Una forma de ahorrar costes de mecanizado en prototipos transparentes CNC

El prototipado rápido es un campo bastante misterioso, conocido solo por algunos ingenieros de diseño o unos pocos profesionales; al menos ese es el caso aquí en China.

Como director de proyectos de prototipado rápido, a menudo me preguntan «¿qué es el prototipado?». Como muchos sabrán, un prototipo puede interpretarse como el primer producto de un nuevo diseño, o una muestra personalizada de un nuevo diseño.

¿El coste de mecanizado es siempre alto?

Los diseñadores industriales suelen mandar hacer prototipos para ver cómo resulta el diseño en la realidad: ¿Tiene defectos el diseño? ¿Cómo encaja este diseño con otras piezas? ¿Cómo se ve en la realidad? ¿Son correctos el material y las dimensiones? Porque, la mayoría de las veces, una pieza bien diseñada tiene que modificarse y probarse muchas veces antes de poder salir como un producto maduro en el mercado.

Por lo tanto, es una comprensión común que hay que fabricar un prototipo antes de gastar mucho dinero en piezas que salen con grandes defectos e imperfecciones. Es una cuestión de ahorrar dinero. Como fabricante de prototipos, también estamos siempre buscando maneras de ahorrar costes de mecanizado para nuestros clientes. Así que, en este artículo, voy a hablar de una de las muchas formas de ahorrar costes de mecanizado al fabricar prototipos.

Foto 1.1: Superficie de PMMA fresada por CNC VS superficie de PMMA no fresada por CNC

Consejos para ahorrar el coste de mecanizado de los prototipos CNC

Esta forma de ahorro consiste en no mecanizar las superficies de la pieza (a falta de una expresión mejor). Normalmente podemos usar este método en estructuras similares a placas y a menudo no tiene tolerancias estrictas de altura o grosor. Como muchos ingenieros sabrán, el mecanizado CNC es el método más común utilizado en la fabricación de prototipos. Si se requiere una tolerancia de grosor estricta, digamos que un diseño similar a una placa es de 10,22 mm, la tolerancia es de +/-0,01. Para cumplir con el requisito de tolerancia, nuestros ingenieros probablemente utilizarán un material en bloque de 15(+/-0,2) mm de material estándar para fresar y reducir el grosor hasta alcanzar el rango de tolerancia. Sin embargo, si la altura no tiene una tolerancia estricta, si la altura puede ser de 10 (+/-0,5mm), entonces podemos optar por no mecanizar las superficies, solo mecanizar las demás características clave, lo que ahorraría algo de coste y tiempo de mecanizado.

Foto 1.2: Material en bloque de PMMA original (la foto es de Internet)

Caso práctico: forma de ahorrar el coste de mecanizado de prototipos transparentes CNC

Este es especialmente el caso del mecanizado CNC de prototipos transparentes.

Al producir prototipos transparentes, el método más común que utilizamos es el mecanizado CNC. Tenemos otros métodos que pueden producir piezas transparentes, como el colado al vacío (o colado de uretano) y la impresión 3D, ambos con sus pros y sus contras, pero no voy a entrar en detalles en este artículo.

Para fabricar prototipos transparentes, la elección del material se limita al policarbonato o al acrílico (PMMA), y el proceso se limita al mecanizado CNC. Por supuesto, el moldeo por inyección puede producir piezas transparentes de alta calidad; sin embargo, ya sea un molde de aluminio o un molde de acero, el coste inicial sería extremadamente alto, a veces podrían costar millones de dólares. Además, el plazo de entrega sería bastante largo. Por lo tanto, no es prudente fabricar unos pocos prototipos utilizando moldeo por inyección.

El mecanizado CNC es un proceso de mecanizado sustractivo, durante el cual tomamos un bloque de material original y desprendemos el material no deseado hasta obtener la pieza deseada.

El material en bloque original de PC y PMMA son materiales estándar que tienen cierto grosor de pared o altura, y estos materiales transparentes originales son transparentes por sí mismos (véase la Foto 1.2). Después de que la superficie de estos plásticos transparentes ha sido mecanizada, toda la pieza se vería bastante turbia y rugosa (véase la foto 1.1); para dejarla transparente, habrá que aplicar lijado y pulido manual.

Es una verdad universal que cuando se utiliza mano de obra manual en el proceso de mecanizado, el coste de mecanizado de la pieza aumentaría bastante. Incluso en China, donde la mano de obra manual no es tan cara como la de la UE y EE. UU. Sin embargo, el coste del pulido manual es comprensiblemente alto, ya que es un trabajo que requiere mucho tiempo y mucha mano de obra.

Por ejemplo, si una pieza de PMMA mecanizada debe pulirse hasta quedar transparente (rugosidad superficial Ra0,05-1μm), nuestros trabajadores la lijarán primero con papel de lija grueso 320#, luego cambiarán gradualmente a papel de lija 1000# para pulir la pieza.

Si una pieza de PMMA mecanizada debe pulirse hasta quedar ópticamente transparente (rugosidad superficial Ra 0,025-0,05μm, véase la foto 1.3), nuestros trabajadores la lijarán primero con papel de lija grueso 320#, luego cambiarán gradualmente a papel de lija 2000# para el proceso de lijado de acabado, y después utilizaremos la pasta de pulido para pulir la pieza hasta dejarla ópticamente transparente (máxima transparencia), lo cual es un proceso largo y que requiere mucha mano de obra; normalmente le lleva varios días a un trabajador cualificado terminar una pieza.

Incluso si el material de PMMA original tiene algunos arañazos o imperfecciones, sería mucho más fácil pulirlo que pulir la superficie mecanizada.

Por lo tanto, cuando evaluamos cada diseño, siempre tenemos en cuenta el grosor o (la altura). Cuando nos encontramos con diseños que están cerca del material original estándar, recomendamos no mecanizar la superficie para ahorrar coste de mecanizado (a veces una cantidad sustancial), si el grosor (altura) de la pieza no tiene una tolerancia estricta o si el grosor no importa demasiado.

Esto también es cierto en el mecanizado de metal. Utilizar material estándar grueso ahorrará coste y tiempo de mecanizado. Sin embargo, normalmente no puede ahorrar tanto coste como en el caso de los plásticos transparentes. Porque normalmente lijamos los metales solo un poco o los enviamos al cliente tal como se mecanizan, según sea necesario.

Foto 1.3: Pieza de PMMA mecanizada por CNC y pulida ópticamente (la zona de los «dientes» no está pulida)

Resumen

En una palabra, si necesita fabricar prototipos transparentes, y hay material estándar que esté cerca de su pieza en altura o grosor, elegir no mecanizar las superficies podría ser un muy buen método para ahorrar coste de mecanizado.