Usinagem CNC x impressão 3D:qual é a melhor opção para seu trabalho?

O inventor da estereolitografia e fundador da 3D Systems, Charles Hull, começou a vender impressoras 3D em 1986. Alguns anos depois, Scott Crump, da Stratasys, comercializou sua tecnologia de modelagem de deposição fundida. Outros logo se seguiram, e não demorou muito para que empreendedores de todos os lugares comprassem essas máquinas de “prototipagem rápida” e abrissem “burgueses de serviço”, empresas que se concentravam apenas na impressão 3D.

Hoje, cada um desses termos, uma vez de ponta, é em grande parte obsoleto. A manufatura aditiva não está mais limitada à prototipagem, rápida ou não. E as agências de serviços deram lugar aos fabricantes eletrônicos, cujos proprietários e gerentes afirmam que a impressão 3D complementa a usinagem CNC e outros processos de fabricação mais tradicionais, e se tornou apenas mais uma ferramenta em sua caixa de ferramentas (embora muito poderosa).

Compensar pontos fortes e fracos

Esse é certamente o caso da Stratasys Direct Manufacturing, com sede em Los Angeles, onde o vice-presidente de operações Greg Reynolds explica que decidir qual tecnologia de fabricação usar para qualquer projeto depende de vários fatores, começando com a complexidade da peça.

“A manufatura aditiva traz várias vantagens importantes sobre os processos convencionais, principalmente no que diz respeito ao metal”, diz ele. “No topo desta lista está a consolidação de peças. Em vez de usinar um monte de peças e depois aparafusá-las ou soldá-las, a impressão 3D de metal permite que você produza a montagem como uma única peça de trabalho, geralmente muito mais leve. Com isso vêm recursos como passagens internas, superfícies varridas complexas e outras formas orgânicas e estruturas de treliça de paredes finas. Cada um deles é muito caro ou totalmente impossível de usinar. Para aditivos, no entanto, eles são bastante fáceis.”

Por outro lado, peças mais simples e monolíticas, como suportes, eixos, caixas e uma série de outros componentes “em blocos”, permanecem firmemente no campo da usinagem, seja a oficina fazendo um protótipo ou uma produção de muitos milhares.

E como a impressão 3D não pode competir com a usinagem em termos de precisão, peças com tolerâncias apertadas e acabamentos de superfície muito suaves também são mais adequados para um torno CNC ou centro de usinagem.

Por causa disso, muitas peças plásticas e praticamente todas as metálicas exigem uma viagem pós-construção até a oficina para finalizar os recursos críticos das peças e remover os suportes, a ruína da maioria dos processos de impressão 3D.

Impressão 3D:boa para geometrias complexas, recursos complexos

“Para volumes de produção mais baixos, onde a precisão da peça e o acabamento da superfície não são a maior prioridade, a impressão 3D é certamente o caminho a seguir”, diz Gisbert Ledvon, diretor de desenvolvimento de negócios para máquinas-ferramenta da Heidenhain Corp. geometrias muito complexas e onde a impressão 3D pode produzir recursos que de outra forma seriam difíceis de fabricar. Embora possam exigir usinagem secundária, esses tipos de peças são cada vez mais produzidos por meio de manufatura aditiva de metal.”

Um molde de injeção de plástico é um exemplo, diz Ledvon. Em vez de perfurar uma série de orifícios de resfriamento semelhantes a queijo suíço em toda a base do molde ou em suas inserções, como na fabricação de moldes tradicionais, as máquinas de leito de pó metálico a laser (LPBF) podem imprimir todo o molde e preenchê-lo com canais de resfriamento estrategicamente posicionados, que para e circundar a cavidade do molde. Os resultados, diz ele, são moldes com tempos de ciclo muito mais rápidos e qualidade de peça mais alta do que seria possível de outra forma.

Aqui, novamente, são necessárias operações secundárias para usinar o acabamento da cavidade do molde e outras superfícies críticas; como Ledvon e Reynolds apontam, a manufatura aditiva de metal deixa para trás um acabamento de superfície comparável ao de uma fundição ou forjamento.

Ambos os especialistas dizem que transferir essas e outras peças de uma impressora 3D para uma máquina CNC exige uma estratégia de fixação robusta. “Seria ideal se sua impressora 3D tivesse algum tipo de sistema de paletes que se integrasse ao seu centro de usinagem, pois isso economizaria muito tempo e dor de cabeça”, diz Ledvon.

Agarrar uma peça impressa em 3D é semelhante a agarrar uma peça fundida, acrescenta Reynolds, pois muitas vezes não há um ponto de referência fixo para referência. “Assim como nas peças fundidas, você está iniciando o processo de usinagem de uma forma quase líquida, então você precisa fresar ou girar um ponto zero primeiro e depois prosseguir a partir daí. Varia de trabalho para trabalho, mas no geral, eu diria que o controle dimensional é definitivamente mais desafiador com peças impressas em 3D.”

CNC atende à necessidade de velocidade

Outra pena no limite da usinagem CNC é a velocidade. Onde tornos CNC e centros de usinagem podem extrair material de uma barra ou tarugo a grandes taxas, as impressoras 3D de metal e polímero à base de laser são notoriamente lentas, levando muitas horas para produzir a maioria das peças e até dias para as maiores.

No entanto, os lasers estão longe de ser a única maneira de ligar materiais. A manufatura aditiva possui sete tecnologias distintas e inúmeras ramificações, algumas das quais se tornaram extremamente rápidas nos últimos anos. imitando o processo de moldagem por injeção de metal de décadas. E as impressoras de modelagem de deposição fundida, como as da MakerBot e da empresa-mãe Stratasys, não apenas se tornaram muito mais rápidas do que nos primeiros dias de Scott Crump, mas agora são capazes de imprimir certos metais.

Da mesma forma, o processo de estereolitografia de Chuck Hull se expandiu para incluir o processamento de luz digital, que cura camadas inteiras de resina fotopolímero em uma única passagem, em vez de traçá-las meticulosamente linha por linha com uma fonte de luz UV.

Essas e outras impressoras de polímero também são muito mais precisas do que antes (embora ainda muito menos precisas do que a usinagem) e, quando usadas em conjunto com os chamados equipamentos de “polimento a vapor”, podem produzir acabamentos de superfície excepcionais.

Depois, há a fusão de absorção seletiva da Stratasys. Embora atualmente limitado ao ecologicamente correto PA11 Nylon, ele imprime peças usando uma tinta proprietária que reduz o ponto de fusão de qualquer pó de polímero que toque. Quando expostas a uma fonte de calor infravermelha, essas áreas se fundem para produzir peças totalmente funcionais. “Não importa se é uma peça ou 1.000, as velocidades de construção são as mesmas”, diz Reynolds. “Isso o torna ideal para volumes de produção mais altos e, como não coloca tanto calor na peça quanto a sinterização seletiva a laser (SLS), a integridade do material geralmente é maior.”

Reduzir o tempo de produção

O ferramental é mais uma distinção importante entre a impressão 3D e a fabricação tradicional. Como o primeiro é um processo totalmente digital, não há necessidade de gabaritos, acessórios e outras ferramentas (além daquelas usadas no processamento secundário) exigidas pelos processos de fabricação tradicionais.

Isso oferece inúmeros benefícios, sendo o mais óbvio a eliminação de alguns ou todos os custos de ferramentas. Mas também há o tempo de espera necessário para fabricar as ferramentas e, quando prontas, instalá-las na máquina-ferramenta, pegar o programa zero e depois provar o programa CNC. Uma impressora 3D, por outro lado, pode ir do modelo CAD à peça acabada em apenas algumas horas.

Reynolds observa que a impressão 3D se tornou mais automatizada ultimamente no que diz respeito ao decaking e remoção de suporte, embora a automação também esteja desempenhando um papel maior em outros tipos de fabricação.

Independentemente disso, escolher como produzir qualquer peça é uma decisão complexa, que depende da quantidade de trabalho, da geometria da peça, da precisão e do acabamento da superfície, do material de que é feita e de uma série de outros fatores.

Metalúrgicos tentando decidir entre as duas técnicas podem fazer upload de uma peça no site da Stratasys para uma cotação instantânea e descobrir qual caminho é mais rápido e eficaz.

"Para aqueles que pensaram em investir em sua própria impressora 3D em algum momento e acharam que era muito caro ou não era capaz o suficiente, eu os encorajaria a dar outra olhada", diz ele. "Tornou-se uma tecnologia muito madura e, como com tornos CNC e centros de usinagem, é apenas mais uma forma de fazer peças."

Pesquisa Rápida:Vantagem da Manufatura Aditiva

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