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

3 abril 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 estudia los dos en detalle, hay muchas diferencias pequeñas pero importantes. Cuando se trata de la pregunta de cuál usar para una parte en particular, la respuesta generalmente comienza con 'Depende...'.

Al fabricar una pieza mediante mecanizado CNC, el proceso comienza con un material sólido (un '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 de herramientas programadas, para dejar la geometría requerida. El mecanizado CNC se conoce como un proceso sustractivo porque elimina material para crear la pieza.

En cambio, la impresión 3D construye la pieza capa por capa. SLS hace esto por medio de 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 lo tanto, la impresión 3D se conoce como un proceso aditivo.

A veces se dice que los procesos sustractivos son un desperdicio en términos de utilización de material, en comparación con los procesos aditivos. Esto puede ser cierto, dependiendo de la geometría de la pieza. Sin embargo, para la mayoría de los proyectos en los que estamos involucrados, el costo del material es solo uno de los muchos factores que se deben tener en cuenta al 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 el mecanizado CNC o la 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 un amplio stock 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 maquinamos CNC incluyen cobre, latón, bronce fosforoso, acero dulce, 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 estos. Además, siempre habrá parámetros operativos óptimos para cada combinación de máquina y material. Para que podamos mantener una alta calidad y plazos de entrega rápidos, hemos seleccionado una cartera de materiales que, según nuestra experiencia, cumplen con 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, luego observen 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 selección de materiales para todas menos una (solo usamos nailon PA2200 en nuestras máquinas SLS), ofrecemos una amplia gama de propiedades de materiales para piezas impresas en 3D. En un extremo del espectro se encuentran materiales fuertes y rígidos, mientras que en el otro extremo, las piezas pueden tener propiedades blandas similares a la goma.

Vale la pena señalar que casi cualquier material rígido se puede mecanizar con CNC, pero no los materiales elastoméricos blandos. Esta es un área donde la impresión 3D tiene una ventaja sobre el mecanizado CNC. Pero recuerde que hay otra opción para las piezas elastoméricas: ya sea una máquina CNC o una impresión 3D de un patrón maestro, luego utilícelo para moldear al vacío una o más piezas en una formulación blanda 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, 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 se logran en polvo cuando se fusionan 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 un sólido. Por ejemplo, la impresión 3D puede construir estructuras reticulares tridimensionales, elementos huecos y piezas como colectores con pasajes internos complejos.

Los diseñadores a menudo asumen que las piezas prototipo con superficies suaves y curvas deben imprimirse en 3D, pero esto 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 accesorio para que la pieza se pueda colocar y sujetar de forma segura para mecanizar la segunda superficie. Producir el accesorio agrega tiempo y costo al proyecto.

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

De manera similar, si las características particulares requieren tolerancias estrictas, pueden mecanizarse con CNC como un elemento pequeño que luego se fija en el cuerpo principal de la pieza que se imprimió en 3D o se moldeó al vacío. Alternativamente, se pueden producir pequeñas características utilizando la tecnología de impresión 3D PµSL de alta precisión, y luego colocarlas en una parte 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 brindarle un asesoramiento imparcial porque tenemos ambos tipos de tecnología de fabricación interna. Además, nuestra experiencia en ambos medios nos permite analizar el diseño de la pieza del cliente y sugerir formas en las que pequeñas modificaciones a la geometría podrían hacerla más adecuada (y más económica/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. Citamos una tolerancia general de ±0,1 mm en piezas mecanizadas CNC, mientras que citamos ±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 a esto son las piezas creadas con la tecnología PµSL. Gracias a la resolución (hasta 10 µm) y al espesor de capa pequeño (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 suaves.

Un último punto a tener en cuenta sobre la precisión es que, dependiendo de la geometría, podemos imprimir una pieza en 3D 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 estrictas tolerancias en funciones críticas.

Ofrecemos un servicio de entrega urgente tanto para mecanizado CNC como para impresión 3D. Con nuestros servicios Express, las piezas impresas en 3D se envían el siguiente día laborable, mientras que las piezas mecanizadas 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 suaves. Las curvas o pendientes tridimensionales pueden tener marcas de mecanizado más pronunciadas, según la trayectoria que se haya programado. Si es necesario, la apariencia se puede mejorar con un chorro de arena ligero o un acabado manual.

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

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 se ha producido mediante mecanizado CNC o impresión 3D. Algunos acabados se pueden aplicar a piezas fabricadas con ambos tipos de tecnología (por ejemplo, pintura húmeda), pero otros están más restringidos. Por ejemplo, el teñido SLS solo está disponible en piezas de nylon PA2200 producidas con SLS, mientras que el anodizado de 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 ser considerado en términos de propiedades del material, acabado, precisión, velocidad y costo. En algunos casos, el mejor enfoque es unir 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.