proceso. | Diversos elementos de utillaje. Los sistemas más avanzados automatizan procesos como el cambio de utilajes, la limpieza y manipulación de virutas y la gestión del refrigerante. |
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