Acabado superficial en impresión 3D: métodos de acabado comunes para piezas impresas en 3D

La impresión 3D está redefiniendo la noción y las capacidades de la fabricación. Esta tendencia emergente está dando una dura competencia a los métodos de fabricación convencionales. Una de las razones de su rápido éxito es el impresionante acabado superficial de la impresión 3D, que revisaremos en profundidad en este artículo.

Por lo tanto, la discusión se centrará en el acabado de la impresión 3D, los factores que lo afectan, sus métodos de medición y las diversas técnicas para mejorar el acabado superficial. Quédese con nosotros para una guía completa sobre este tema.

¿Qué es el acabado superficial en la impresión 3D?

Primero, comencemos con una introducción al concepto de acabado superficial en la impresión 3D. Dicho simplemente, es una medida cualitativa de cuán rugosa es la superficie de una pieza después de la impresión. Una superficie muy lisa se considera ‘fina’, mientras que una superficie rugosa tiene un acabado superficial ‘deficiente’.

Es un paso crucial en cualquier proceso de fabricación, ya que existen estrictos requisitos de calidad superficial para casi todos los productos. Una hoja de papel, por ejemplo, no cumple su propósito si es demasiado áspera para escribir en ella y no funcionará bien en el mercado.

Por lo tanto, lograr el acabado superficial deseado es una prioridad para los fabricantes de impresión 3D. A menudo, este es un trabajo de posprocesamiento que involucra numerosas técnicas, que se discutirán pronto.

Además, el acabado de piezas impresas en 3D presenta un desafío único debido a las cualidades inherentes de los procesos de fabricación aditiva. Como las piezas se construyen capa por capa, su superficie está compuesta de un patrón repetitivo de crestas y valles que deben aplanarse respetando la integridad de la pieza.

¿Por qué es importante el acabado en la impresión 3D?

Existen varias razones para establecer objetivos específicos para el acabado superficial de la impresión 3D. Estas razones pueden ser tanto superficiales como funcionales. A continuación se presenta una lista resumida de varias de estas razones.

1. Estética

Un buen acabado superficial añade valor estético a la pieza. Esto incluye elementos de apariencia como el color, la textura y el aspecto (brillante/mate).

2. Propiedades mecánicas y químicas

Los métodos de acabado superficial pueden mejorar el rendimiento de las piezas impresas en 3D. Las piezas metálicas, por ejemplo, pueden recubrirse para hacerlas resistentes a la corrosión y conductoras de electricidad. Algunos métodos inducen resistencia a las altas temperaturas y al desgaste para piezas destinadas a aplicaciones duras y exigentes.

3. Funcionalidad

Ciertas aplicaciones requieren un acabado superficial específico para funcionar correctamente. Un ajuste de interferencia, por ejemplo, depende en gran medida de la calidad superficial de las piezas acopladas. Por lo tanto, en otros casos, una superficie rugosa podría ser preferible para mejorar el área superficial y lograr una transferencia de calor eficaz.

4. Tolerancia de fabricación

Los tratamientos superficiales se utilizan con bastante frecuencia en el acabado de la impresión 3D para llevar una pieza dentro de sus límites de tolerancia dimensional. Así, se puede eliminar material adicional o añadir más material para este propósito.

¿Qué factores afectan el acabado superficial en la impresión 3D?

La impresión 3D es un proceso complejo con muchos factores contribuyentes y piezas móviles. Cada uno de estos factores afecta el acabado superficial de la impresión 3D de una manera diferente. Un ingeniero debe tener una sólida comprensión de esto para saber qué ajustar y obtener el acabado de impresión 3D deseado.

1. Proceso de impresión 3D

El acabado superficial de la impresión 3D varía drásticamente entre las diferentes técnicas de impresión 3D. El FDM, por ejemplo, es propenso a problemas como baja resolución superficial y alabeo debido a su proceso de deposición capa por capa. Los métodos basados en polvo como la impresión 3D SLS comprensiblemente producen un acabado superficial granulado, ya que las piezas se fabrican a partir de partículas de polvo.

2. Parámetros de la impresora 3D

Los parámetros de impresión 3D juegan un papel importante en el acabado superficial final. Por ejemplo, cuanto menor sea el espesor de capa (o resolución), más lisa se ve la superficie. La velocidad de impresión, el proceso de curado y el relleno también son factores importantes que contribuyen a la calidad superficial.

3. Material de impresión 3D

Los materiales de impresión 3D tienen propiedades diferentes y son compatibles con métodos diferentes. Las variaciones en el acabado superficial también pueden deberse a las limitaciones y propiedades del material.

4. Calidad de la impresora 3D

La construcción y el estado de las impresoras 3D también afectan el acabado superficial. Las impresoras de bajo costo no pueden producir piezas con alta calidad superficial. Del mismo modo, una impresora 3D antigua y mal mantenida también pierde su precisión con el tiempo. Los factores que contribuyen a esto incluyen el estado de los rieles y motores de la impresora 3D, la alineación de la estructura/base, las capacidades del controlador, el estado de la fuente de alimentación, etc.

La tabla a continuación compara las capacidades de acabado superficial de la impresión 3D de los procesos de impresión 3D populares.

Proceso de impresión 3D	Rugosidad superficial (Ra)
FDM/FFF	10
SLD/DLP	3
SLS	13
PBF	15

¿Cómo medir el acabado superficial de la impresión 3D?

La medición del acabado superficial de la impresión 3D se realiza mediante un perfilómetro. Es un equipo muy sensible con una sonda/estilete afilado y puntiagudo que ‘escanea’ la superficie deslizándose a través de una porción de ella.

Durante este muestreo, la punta del estilete registra la forma exacta de la superficie, que luego se utiliza para calcular el valor de rugosidad superficial (el equivalente cuantitativo del acabado superficial).

La medida más común para evaluar la rugosidad superficial es el valor Ra. Este valor es simplemente la media aritmética (promedio) de todas las mediciones. Esto se puede entender mejor a partir de la figura a continuación.

Métodos comunes para mejorar el acabado de las piezas de impresión 3D

Hemos repasado a fondo varios aspectos del acabado superficial de la impresión 3D. Ahora, pasaremos a los numerosos métodos que los ingenieros utilizan para acabar las piezas de impresión 3D.

Estas técnicas varían significativamente en cuanto a eficacia, costos, requisitos de habilidad y metodología general. A continuación analizamos algunas de las opciones más importantes.

1. Lijado

El lijado es el método más común para el acabado de la impresión 3D. Es un proceso simple en el que se frota papel de lija áspero y abrasivo contra la superficie de la pieza para alisarla. Las características imperfectas de la superficie, como las protuberancias y las esquinas afiladas, se rompen o se aplanan por la fricción durante este proceso.

Es una técnica muy práctica, ya que es muy intuitiva, económica, eficaz y funciona en la mayoría de los materiales. El papel de lija viene en varios grados que difieren en el tamaño del grano. Los grados gruesos tienen granos más grandes y eliminan más material, pero al mismo tiempo dejan una superficie más rugosa.

Por lo general, el proceso de lijado comienza utilizando grados gruesos y pasando gradualmente a grados más finos a medida que la superficie se vuelve más lisa.

Sin embargo, se debe tener cuidado con el lijado, ya que es bastante fácil eliminar material adicional y arruinar la pieza. Por lo tanto, también es un proceso que consume mucho tiempo y puede no ser adecuado para un trabajo de alta productividad.

El acabado superficial final de la impresión 3D no es de un brillo liso. Más bien, tiene un acabado mate. Para mejorar aún más la calidad superficial, se pueden utilizar paños de pulido, papeles de lija extrafinos o pintura/recubrimiento.

2. Mecanizado/Esmerilado

Aunque la impresión 3D y el mecanizado CNC a menudo se presentan como tecnologías de fabricación opuestas, enfrentadas entre sí por el dominio de la industria, existen varias vías en las que se complementan mutuamente. Una de estas aplicaciones híbridas es el acabado de las piezas de impresión 3D.

Muchos métodos de impresión 3D son incapaces de lograr el fino acabado superficial de los procesos sustractivos como el mecanizado y el esmerilado.

Por lo tanto, un ciclo de acabado de mecanizado/esmerilado es muy común después de la impresión 3D. Es muy eficaz para mantener tolerancias estrechas y superficies excepcionalmente lisas. Además, el mecanizado es una herramienta versátil que es útil en áreas de difícil acceso, como el interior de agujeros o características curvas.

Es más, es compatible con la mayoría de los materiales de impresión 3D, tanto basados en plástico como en metal.

3. Granallado con perlas

El granallado con perlas es otra técnica abrasiva popular de acabado de impresión 3D. Como su nombre sugiere, implica proyectar pequeñas perlas de plástico o vidrio sobre la superficie rugosa. El impacto hace que las imperfecciones de la superficie se aplanen.

Es un método rápido en comparación con el lijado. Además, las perlas también pueden dirigirse a características de difícil acceso y alisar superficies internas, que no son tan accesibles con papel de lija manual.

Por lo general, el granallado comienza a baja presión para evaluar la tasa de abrasión. Esto es necesario, ya que una presión adicional puede eliminar material adicional o dañar la superficie. Con una inspección visual adecuada y experiencia, el operador puede aumentar la presión de granallado para optimizar el acabado superficial de la impresión 3D.

Además, existen varios otros procesos similares como el arenado, el granallado por perdigones (shot peening) y el granallado con agua, con diferencias menores entre sí.

4. Chapado

El chapado (electrochapado) es el proceso de aplicar eléctricamente una fina capa metálica sobre una superficie de plástico o metal. Es una práctica común para el acabado de piezas de impresión 3D debido a sus amplios beneficios y conveniencia.

En la mayoría de los casos, el chapado mejora diversas propiedades del material de la pieza. Las piezas de plástico impresas en 3D son comprensiblemente débiles y propensas a romperse. Chaparlas con un metal apropiado puede aumentar su durabilidad, resistencia al desgaste y darles la capacidad de soportar temperaturas más altas.

Además, para las piezas metálicas, el electrochapado puede inducir diversas propiedades útiles como la resistencia a la corrosión y la oxidación, la soldabilidad y la conductividad eléctrica.

Aparte de tales propósitos funcionales, el chapado sirve como una excelente manera de mejorar la estética de un acabado superficial de impresión 3D. Los recubrimientos metálicos como el oro, la plata y el cromo añaden un atractivo estético superior a las piezas.

5. Pintura

La pintura es un proceso sencillo y bien comprendido. Sirve para el mismo propósito que en cualquier otro lugar: un mejor aspecto. Esto se debe a que, con la pintura, los usuarios tienen la opción de elegir prácticamente cualquier color y apariencia.

Comúnmente, el proceso de pintura está precedido por una capa de imprimación y masilla. Esto alisa ligeramente la superficie rellenando huecos y valles hasta cierto punto y preparando mejor la superficie para una capa (o capas) de pintura.

Además, la pintura sí sirve al propósito práctico de sellar hasta cierto punto. Aunque no es un sellador, en el pleno sentido de la palabra, puede actuar como tal en un papel secundario. Con el problema de la porosidad prevalente en la impresión 3D, este es un efecto beneficioso.

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Conclusión

Es hora de concluir este artículo. Está pensado para ser una guía completa sobre el acabado superficial de la impresión 3D y esperamos que haya aportado información útil. Sin embargo, es un tema enorme que evoluciona constantemente con la impresión 3D cada día más.

Además, si tiene más preguntas sobre el acabado de la impresión 3D, puede consultar la sección de preguntas frecuentes a continuación o contactar a nuestros expertos para una consultoría.

Preguntas frecuentes

¿Cuál método de acabado superficial de impresión 3D es el mejor?

Depende completamente de la aplicación. Esto se debe a que cada método tiene sus pros y sus contras y es adecuado para una clase específica de productos. Si su única preocupación es la estética, la pintura o el recubrimiento es su mejor opción. Si su producto tiene necesidades funcionales como la conductividad eléctrica, por ejemplo, puede considerar un material apropiado para electrochapar.

¿La impresión 3D tiene un mejor acabado que el CNC?

Generalmente, el mecanizado CNC lleva la ventaja sobre la impresión 3D en términos de rugosidad superficial. Sin embargo, con las técnicas de acabado superficial adecuadas y la selección de la impresora/método, esta brecha se puede reducir significativamente.