En el desarrollo de la industria moderna, los avances en Tecnología de mecanizado Han dado lugar a muchas ideas y avances nuevos. Se ha pasado de la fabricación sustractiva tradicional, como el fresado y el torneado, a la fabricación aditiva, que está surgiendo rápidamente, también conocida como Impresión 3DCada método tiene sus beneficios y usos únicos. Las empresas deben comprender la diferencia entre la fabricación aditiva y la sustractiva. Esto es crucial para elegir la mejor tecnología. En este artículo, analizaremos las características, ventajas y desventajas, y los usos de ambos métodos. Esto le ayudará a elegir la mejor tecnología para diferentes productos y condiciones en la fabricación moderna.
O tal vez quieras seguir profundizando en cuál es la diferencia entre la impresión CNC y la 3D. Te sugiero que revises el Diferencia entre el mecanizado CNC y la impresión 3D SLS para una visión más especializada.
Tabla de contenido
¿Qué es la fabricación aditiva?
La fabricación aditiva es un método de producción de alta tecnología. Crea objetos 3D añadiendo material capa por capa. A diferencia de la fabricación sustractiva tradicional, la fabricación aditiva no requiere herramientas de corte para eliminar material. En su lugar, imprime piezas sólidas a partir de archivos de diseño digital. Este enfoque mejora considerablemente la flexibilidad del diseño. Permite producir piezas con formas complejas. También reduce el desperdicio de material y acorta los ciclos de producción.
Tecnologías principales
Inyección de aglutinante: La inyección de aglutinante es una tecnología de impresión 3D que crea objetos capa a capa rociando pegamento líquido sobre material en polvo. Este método puede utilizarse con metales, arena, plásticos y cerámica. Es rápido y económico, lo que lo hace popular para la fabricación de modelos y moldes.
Deposición de energía dirigida (DED): La deposición de energía dirigida crea objetos fundiendo polvo o alambre metálico. Se utiliza principalmente para reparar o mejorar piezas metálicas existentes. Esta técnica se encuentra en industrias como la aeroespacial, la automotriz y la energética.
Extrusión de material: Este método, también conocido como modelado por deposición fundida (FDM), crea objetos capa a capa mediante el calentamiento y la extrusión de largos filamentos de plástico. Es una de las técnicas de impresión 3D más comunes para plásticos como PLA, ABS y PETG.
Inyección de material: La inyección de material crea objetos finos mediante la pulverización y el endurecimiento de materiales líquidos, como resina, capa a capa. Es ideal para producir piezas de diferentes materiales y colores. Por ejemplo, para diseño de joyería, modelos médicos y prototipos de productos.
Fusión de lecho de polvo (PBF): Las técnicas de fusión por lecho de polvo incluyen tecnologías como la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM). Estos métodos utilizan un haz de luz de alta energía para fundir el material capa a capa sobre un lecho de polvo y así crear piezas metálicas o plásticas resistentes. Por lo tanto, la fusión por lecho de polvo (PBF) es ideal para la fabricación de componentes de alta precisión y alta resistencia.
Laminación de hojas: La laminación de láminas crea objetos cortando y uniendo capas delgadas de materiales como papel, plástico o metal. Es una forma rentable de fabricar modelos, moldes y herramientas de gran tamaño.
Tanques de fotopolimerización (fotopolimerización VAT): Este método incluye la estereolitografía (SLA) y el procesamiento digital de luz (DLP). Utilizan luz para endurecer la resina líquida capa a capa. Este método permite producir piezas muy finas. Algunos ejemplos incluyen equipos dentales, modelos médicos y prototipos de productos de consumo complejos.
Beneficios de la fabricación aditiva
- Flexibilidad de diseño: La fabricación aditiva puede crear formas complejas y estructuras internas sin necesidad de pasos adicionales.
- Alta utilización de material: A diferencia de la fabricación tradicional, la fabricación aditiva prácticamente no genera desperdicio de material, ya que solo utiliza el material necesario.
- Prototipado rápido: La capacidad de pasar rápidamente del diseño al producto terminado acelera enormemente el desarrollo.
- Fabricación personalizada: La fabricación aditiva es ideal para crear productos personalizados y adaptados a las necesidades específicas de los clientes.
Limitaciones de la fabricación aditiva
- Velocidades de producción lentasLa fabricación aditiva consiste en la construcción capa por capa. Por lo tanto, es más lenta que la producción en masa tradicional.
- Selección limitada de materiales: No todos los materiales son aptos para la fabricación aditiva, especialmente ciertas aleaciones y compuestos de alto rendimiento.
- Calidad y precisión de la superficie: Algunas piezas producidas mediante técnicas de fabricación aditiva pueden requerir un procesamiento posterior. Así se consigue la calidad superficial y la precisión dimensional requeridas.
- Costos más altos: Especialmente en la fabricación aditiva de metales, los costes de equipos y materiales son elevados, lo que la hace adecuada para pequeñas tiradas de producción.
¿Cuándo utilizar la fabricación aditiva?
- Prototipado: En las primeras etapas del desarrollo del producto para un diseño y pruebas iterativas rápidas.
- Piezas complejas: Para geometrías complejas que no se pueden producir mediante procesos tradicionales o que son muy costosas de producir.
- Producción de bajo volumen: Para la producción de productos personalizados o de edición limitada, como implantes médicos y piezas aeroespaciales.
- Diseño ligero: La fabricación aditiva se utiliza para crear estructuras ligeras donde se requiere reducción de peso y un rendimiento optimizado.
¿Qué es la fabricación sustractiva?
La fabricación sustractiva es un proceso de producción tradicional. En él, se extrae una parte de la materia prima para obtener la pieza o el producto deseado. El proceso suele implicar diversos tipos de corte, entre ellos molienda, torneado, perforación y moliendaEstán diseñados para eliminar con precisión material de un bloque sólido para crear una forma y tamaño específicos.
Tecnologías principales
Abrasión (mecanizado abrasivo): La tecnología de abrasión utiliza muelas abrasivas u otros abrasivos para cortar la superficie de una pieza de trabajo y lograr dimensiones y acabados precisos. Los métodos abrasivos más comunes incluyen el rectificado de superficies, el rectificado cilíndrico y el rectificado sin centro. Esta tecnología es adecuada para materiales duros como metales, cerámica y vidrio. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en la fabricación de piezas y herramientas de alta precisión.
Centros de mecanizado CNC: Los centros de mecanizado CNC (Control Numérico por Computadora) realizan mecanizado multieje con herramientas de corte controladas por computadora (p. ej., fresas, taladros). La tecnología CNC permite realizar diversos procesos, como torneado, fresado, taladrado, roscado, etc., y es adecuada para casi todos los materiales metálicos y plásticos. Las ventajas de la tecnología CNC son su alta precisión de mecanizado, su alto grado de automatización y su idoneidad para la producción en masa de piezas complejas.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM): La electroerosión (EDM) se utiliza para fundir y evaporar el material localmente mediante la alta temperatura y presión generadas por la descarga, formando formas complejas y superficies finas. La electroerosión es especialmente adecuada para mecanizar materiales duros difíciles de cortar, como aleaciones duras y aceros endurecidos. Por lo tanto, se utiliza frecuentemente en la fabricación de moldes y el mecanizado de piezas de precisión.
Corte por láser: El corte por láser utiliza un rayo láser de alta potencia para fundir o vaporizar el material y lograr un corte preciso. Esta tecnología es adecuada para una amplia gama de materiales, como metal, plástico, madera y textiles, ya que permite cortar formas complejas con alta precisión. El corte por láser se utiliza ampliamente en el procesamiento de chapa metálica, la fabricación de rótulos publicitarios y la fabricación de equipos médicos.
Corte por chorro de agua: El corte por chorro de agua utiliza un chorro de agua a alta presión (a veces con abrasivos añadidos) para cortar materiales. Como resultado, no genera calor y evita la deformación del material. Es adecuado para cortar materiales como metal, vidrio, cerámica y materiales compuestos. Además, es especialmente adecuado para procesar materiales sensibles al calor y materiales de procesamiento moldeado. El corte por chorro de agua se utiliza comúnmente en la industria aeroespacial, la fabricación de automóviles y la construcción.
Ventajas de la fabricación sustractiva
- Alta precisión y calidad de superficie: Mediante el mecanizado fino, la fabricación sustractiva puede lograr una precisión dimensional y un acabado superficial extremadamente altos.
- Amplia gama de materiales: Casi cualquier material sólido puede procesarse mediante fabricación sustractiva, incluidos metales, plásticos, madera y compuestos.
- Tecnología de procesamiento madura: La tecnología de fabricación con material reducido está bien establecida para la producción industrial a gran escala y está respaldada por una amplia gama de herramientas y equipos.
- Utilización eficiente de materiales: El desperdicio de material se puede reducir eficazmente optimizando las trayectorias de corte y los parámetros de mecanizado.
Limitaciones de la fabricación con materiales reducidos
- Residuos materiales: Debido al mecanizado por eliminación de material, el desperdicio de material es grande, especialmente cuando se mecanizan formas complejas.
- Tiempo de procesamiento más largo: Para piezas complejas, el tiempo de procesamiento de la fabricación sustractiva es más largo, especialmente en el caso de requisitos de alta precisión.
- Alto costo del equipo: Los equipos CNC de alta gama, las máquinas herramienta EDM y los equipos de corte por láser son caros y la inversión inicial es grande.
- Limitaciones del diseño de procesamiento: En la fabricación sustractiva, ciertas estructuras internas complejas son difíciles de procesar directamente y requieren múltiples procesos o accesorios de herramientas especiales.
¿Cuándo utilizar la fabricación sustractiva?
- Piezas de alta precisión: Procesamiento de piezas que requieren una precisión dimensional y un acabado superficial extremadamente altos, como fabricación de moldes y piezas mecánicas de precisión.
- Procesos de fabricación tradicionales: La fabricación sustractiva sigue siendo el proceso dominante en la producción en masa, especialmente para el mecanizado de metales y materiales duros.
- Geometrías complejas: A pesar de las ventajas de la fabricación aditiva para formas complejas, la fabricación sustractiva sigue siendo un método confiable para mecanizar piezas con geometrías complejas, especialmente cuando se combina con tecnología CNC multieje.
- Producción en masa: Cuando los diseños de productos son fijos y la demanda es alta, la fabricación sustractiva puede proporcionar una solución eficiente y rentable para la producción en masa.
Lectura relacionada: Mecanizado CNC vs. Impresión 3D SLS
Tabla comparativa entre fabricación aditiva y fabricación sustractiva
| Aspecto de comparación | Fabricación aditiva | Fabricación sustractiva |
|---|---|---|
| Configuración | Configuración inicial relativamente sencilla, especialmente para producción y creación de prototipos a pequeña escala. | Configuración inicial compleja, especialmente para equipos CNC y EDM avanzados, que requiere una configuración detallada de los parámetros del proceso. |
| Materiales de apoyo | Admite una variedad de materiales, incluidos plásticos, metales, cerámicas y compuestos, con algunas limitaciones para materiales de alto rendimiento. | Amplia gama de materiales compatibles, incluidos metales, plásticos, madera y compuestos; se pueden procesar los materiales más comunes. |
| Fabricación de formas complejas | Produce fácilmente geometrías complejas y estructuras internas sin procesos adicionales. | Limitado por las trayectorias de mecanizado y las herramientas; algunas estructuras internas pueden ser difíciles de mecanizar directamente y requerir múltiples procesos o equipos especiales. |
| Exactitud | Dependiendo del tipo de tecnología, la fabricación aditiva de alta gama (por ejemplo, fotopolimerización en IVA, PBF) puede lograr una alta precisión. | Generalmente ofrece mayor precisión dimensional y acabado superficial, especialmente con tecnología CNC. |
| Velocidad de fabricación | Más lento, especialmente al crear piezas grandes o de alta resolución debido a la construcción capa por capa. | La velocidad depende del equipo y del proceso; generalmente es más rápida que la fabricación aditiva, especialmente en líneas de producción eficientes. |
| Volumen de producción | Más adecuado para producción de lotes pequeños, creación de prototipos y productos personalizados. | Adecuado para la producción industrial a gran escala, especialmente cuando el diseño del producto es fijo, lo que permite una producción en masa eficiente. |
| Desperdicio de materiales | Desperdicio mínimo de material, limitado a estructuras de soporte o recortes necesarios. | Desperdicio significativo de material, especialmente al eliminar el exceso de material en procesos como torneado y fresado. |
| Acabado de la superficie | Puede requerir posprocesamiento para mejorar la precisión y la suavidad de la superficie. | Generalmente proporciona un acabado superficial de alta calidad de manera directa, pero aún puede requerirse un posprocesamiento como pulido o recubrimiento para aplicaciones específicas. |
| Personalización | Muy adecuado para personalización personalizada y creación rápida de prototipos, lo que permite una respuesta rápida a los cambios de diseño. | Capacidades de personalización limitadas; generalmente requiere reprogramación y configuración, especialmente para la producción personalizada de piezas complejas. |
| Habilidad del operador | Requiere conocimiento de equipos y materiales de fabricación aditiva específicos, con un umbral de operación relativamente bajo. | Requiere amplias habilidades de mecanizado y conocimientos de programación CNC; mayores demandas operativas, especialmente en procesos de mecanizado complejos. |
| Seguridad | Generalmente se utilizan materiales y procesos seguros, pero algunas técnicas (por ejemplo, la sinterización láser) pueden generar polvo o humos nocivos, lo que requiere medidas de protección. | Implica riesgos como astillas, ruido y altas temperaturas; los operadores deben seguir estrictamente los protocolos de seguridad. |
| Propiedades de las piezas producidas | Adecuado para fabricar piezas ligeras y de formas complejas, pero las propiedades mecánicas pueden ser inferiores a las de las piezas fabricadas tradicionalmente. | Las piezas producidas generalmente tienen excelentes propiedades mecánicas y calidad de superficie, adecuadas para aplicaciones de ingeniería de alta demanda, como la industria aeroespacial, la automotriz y la fabricación de moldes. |
Aplicaciones de la fabricación aditiva y la fabricación sustractiva
Tanto la fabricación aditiva como la sustractiva tienen áreas de aplicación importantes en la fabricación moderna.
La fabricación aditiva ofrece ventajas significativas en la personalización, la fabricación de lotes pequeños y la fabricación de piezas complejas. En cambio, la fabricación sustractiva predomina en la fabricación tradicional de alta precisión y gran volumen.
Según los requisitos específicos de producción, se pueden combinar ambos métodos de fabricación. Esto maximiza la productividad y la rentabilidad.
Aplicaciones de la fabricación aditiva
Prototipado: Los procesos de fabricación aditiva permiten a diseñadores e ingenieros iterar y validar rápidamente los diseños de productos mediante la generación de prototipos reales a partir de modelos de diseño en un corto periodo de tiempo. Esto es especialmente importante en industrias como la automotriz, la electrónica de consumo y los dispositivos médicos.
Fabricación de piezas complejas: La fabricación aditiva ofrece ventajas significativas en la fabricación de geometrías complejas y estructuras internas, como estructuras de panal y piezas topológicamente optimizadas. Las industrias aeroespacial, médica y de consumo de alta gama suelen aprovechar esta ventaja para producir piezas ligeras y de alto rendimiento.
Productos personalizados: La fabricación aditiva es especialmente adecuada para la producción de productos personalizados, como implantes médicos personalizados, joyería personalizada y productos de consumo especializados. En estas aplicaciones, cada pieza es única, y la fabricación aditiva permite producir estos productos personalizados con un bajo coste y una inversión de tiempo reducida.
Producción de pequeño volumen: En la producción de pequeños volúmenes, la fabricación aditiva puede eliminar el costo y el tiempo asociados con las herramientas y es particularmente adecuada para áreas donde la demanda del mercado está cambiando rápidamente, como la moda, el diseño artístico y la fabricación de alta gama.
Aplicación de la fabricación sustractiva
Producción de alto volumen: Los centros de mecanizado CNC, tornos, fresadoras y otros equipos pueden producir grandes cantidades de piezas con alta eficiencia y precisión constante. La fabricación con material reducido se utiliza ampliamente en sectores de producción en masa como la fabricación de automóviles, electrodomésticos y equipos industriales pesados.
Procesamiento de piezas de alta precisión: Los procesos de fabricación sustractivos, como el mecanizado CNC, el rectificado y la electroerosión, pueden dar lugar a la fabricación de moldes, piezas mecánicas de precisión, carcasas de dispositivos electrónicos y piezas de dispositivos médicos de alta precisión.
Fabricación tradicional: La fabricación por reducción de material ocupa un lugar destacado en la fabricación tradicional, especialmente en el campo del procesamiento de metales. Mediante procesos de corte, taladrado, fresado y rectificado, la fabricación por reducción de material permite procesar eficientemente diversos materiales metálicos, como acero, aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio, etc.
Fabricación de moldes: Mediante el mecanizado CNC y la electroerosión, la fabricación sustractiva permite producir moldes de alta precisión y durabilidad para procesos de moldeo por inyección, estampación y fundición a presión. Estos moldes se utilizan ampliamente en la producción en masa en las industrias automotriz, electrónica y de bienes de consumo.
Costos de fabricación sustractiva vs. aditiva
Costos de maquinaria y herramientas
La fabricación aditiva suele implicar altos costos de maquinaria y herramientas. En particular, se requieren máquinas herramienta CNC de alta gama, equipos de electroerosión, máquinas de corte por láser y otros equipos. Sin embargo, los costos de adquisición y mantenimiento de estas máquinas son elevados. Además, puede requerirse una variedad de herramientas y accesorios especializados, según las necesidades de mecanizado.
Por otro lado, la fabricación aditiva también conlleva mayores costos iniciales de equipo. Esto ocurre especialmente con las impresoras 3D de metal y los equipos de fotopolimerización de alta gama. Por lo tanto, no suelen requerir moldes adicionales ni herramientas especiales. Por lo tanto, esto puede generar ahorros de costos en algunos casos.
Costos laborales
La fabricación aditiva requiere mayor mano de obra. Requiere operadores con amplias habilidades de mecanizado y conocimientos de programación CNC. Esto se debe a que las configuraciones y operaciones complejas suelen requerir técnicos experimentados.
En cambio, la fabricación aditiva está altamente automatizada y es relativamente sencilla de operar. Por lo tanto, implica un menor coste de mano de obra. Sin embargo, la fabricación aditiva aún requiere técnicos para el mantenimiento y la configuración de los equipos.
Costos de materiales
Los costos de material para la fabricación sustractiva suelen ser relativamente bajos. Sin embargo, debido a la naturaleza del proceso, se genera un gran desperdicio de material. Esto ocurre especialmente en la fabricación sustractiva de piezas complejas.
Por otro lado, los costos de material para la fabricación aditiva suelen ser más altos. Sin embargo, este proceso tiene una tasa de utilización de material muy alta y muy poco desperdicio. Por lo tanto, a largo plazo, esto podría compensar parte de los altos costos de material.
Costos de posprocesamiento
En la fabricación sustractiva, las piezas suelen estar listas para usar o solo requieren un posprocesamiento menor, como el pulido o el tratamiento superficial.
Por otro lado, las piezas fabricadas aditivamente, especialmente aquellas con altos requisitos de precisión o resistencia, suelen requerir posprocesamiento adicional. Por ejemplo, la eliminación de estructuras de soporte, el alisado de superficies o el tratamiento térmico. Estos pasos suelen incrementar el coste total.
En general, a corto plazo, los costos iniciales de la fabricación aditiva pueden ser mayores, especialmente en términos de equipos y materiales. Sin embargo, en algunos casos, como la producción a medida y la fabricación en lotes pequeños, sus ventajas en costos se harán evidentes gradualmente.
La fabricación sustractiva conlleva mayores costos de maquinaria y mano de obra. Sin embargo, en la producción en masa, su proceso maduro y los menores costos de materiales la hacen más competitiva en términos de costo total.
Por lo tanto, la elección del método de fabricación depende de las necesidades de producción específicas, del volumen de producción, del tipo de material y del presupuesto de costes.
Conclusión
En este artículo, analizamos las diferencias entre la fabricación aditiva y la sustractiva. Analizamos las ventajas y desventajas de cada una y sus usos en diferentes áreas. La tecnología continúa desarrollándose. Tanto la fabricación aditiva como la sustractiva están en constante evolución. Aportan nuevas oportunidades y desafíos a la industria. Yonglihao Machinery es un profesional. Proveedor de servicios de mecanizado CNCPodemos manejar todo tipo de cambios y brindar a nuestros clientes servicios profesionales de mecanizado CNC.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la principal diferencia entre la fabricación aditiva y la fabricación sustractiva?
La impresión 3D es un proceso de fabricación ascendente. Crea objetos 3D añadiendo material capa a capa, lo que permite producir formas complejas y minimizar el desperdicio de material. En cambio, la fabricación sustractiva es el método tradicional de extraer material de un bloque de materia prima para formar un producto final. Es útil para fabricar piezas de alta precisión y superficies lisas, pero puede generar mayor desperdicio de material.
¿Qué proceso de fabricación es más rentable?
La rentabilidad depende del tipo de producción, el tamaño del lote y la complejidad de la pieza. Para lotes pequeños y piezas personalizadas, la fabricación aditiva suele ser más económica. No requiere herramientas costosas ni configuraciones complejas. Para producir muchas piezas iguales, la fabricación sustractiva puede ser más económica. Ofrece una producción más rápida y menores costos unitarios.
¿Es posible utilizar conjuntamente la fabricación aditiva y sustractiva?
Sí, las técnicas pueden combinarse. Esto crea un enfoque de fabricación híbrido. Este enfoque combina la flexibilidad de diseño de la fabricación aditiva con las ventajas de precisión de la fabricación sustractiva. Sirve para fabricar piezas que requieren formas complejas, pero también alta precisión y acabado. Al combinar ambas tecnologías, los fabricantes obtienen mayor flexibilidad y eficiencia. Esto facilita el proceso de diseño y fabricación, creando productos más complejos y de alto rendimiento.