Mecanizado CNC frente a impresión 3D: Comparación detallada
Si está fabricando piezas mecanizadas e intenta elegir entre el mecanizado CNC y la impresión 3D, es bueno saber cómo funciona cada proceso. En este blog, vamos a hablar de la comparación entre mecanizado CNC e impresión 3D.
¿Cuál es la diferencia entre fabricación sustractiva y aditiva?
El mecanizado CNC es sustractivo; se corta el material de un bloque sólido para hacer una pieza. Existe desde hace mucho tiempo y funciona bien tanto para prototipos como para piezas finales.
La impresión 3D es aditiva; se construyen piezas capa a capa utilizando plástico, metal o material similar al caucho. Es más reciente y se utilizaba principalmente para la fabricación rápida de piezas personalizadas y prototipos, pero ahora también es buena para la producción pequeña o mediana, sobre todo si la pieza es compleja.
Siga leyendo para obtener más detalles sobre la diferencia entre CNC e impresión 3D.
¿Qué es el mecanizado CNC?
Mecanizado CNC es la abreviatura de mecanizado por Control Numérico Computarizado. Como ya se ha dicho, es una forma de fabricar piezas cortando material a partir de un bloque sólido. Un ordenador controla las herramientas, por lo que se obtienen piezas muy precisas y detalladas. Se puede utilizar para fabricar una pieza, como un prototipo, o muchas piezas iguales para la producción en serie.
Este método se inició en los años 50 en el MIT y cambió la forma de fabricar cosas porque agilizaba el proceso y lo hacía más exacto.
El proceso comienza con el diseño de la pieza mediante software CAD. A continuación, se convierte el diseño en instrucciones mediante el software CAM. Estas instrucciones, denominadas código G, indican a la máquina lo que debe hacer. La máquina CNC lee el código G y utiliza herramientas afiladas para cortar la pieza a partir de un bloque sólido. Se mueve en distintas direcciones para hacer formas detalladas, y los motores le ayudan a cortar con gran precisión.
Máquinas CNC comunes y sus funciones
A continuación, analizamos los más comunes y cómo funcionan.
Fresadoras CNC: Estas máquinas utilizan herramientas giratorias para cortar y dar forma a materiales como el metal o el plástico. Si necesita fabricar piezas detalladas con formas complejas, ésta es la máquina que necesita. Suele utilizarse cuando se necesita gran precisión.
Tornos CNC: Los tornos hacen girar el material mientras una herramienta le da forma. Son ideales para fabricar piezas redondas, como pernos o ejes. Se utilizan mucho en piezas de automóviles y aviones.
Taladros CNC: Estas máquinas se utilizan para hacer agujeros con tamaños y posiciones exactas. Suelen utilizarse junto con otras máquinas cuando se fabrican piezas que necesitan orificios perfectos.
Rectificadoras CNC: Las amoladoras utilizan muelas rugosas para alisar superficies metálicas. Si trabajas en piezas que necesitan un acabado brillante o liso, como herramientas o piezas de automóviles, esto es lo que usarás.
Cortadoras de plasma y láser: Las cortadoras de plasma utilizan gas caliente para cortar el metal. Los cortadores láser utilizan luz focalizada para realizar cortes limpios y detallados. Ambas son excelentes para cortar chapa y crear diseños sin desperdiciar mucho material.
Aparte de estos tipos, también podemos clasificar las máquinas CNC por cómo se mueven en diferentes direcciones, ya que ofrecen distintos niveles de detalle. Así es como funciona el sistema de ejes:
Máquinas de 3 ejes: Se mueven arriba/abajo, izquierda/derecha y adelante/atrás. Perfectos para formas sencillas y superficies planas.
Máquinas de 4 ejes: Añaden una rotación a una de las direcciones. Esto le ayuda a trabajar en piezas con formas más complejas, como curvas u orificios en ángulo.
Máquinas de 5 ejes: Pueden moverse en cinco direcciones. Proporcionan el máximo control y se utilizan cuando se necesitan piezas muy detalladas y de gran precisión.
¿Qué es la impresión 3D?
Impresión 3D comenzó en los años 80 como una forma de crear objetos añadiendo material capa a capa. Puedes crear formas que son difíciles de hacer con herramientas normales. Con los años, ha evolucionado mucho y sigue mejorando.
En la actualidad, se parte de un modelo 3D, normalmente realizado en un programa de CAD o escaneado a partir de un objeto real. A continuación, un programa comprueba si hay errores en el diseño. A continuación, un cortador divide el modelo en capas finas y crea un archivo de código G. Este archivo indica a la impresora cómo construir el objeto capa por capa. Este archivo indica a la impresora cómo construir el objeto capa por capa.
A diferencia de las máquinas CNC que recortan material, la impresión 3D sólo añade lo necesario. Esto significa menos residuos.
Tipos comunes de tecnologías de impresión 3D
La forma en que se añade el material depende del tipo de impresora 3D que utilices. Así es como funciona para los principales tipos:
FDM: Se introduce filamento de plástico. La impresora lo calienta y lo coloca en capas.
SLA: Se utiliza resina líquida. Una luz ultravioleta la endurece capa a capa.
SLS: Se empieza con polvo. Un láser funde el polvo para construir la forma.
Factores clave a la hora de elegir entre el mecanizado CNC y la impresión 3D
A la hora de decidir entre el mecanizado CNC y la impresión 3D, piense en lo que realmente necesita. ¿Necesita algo a medida? ¿Lo necesita rápido? ¿Cuánto puede gastar? ¿Necesita que sea muy preciso?
Ambos métodos son buenos, pero puede que uno se adapte mejor a su proyecto que el otro.
Geometría y tamaño de las piezas
Abordemos cuál es la mejor manera de fabricar piezas complejas. Si su pieza tiene una forma complicada o pequeños detalles, utilice la impresión 3D. Si la pieza es sencilla y debe ser muy exacta, utiliza el mecanizado CNC.
Cuando se trata del tamaño de las piezas con CNC, el detalle más pequeño que se puede cortar depende del tamaño de la herramienta. Con la impresión 3D, la forma más pequeña que se puede imprimir depende del tamaño de la boquilla. La mayoría de las impresoras 3D solo pueden fabricar piezas de entre 1 y 3,2 mm.
Tipos de ficheros
Usos del mecanizado CNC CAD archivos, normalmente en 2D, que están listos para ser cortados o moldeados por la máquina. La impresión 3D utiliza archivos digitales como STL u OBJ; estos archivos son fáciles de modificar si necesitas hacer cambios rápidos en el diseño.
Plazo de entrega
El mecanizado CNC puede llevar más tiempo porque requiere más tiempo de preparación. La impresión 3D es más rápida, sobre todo para piezas únicas, prototipos y pequeñas series.
Flexibilidad de diseño
El mecanizado CNC funciona bien para hacer un gran lote de piezas idénticas, pero si quieres personalización, haz impresión 3D. En la impresión 3D, puedes cambiar fácilmente el diseño de cada pieza.
Repetibilidad
El mecanizado CNC es ideal para repetir la misma pieza una y otra vez con gran precisión. La impresión 3D puede repetir diseños, pero la calidad puede variar en función de la impresora y el material que utilices.
Velocidad y volumen de producto
El mecanizado CNC es más rápido si necesita producir muchas piezas a la vez. Es ideal para producciones de volumen medio o alto.
La impresión 3D es mejor para pequeñas tiradas o prototipos. Es más lenta para la producción en masa, pero funciona bien cuando solo se necesitan unas pocas piezas.
Material
El mecanizado CNC funciona con muchos materiales, como metales (aluminio, acero, titanio) y plásticos (ABS, nailon, PEEK). También puede trabajar con madera y materiales especiales.
La impresión 3D utiliza principalmente plásticos como el PLA y el ABS, pero también puede manejar algunos metales como el aluminio y el titanio. Algunos materiales, como las superaleaciones, son difíciles de imprimir y pueden no ser tan resistentes como los fabricados mediante CNC.
Coste
En cuanto al coste de la impresión 3D frente al de la CNC, el mecanizado CNC tiene unos costes iniciales más elevados debido al equipo y a la mano de obra cualificada, pero se abarata por pieza cuando se hacen muchas.
La impresión 3D es más barata al principio, ya que necesita menos configuración y menos herramientas, pero el coste por pieza sigue siendo el mismo, por lo que no es tan rentable para grandes producciones.
Calidad
El mecanizado CNC produce piezas de alta calidad y precisión con superficies lisas. Si necesita piezas resistentes y duraderas, el CNC es la mejor opción.
Con la impresión 3D también se pueden hacer buenas piezas, pero es posible que necesiten un acabado adicional. Es posible que la resistencia de estas piezas no se corresponda con la del mecanizado CNC.
Comparación rápida entre mecanizado CNC e impresión 3D
| Categoría | Mecanizado CNC | Impresión 3D |
| Material | Metales, plásticos técnicos, madera, materiales especiales | Plásticos, algunos metales, compuestos, cerámica, biomateriales |
| Acabado superficial | Alisado con poco trabajo adicional (acabado 125 Ra para piezas mecanizadas) | Bueno, necesita post-procesado para un mejor acabado |
| Diseño de piezas | Bueno para piezas sencillas y medianas; limitado por las máquinas herramienta | Ideal para piezas huecas y formas y características complejas |
| Tamaño de la pieza | Puede fabricar piezas grandes (hasta 2000 x 800 x 1000 mm) | Piezas más pequeñas (hasta 914 x 610 x 914 mm) |
| Número de piezas | 50 piezas o más; el volumen medio depende de la complejidad de la pieza y de las tolerancias | 1-10 piezas; el volumen medio depende de la complejidad de la pieza y de las tolerancias |
| Precisión y tolerancias | Muy preciso (±0,025 - 0,125 mm) | Suficientemente bueno para un uso básico (±0,3 mm) |
| Habilidad del operador | Requiere operarios cualificados | Requiere cierta formación, más fácil de usar |
| Plazo de entrega | Más largo, debido al proceso de mecanizado (normalmente más de 10 días) | Más rápido, sobre todo para prototipos (normalmente de 30 minutos a unos días). |
| Propiedades mecánicas | Muy resistente y duradera; buena para uso intensivo | Resistencia moderada; mejor para uso ligero y piezas de prueba |
| Coste | Configuración cara, pero barata para grandes tiradas | Bajo coste de preparación; mejor para lotes pequeños o artículos únicos |
| Flujo de trabajo | Requiere más configuración y ajustes | Configuración rápida, posibilidad de cambios iterativos |
| Creación de prototipos | Adecuado para prototipos funcionales | Excelente para la creación rápida de prototipos |
| Medio ambiente | Más residuos; requiere más energía | Menos residuos; menor consumo de energía |
Ventajas e inconvenientes de la impresión 3D frente al mecanizado CNC
Tanto el mecanizado CNC como la impresión 3D tienen sus ventajas y desventajas, por lo que uno puede ser mejor para su proyecto que el otro. He aquí una sencilla comparación:
Ventajas del mecanizado CNC
- Realiza piezas con precisión.
- Funciona con muchos materiales.
- Produce piezas lisas.
- Menor coste para más piezas.
- Crea piezas resistentes.
- Repite siempre la misma parte.
- Maneja piezas grandes.
- Las piezas se mantienen fuertes.
Desventajas del mecanizado CNC
- Genera residuos.
- Los residuos son difíciles de reciclar.
- Costoso para trabajos pequeños.
- Lleva tiempo instalarlo.
- Requiere trabajadores formados.
- Tiene dificultades con las formas complejas.
- Las herramientas se desgastan con frecuencia.
- Consume más energía y genera residuos.
Ventajas de la impresión 3D
- Maneja diseños complejos e intrincados.
- Genera menos residuos materiales.
- Admite la creación rápida de prototipos.
- Rentable para lotes pequeños
- Diseños fáciles de modificar
- Menores costes de instalación y funcionamiento más sencillo.
- Permite la personalización masiva.
- Realiza estructuras internas y formas complejas.
Desventajas de la impresión 3D
- Menor precisión y acabado superficial.
- Opciones de material limitadas.
- Requiere un tratamiento posterior adicional.
- Menos rentable para grandes lotes.
- Propiedades del material más débiles en algunas direcciones.
- Limitado por el tamaño de la construcción.
- Más lenta para la producción a gran escala.
Aplicaciones e industrias
A continuación se explica cómo utilizar cada uno de ellos en diferentes sectores:
Mecanizado CNC
Aeroespacial: álabes de turbina y piezas estructurales
Automóvil: piezas de motor, componentes de transmisión y herramientas a medida
Médico: instrumentos quirúrgicos o implantes
Equipos industriales: piezas personalizadas como moldes o matrices
Carpintería: muebles, armarios o tallas detalladas
Creación de prototipos: modelos sólidos y precisos de los componentes
Partes funcionales: piezas resistentes que funcionan bien bajo tensión
Impresión 3D
Creación rápida de prototipos: imprimir ideas, comprobar el diseño y hacer cambios rápidamente
Productos sanitarios: artículos a medida como prótesis, herramientas dentales y modelos corporales
Aeroespacial: piezas ligeras como soportes o conductos de aire
Automóvil: probar piezas o diseñar interiores de coches antes de empezar la producción en serie
Arquitectura y Arte: modelos detallados de edificios o piezas de arte únicas
Nuevas industrias: Impresión 3D en moda (como accesorios), construcción (piezas de edificios), bioimpresión (tejidos) o incluso alimentos.
Fabricación de moldes: moldes para fundición
¿Se pueden combinar la impresión 3D y el mecanizado CNC?
Podría preguntarse si la impresión 3D sustituirá al mecanizado CNC. La respuesta es no. La impresión 3D no la sustituirá por completo.
En lugar de eso, utilice ambos métodos a la vez. Imprima en 3D la forma y los detalles y, a continuación, utilice el CNC para alisarla y dimensionarla correctamente. Esto es útil cuando se necesitan piezas detalladas y exactas, como para herramientas médicas o aviones.
Puede ahorrar tiempo y mejorar la calidad. Por tanto, utilice ambos siempre que pueda.
¿Qué proceso puede sustituir a la impresión 3D y al mecanizado CNC?
Si necesita muchas piezas iguales, pruebe el moldeo por inyección como alternativa tanto a la impresión 3D como al mecanizado CNC.
Proporciona piezas lisas y resistentes, pero no es ideal si sólo necesitas unas pocas o quieres cambiar el diseño.
Se hace un molde, se llena de plástico fundido y se deja enfriar hasta obtener una pieza sólida. El molde cuesta más al principio, pero cada pieza es barata en grandes lotes.
Conclusión
Elegir el método de fabricación adecuado, como el mecanizado CNC o la impresión 3D, depende de lo que necesite para su proyecto, de su presupuesto y del número de piezas que necesite fabricar. El mecanizado CNC es bueno para fabricar piezas precisas y duraderas. La impresión 3D es rápida y flexible, ideal para probar ideas.
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