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Desde la Revolución Industrial, las tecnologías de fabricación nunca han dejado de evolucionar. Las empresas siempre están buscando formas de crear productos más rápido, más baratos o con mejor calidad. En las últimas décadas, algunos de los procesos más confiables para fabricar piezas personalizadas se dividen en dos grupos: fabricación aditiva o fabricación sustractiva.
Sólo a partir de sus nombres, es bastante fácil inferir en qué se diferencian las tecnologías de fabricación aditiva y sustractiva en un nivel fundamental. Que son dos caras de la misma moneda es una metáfora tan adecuada como cualquiera que se nos ocurra. ¿Qué tienen estos procesos que los han hecho tan populares? ¿Hay aplicaciones que sean más apropiadas para uno u otro?
Fabricación aditiva
Un proceso de fabricación aditiva crea el producto desde cero capa por capa. Como ocurre con la mayoría de los procesos de fabricación modernos, la fabricación aditiva comienza con un modelo 3D, normalmente creado en CAD. Este modelo 3D luego es procesado por un software de corte, dividiéndolo en capas individuales, que serán la base para la reconstrucción del mundo real.
Ejemplos
El ejemplo más común de fabricación aditiva en los procesos actuales es la impresión 3D. Esto no se limita sólo al modelado por deposición fundida (FDM); Todas las tecnologías de impresión 3D, como la estereolitografía (SLA) y la sinterización selectiva por láser (SLS), se consideran procesos de fabricación aditiva. El flujo de trabajo y las materias primas pueden diferir entre estos procesos de impresión 3D, pero el principio fundamental sigue siendo similar. También existen otros métodos más tradicionales, como el esculpido y la soldadura, que también pueden considerarse ejemplos de fabricación aditiva.
Beneficios
La mayor fortaleza de la fabricación aditiva es su versatilidad en términos de diseño. La fabricación aditiva puede producir modelos muy complejos o incluso diseños con secciones interiores huecas, algo que es imposible con otros procesos de fabricación. De hecho, casi todos los diseños que se pueden crear en CAD también se pueden reproducir mediante fabricación aditiva.
La fabricación aditiva suele ser más práctica para crear modelos o prototipos en pequeñas cantidades. Esto se debe a que una máquina de fabricación aditiva, como una impresora 3D FDM, requiere muy poca configuración. Con el diseño 3D a mano, puedes encender una impresora 3D en cuestión de minutos. Dado que el proceso está casi completamente automatizado, no es necesario dedicar tiempo a cambios de herramientas. Este nivel de flexibilidad ha convertido la fabricación aditiva en la tecnología preferida para la producción «bajo demanda».
Dado que la fabricación aditiva no elimina ningún desperdicio del material existente, el proceso produce inherentemente muchos menos desechos en comparación con la fabricación sustractiva. Para las empresas, esto puede representar menos gastos en eliminación de residuos o reciclaje.
Limitaciones
A pesar de la versatilidad de la fabricación aditiva en lo que respecta al diseño, está muy limitada en términos de materiales. La mayoría de las tecnologías de impresión 3D se limitan al uso de plásticos o compuestos plásticos. Además, el método de construcción capa por capa da como resultado puntos estructuralmente débiles donde las capas se adhieren entre sí. Esto significa que los objetos creados mediante fabricación aditiva pueden no ser lo suficientemente duraderos para soportar peso o condiciones extremas. Esto esencialmente ha limitado la fabricación aditiva para la creación de prototipos no funcionales.
Aunque existen impresoras 3D que pueden imprimir utilizando metal, todavía son muy raras las que se consideran una presencia significativa en la industria. Crear una pieza metálica personalizada mediante impresión 3D suele ser más caro que crearla mediante mecanizado CNC.
El proceso de construcción de un objeto capa por capa es muy lento, incluso para procesos de impresión 3D relativamente rápidos como SLS y SLA. Esto hace que la fabricación aditiva sea poco práctica para responder a una demanda de gran volumen. Las impresoras 3D también tienen plataformas de construcción de tamaño bastante limitado. Si el trabajo requiere piezas o modelos grandes, deberán imprimirse como componentes más pequeños y pegarse entre sí. Esto introduce trabajo adicional, sin mencionar más puntos de falla.
Fabricación sustractiva
En la fabricación sustractiva, el diseño se reproduce eliminando material innecesario de una pieza sólida y singular de metal, plástico, madera, vidrio o compuestos. Si bien todavía es posible hacer esto manualmente, prácticamente todas las instalaciones de fabricación modernas utilizan alguna forma de mecanizado de control numérico por computadora (CNC). A través de esta tecnología, se realiza la perforación, el fresado o el torneado del bloque de materia prima asistido por computadora para lograr la máxima precisión y repetibilidad.
Ejemplos
La mayoría de las empresas manufactureras emplean algún tipo de mecanizado CNC, un excelente ejemplo de fabricación sustractiva. Con unos pocos cambios de herramienta, se puede utilizar una máquina CNC para fresar, taladrar, taladrar, tornear o escariar. Hoy en día, existen formas más sofisticadas de cortar partes no deseadas del material de origen, como el uso de láseres o chorros de agua. El corte por láser está ganando presencia constantemente en muchas industrias debido a su velocidad, precisión y características sin contacto.
Beneficios
La fabricación sustractiva preserva la integridad original del material. Esto significa que los productos fabricados mediante fabricación sustractiva son mucho más duraderos, lo que ha hecho que esta tecnología sea especialmente popular en las industrias de fabricación de automóviles y aviones.
La calidad de los modelos y piezas creadas con la fabricación sustractiva suele ser superior a la de la fabricación aditiva. Dado que el proceso no produce líneas de capa visibles, es necesario realizar un trabajo mínimo durante el posprocesamiento.
El mecanizado CNC también es un proceso muy rápido. En comparación con las varias horas que tardaría la impresión 3D en terminar un proyecto de tamaño moderado, el mecanizado CNC puede terminar de cortar una pieza en cuestión de minutos. Las máquinas CNC también están menos restringidas por una plataforma de construcción, ya que la materia prima se puede colocar de varias maneras. Esto hace que la fabricación aditiva sea adecuada para crear piezas grandes y personalizadas.
Limitaciones
Cortar o tallar un objeto con un diseño demasiado complejo o una sección interna hueca es simplemente imposible con el mecanizado CNC. También lleva bastante tiempo configurar una máquina CNC. Incluso los pequeños cambios de diseño pueden requerir algunas modificaciones, que deben realizarse manualmente. Por tanto, el mecanizado CNC es algo que los fabricantes reservan para producciones de gran volumen.
Utilice la fabricación aditiva si…
- Necesita crear un modelo o un prototipo con un diseño especialmente complejo o una cavidad interna hueca.
- Sólo necesitas crear piezas pequeñas.
- Sólo necesitas fabricar un pequeño volumen.
- Puedes vivir con un proceso de fabricación lento por unidad.
Utilice la fabricación sustractiva si…
- Necesitas piezas y modelos muy duraderos.
- Estas trabajando con metal
- Necesitas fabricar un gran volumen.
- La pieza que necesitas hacer es grande.
¿Una solución híbrida?
Algunos fabricantes han elegido las mejores características tanto de la fabricación aditiva como de la sustractiva, optando por un flujo de trabajo que utiliza ambas. Por lo general, esto se hace mediante el uso de fabricación aditiva para crear piezas altamente complejas, que luego se refinan aún más mediante las técnicas habituales de mecanizado CNC.
Ha habido varias implementaciones exitosas de este enfoque híbrido. Algunos de los mejores ejemplos incluyen el pulido y roscado de orificios roscados en productos impresos en 3D utilizando herramientas de fresado.
Para ir finalizando
Cuando se trata de técnicas de fabricación, la fabricación aditiva mediante impresión 3D sigue siendo la nueva incorporación. A pesar de su excelente punto de venta de poder crear prácticamente cualquier diseño 3D, la tecnología aún no es lo suficientemente buena como para dejar obsoletos los métodos de fabricación más tradicionales. La fabricación sustractiva existe desde hace décadas, pero todavía se considera un estándar en varias industrias.
No es que no puedan compartir escenario, por supuesto. Tanto la fabricación aditiva como la sustractiva tienen su lugar en el campo de la fabricación moderna. La fabricación aditiva, en particular la impresión 3D, ha revolucionado el proceso de creación de prototipos. Sin duda, esta tecnología relativamente joven ha ayudado a diversas firmas y empresas en el desarrollo de sus productos.
Por otro lado, la fabricación sustractiva sigue siendo la antigua tecnología fiable. Estos métodos tradicionales siguen siendo a los que recurren las empresas cuando necesitan producir un gran volumen de piezas de forma rápida y fiable. La técnica es especialmente adecuada para crear piezas de metal muy duraderas. Con cada vez más empresas explorando nuevas tecnologías como el corte por láser y el mecanizado por descarga eléctrica (EDM), la fabricación sustractiva no parece estar en peligro de desaparecer.
Advertencia; Las impresoras 3D nunca deben dejarse desatendidas. Pueden representar un peligro para la seguridad contra incendios.