La fabricación digital es un proceso de trabajo de diseño y fabricación en el que los datos digitales permiten a los equipos de fabricación crear diversas geometrías de piezas. Estos datos suelen venir del CAD (diseño asistido por ordenador) que después se transfiere al software de CAM (fabricación asistida por ordenador). El producto del software CAM son datos que dirigen una herramienta específica fabricación aditiva y sustractiva, como una impresora 3D o una fresadora CNC.
Existe una amplia variedad de herramientas de fabricación digital, desde máquinas para aficionados a equipos industriales usados en la fabricación. Esta guía se centra en las herramientas más comunes adecuadas para los espacios de trabajo profesionales, talleres de mecanizado y talleres convencionales.
Las herramientas de fabricación digital accesibles salvan la brecha entre el diseño y la fabricación. A medida que se suavizan las barreras que impiden el acceso a la tecnología profesional, es más fácil que cualquiera con las habilidades adecuadas para diseñar un producto lo diseñe también. Esto empodera a los ingenieros, a los diseñadores de productos y a negocios de todos los tamaños para producir cualquier cosa, desde prototipos a productos finales.
En esta guía definitiva, aprenderás los detalles de la fabricación digital, desde el proceso de trabajo hasta las herramientas, así como consejos prácticos para empezar a fabricar.
Introducción a la impresión 3D para ingenieros y fabricantes (en inglés)
En este seminario web aprenderás a diferenciar las piezas fabricadas a partir de distintas tecnologías de impresión por su funcionalidad y apariencia y cómo estas diferencias influyen en el desarrollo de productos y en los procesos de trabajo de producción para ingenieros y fabricantes.
¿Cómo funciona la fabricación digital?
1. Diseño
El primer paso es crear un diseño digital utilizando software CAD. Para poder introducir sus datos en la herramienta de fabricación, el modelo 3D se exporta como una malla triangulada, que describe la geometría de forma uniforme como puntos o vértices en la superfície, las caras entre esas vértices, los bordes de esas caras y, en algunos casos, los vectores normales y la información sobre el color de cada cara.
2. Preparación
El software de preparación de impresiones o la herramienta de vista por capas sirven como intermediario entre la malla virtual y el modelo fabricado para la impresión 3D. En este paso, se añaden los parámetros de fabricación y los ajustes específicos de la herramienta de fabricación para proporcionar lo que es esencialmente una lista de instrucciones que la impresora ha de seguir. Esto genera un archivo CAM que se envía a la impresora. En operaciones de mecanizado, el software de simulación se combina con los datos que introduce el usuario para generar trayectorias que guían a la herramienta de corte a través de la geometría de la pieza. Se tiene en cuenta la velocidad de la herramienta de corte y la velocidad de alimentación del material.
3. Fabricación
Las herramientas de fabricación fabrican piezas basándose en datos de fabricación asistida por ordenador, con poca o ninguna asistencia o interacción humana. Las piezas fabricadas suelen requerir algún tipo de acabado para obtener sus propiedades finales y su apariencia antes de estar listas para usarse.
Herramientas de fabricación digital
Impresoras 3D
Los procesos de fabricación aditiva o de impresión 3D crean piezas tridimensionales a partir de modelos CAD, añadiendo material de forma sucesiva capa a capa hasta crear un objeto físico.
Lasimpresoras 3D de modelado por deposición fundida (FDM) construyen piezas al derretir y extrudir un filamento termoplástico que un extrusor deposita capa a capa en el área de impresión. El FDM es la tecnología de impresión 3D más rentable, con impresoras de nivel básico que cuestan menos de 1000 $ e impresoras de gama media que se venden por 2500 $. Las piezas hechas con FDM tienen la resolución y precisión más bajas en comparación con otras impresoras 3D que trabajan con plásticos, por lo que estas máquinas son más adecuadas para modelos básicos de prueba de concepto y para la creación de prototipos rápidos y de bajo coste de piezas sencillas que para prototipos refinados o productos finales.
La estereolitografía (SLA) usa un láser para curar la resina líquida y convertirla en plástico endurecido, en un proceso llamado fotopolimerización. Las piezas estereolitográficas son precisas, tienen detalles delicados, un acabado de la superficie liso y propiedades isotrópicas en sus materiales. La impresión 3D SLA es ideal para diseños complejos, prototipos funcionales, la fabricación de herramientas y la fundición de patrones. Su precio empieza alrededor parte de aproximadamente 3500 $. Las impresoras SLA de escritorio son herramientas muy versátiles que son fáciles de usar y accesibles para usuarios profesionales.
Aprende cómo funciona la estereolitografía.
Las impresoras 3D de sinterizado selectivo por láser (SLS) usan un láser de alta potencia para fundir pequeñas partículas de polvo de polímero. El polvo sin fundir sirve como soporte para la pieza durante la impresión y elimina la necesidad de agregar expresamente estructuras de soporte. Las piezas producidas mediante impresión SLS tienen excelentes características mecánicas, con una resistencia comparable a la de las piezas moldeadas por inyección. El sinterizado selectivo por láser es la última tecnología de impresión 3D de plásticos que ha aparecido en una forma más pequeña y accesible con sistemas de trabajo que se venden a partir de 10 000 $.
| Modelado por deposición fundida (FDM) | Estereolitografía (SLA) | Sinterizado selectivo por láser (SLS) | |
|---|---|---|---|
| Precisión | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Acabado de la superficie | ★★☆☆☆ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Diseños complejos | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Facilidad de uso | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| Materiales | Termoplásticos estándar, como el ABS, el PLA y sus diversas mezclas | Variedades de resina (plásticos termoendurecibles), similares al ABS, similares al PP, flexibles, resistentes al calor, fundibles (similares a la cera) | Termoplásticos para ingeniería, como el nailon y sus compuestos |
| Aplicaciones | Creación rápida de prototipos de bajo coste Modelos básicos de prueba de concepto | Prototipos funcionales Fabricación de utillaje Fundición Modelismo | Creación de prototipos funcionales Fabricación limitada, personalizada o rápida de productos |
Lee nuestra guía detallada para comparar las tecnologías de FDM, SLA y SLS.
Cómo elegir una tecnología de impresión 3D
¿No sabes qué tecnología de impresión 3D se adapta mejor a tus necesidades? En este vídeo, comparamos las tecnologías FDM, SLA y SLS en base a algunas de las consideraciones de compra más comunes.
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Herramientas CNC
Estos procesos comienzan con bloques, barras o varas sólidos de metal, de plástico o de otros materiales a los que se les da forma retirando material de ellos mediante procesos de corte, perforación y amolado. En los procesos de fabricación digital, estas herramientas se accionan mediante el control numérico computerizado (CNC).
El mecanizado CNC quita material de la pieza de dos formas: con una herramienta giratoria y la pieza fija (fresado), o haciendo girar la pieza con una herramienta fija (torneado). Las máquinas CNC pequeñas se venden a partir de 2000 $, pero las herramientas más avanzadas cuestan más en función de sus características, número de ejes, funciones tamaño de sus piezas y herramientas necesarias para materiales específicos. Las máquinas CNC pueden crear piezas a partir de plásticos y metales para la creación de prototipos funcionales, la fabricación de utillaje y la creación de piezas de uso final personalizadas o en bajos volúmenes.
Las cortadoras láser usan un láser para grabar o cortar a través de una amplia gama de materiales con mucha precisión. Las cortadoras láser son herramientas rentables, rápidas y fácil de usar para grabar o cortar materiales finos en láminas planas para prototipos y piezas estructurales y mecánicas. Hay máquinas de grabado básicas disponibles por menos de 500 $ mientras que las cortadoras láser de gama media para un taller que pueden cortar a través de múltiples materiales se vender a partir de 3500 $. Las cortadoras láser suelen ir acompañadas de un software controlador que interpreta los dibujos vectoriales en 2D.
Las cortadoras por chorro de agua usan agua mezclada con medios abrasivos y presión alta para cortar a través de casi cualquier material. El corte por chorro de agua es el último proceso CNC que ha aparecido en una forma más pequeña y accesible, con precios que empiezan en alrededor de 20 000 $ y con nuevos proyectos que prometen estar pronto por debajo de 10 000 $. Las cortadoras por chorro de agua pueden cortar láminas más gruesas que las láser y pueden funcionar con materiales duros que suelen ser difíciles de cortar en formas precisas mediante otros procesos.
| Mecanizado CNC | Cortadoras láser | Cortadoras por chorro de agua | |
|---|---|---|---|
| Precisión | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Acabado de la superficie | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★★ |
| Diseños complejos | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | ★★☆☆☆ |
| Facilidad de uso | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| Materiales | Termoplásticos duros, plásticos termoendurecibles (limitados), metales blandos, metales duros (maquinaria industrial) | Termoplásticos, madera, acrílicos, tejidos, metales (maquinaria industrial) | Plásticos, metales blandos y duros, piedra, cristal, compuestos |
| Aplicaciones | Prototipos funcionales Fabricación de utillaje Piezas de uso final personalizadas o en bajos volúmenes | Grabado Creación de prototipos Piezas planas mecánicas y estructurales | Creación de prototipos Piezas planas mecánicas y estructurales |
Cómo empezar a realizar la fabricación digital
CAD
Hay varias aproximaciones para convertir una idea en un diseño digital:
El modelado sólido es una manera tradicional de crear objetos 3D que se orienta principalmente a los movimientos lineales para traducir la intención del diseño a geometrías. Los sólidos se combinan y se les da un acabado con transiciones para hacerlos directamente aptos para la fabricación digital. Entre las funciones avanzadas se incluyen las extrusiones dibujadas, los listones de curvatura y las operaciones de modelado.
El modelado de superfícies puede realizarse en la mayoría de programas de modelado de sólidos contemporáneos, como Autodesk Fusion 360, Solidworks, Catia, Rhinoceros y SolidEdge. En este caso, todas las superfícies exteriores de la geometría se definen individualmente, lo que permite geometrías más avanzadas como las transiciones entre múltiples superficies contiguas.
El escaneado 3D se ha convertido en una ruta accesible para obtener un modelo imprimible en 3D. Las soluciones asequibles y las nuevas aplicaciones que funcionan con tecnología de fotogrametría basada en cámaras ofrecen un gran equilibrio entre velocidad, precisión y coste. Sin embargo, los escaneos no se traducen directamente en archivos imprimibles en 3D y requieren muchas modificaciones con software de edición de mallas.
Aprende a usar el escaneo 3D y la impresión 3D para ingeniería inversa en nuestro libro blanco.
Vectores
Los sistemas bidimensionales como las máquinas CNC y las cortadoras láser pueden basar su trabajo en archivos exportados desde un software vectorial como Adobe Illustrator. Aunque es un paquete muy completo, realizar dibujos básicos no requiere habilidades muy avanzadas aparte de una familiaridad básica con la herramienta de bolígrafo, la creación de patrones, la función de Calco interactivo, la herramienta Buscatrazos y un complemento para crear esquinas redondeadas.
Preparación de mallas
Un modelo 3D que abandona un paquete de software de diseño como un modelo de malla ya está preparado para la impresión 3D. La clave es tener una malla hermética, es decir, que todos los triángulos deben estar conectados y no deben superponerse con las normales orientadas en la misma dirección. Un enfoque sólido para el modelado suele generar una malla hermética, pero el modelado de superficies y el diseño generativo requieren comprobar que no haya superficies dobles ni colisiones de volumen.
Hay muchas herramientas para reparar y optimizar mallas, como Meshlab. Idealmente, tendrás que invertir en una herramienta que te permita editar vértices/caras concretos y realizar tareas booleanas. Meshmixer es un programa gratuito genial para optimizar el número de triángulos y te permite volver a esculpir tu objeto, mientras que Blender te permite realizar operaciones booleanas.
Diseño orientado a la fabricación digital
Mientras que las herramientas de fabricación digital ofrecen una gran libertad de diseño, es recomendable pasar un tiempo optimizando las geometrías de las piezas para asegurar que la producción sea eficiente y las piezas, de alta calidad. Asegúrate de estudiar exhaustivamente todas las posibilidades y limitaciones de tu máquina, del material, del software de diseño y el proceso de fabricación que piensas usar. Encuentra el tiempo para experimentar a fondo y conseguir las metas que quieres alcanzar antes de lanzarte.
Empieza a trabajar con la impresión 3D
Las impresoras 3D son herramientas de fabricación digital fáciles de usar y accesibles para espacios de trabajo personales, talleres de mecanizado y talleres convencionales.
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