DMLS vs Mecanizado CNC para piezas metálicas: Una guía completa

Al crear piezas metálicas de alto rendimiento, Los ingenieros disponen de dos tecnologías dominantes. Pueden empezar con un bloque sólido de metal y tallarlo para darle forma, O pueden construir la pieza desde cero, Capa por capa microscópica, de un lecho de polvo metálico fino. Estos dos métodos —mecanizado CNC sustractivo e impresión 3D DMLS aditiva— representan enfoques fundamentalmente diferentes en la fabricación. La elección entre ellos es una de las decisiones más críticas en el desarrollo de productos, Impactar la geometría de una pieza, rendimiento, costar, y tiempo de preparación.

La diferencia fundamental es que el mecanizado CNC es un proceso sustractivo que corta material de un bloque sólido, mientras que el DMLS es un proceso aditivo que construye una pieza capa por capa fusionando polvo metálico con un láser. El CNC destaca por su precisión y resistencia en diseños tradicionales. DMLS destaca en la creación de geometrías complejas que son imposibles de mecanizar.

Como socio experto en fabricación con capacidades internas tanto en mecanizado CNC avanzado como en sinterización láser directa de metales (DMLS), GD-Prototyping ofrece esta guía completa. Exploraremos los detalles técnicos, Fortalezas, y limitaciones de cada proceso. Esto te permitirá tomar una decisión informada para tu solicitud específica.

Comprendiendo el mecanizado CNC: El Estándar Sustractivo

CNC (Control numérico por ordenador) El mecanizado es el referente para la fabricación de metales de precisión. Es un proceso sustractivo, es decir, crea una forma final al eliminar material de un fragmento más grande de material, conocido como billet. Es reconocida por su precisión, repetibilidad, y capacidad para producir piezas con excelentes propiedades mecánicas.

¿Cómo crea el mecanizado CNC piezas metálicas??

El proceso comienza con un modelo CAD 3D de la pieza final. Un programador de CAM utiliza este modelo para generar trayectorias de herramientas, que luego se convierten en código G. Este código dirige cada movimiento de la máquina CNC.

1. Un bloque sólido de metal está sujeto de forma segura a la máquina.
2. Una herramienta de corte (como una fresa o una broca) se carga en el eje de la máquina.
3. El husillo gira a alta velocidad, y la máquina mueve con precisión la herramienta o la pieza a lo largo de varios ejes.
4. La herramienta de corte elimina sistemáticamente el material, tallando la forma final del bloque macizo.
5. Este proceso continúa, a veces con múltiples cambios de herramienta, hasta que la parte de la forma neta esté completa.

Características clave de las piezas mecanizadas CNC

Las piezas producidas mediante mecanizado CNC son valoradas por sus superiores propiedades materiales y precisión.

• Fuerza Excelente: Porque la pieza está tallada en un sólido, Billete forjado de metal, conserva la estructura y resistencia original del material. Esto generalmente resulta en un nivel más fuerte, Piezas más duraderas en comparación con los métodos aditivos.
• Tolerancias estrictas: El mecanizado CNC es un proceso extremadamente preciso. Puede lograr tolerancias dimensionales muy estrictas, a menudo dentro de unas pocas centésimas de milímetro.
• Acabado superficial liso: El proceso puede producir un acabado superficial muy liso y consistente directamente desde la máquina, que puede mejorarse aún más con un pulido ligero.

Materiales CNC comunes

Una gran ventaja del mecanizado CNC es su compatibilidad con una amplia gama de materiales de ingeniería bien conocidos.

• Aleaciones de aluminio: (P ej.., 6061, 7075) para un gran equilibrio de fuerzas, peso, y coste.
• Aceros inoxidables: (P ej.., 304, 316, 17-4 PH) para resistencia y resistencia a la corrosión.
• Aleaciones de titanio: (P ej.., Ti-6Al-4V) por una relación resistencia-peso excepcional y biocompatibilidad.
• Superaleaciones: (P ej.., Inconel) para aplicaciones a altas temperaturas.

Las limitaciones del acceso a herramientas

La restricción central de cualquier proceso sustractivo es el acceso a la herramienta. La herramienta de corte necesita un dispositivo directo, línea de visión física con la superficie que está mecanizando. Esto hace imposible crear características internas complejas, canales profundos y estrechos con esquinas afiladas, o estructuras de celosía cerradas.

Comprensión del DMLS: El innovador aditivo

Sinterización láser metálica directa (DMLS), también conocido como fusión selectiva por láser (Sobre el nivel del mar), es una tecnología de fabricación aditiva por fusión en lecho de polvo. Construye piezas metálicas desde cero, Capa por capa. Este enfoque redefine completamente lo que es posible en términos de complejidad geométrica.

¿Cómo imprime DMLS en 3D piezas metálicas??

El proceso DMLS se realiza dentro de una cámara de construcción sellada llena de un gas inerte para evitar la oxidación.

1. Una hoja recoater extiende una capa extremadamente fina de polvo metálico fino (típicamente 20-60 Micras) sobre una plataforma de construcción.
2. Un poderoso, Láser de fibra de alta precisión, guiados por un conjunto de espejos de escaneo, traza la primera sección transversal del modelo 3D sobre el lecho de pólvora.
3. La intensa energía del láser funde y fusiona completamente las partículas de polvo metálico, creando una capa sólida.
4. La plataforma de construcción se reduce en un grosor de una capa, y la hoja recoater aplica una capa fresca de polvo.
5. El proceso se repite durante miles de capas, fusionando cada nueva capa con la que está debajo, hasta que la parte final esté completamente formada dentro del lecho de pólvora.

Características clave de las piezas DMLS

Las piezas DMLS son conocidas por sus geometrías complejas y buenas propiedades mecánicas.

• Libertad de diseño inigualable: El DMLS puede producir piezas con canales internos intrincados, Formas orgánicas, y estructuras de rejilla optimizadas que son imposibles de fabricar con cualquier otro método.
• Buena Fuerza: Las propiedades de las piezas DMLS son similares a las de una pieza de metal fundido. Aunque normalmente no son tan resistentes como una pieza forjada de CNC, Son totalmente densos y adecuados para aplicaciones funcionales exigentes.
• Piezas casi de forma neta: El proceso construye la pieza hasta su forma casi final, lo que puede reducir significativamente el desperdicio de materiales en comparación con el mecanizado de una pieza compleja a partir de un bloque grande.

Los pasos críticos de post-procesamiento

Las piezas DMLS requieren varios pasos obligatorios de post-procesamiento.

1. Alivio del estrés: Los intensos ciclos de calentamiento y refrigeración del proceso generan tensiones internas en la pieza. Toda la base debe ser tratada térmicamente en un horno para aliviar estas tensiones y evitar deformaciones.
2. Eliminación de apoyos: Las piezas DMLS requieren estructuras de soporte para anclarlas a la base de construcción y soportar elementos sobresalientes. Estos soportes son de metal macizo y deben retirarse con EDM por cable, Mecanizado CNC, o herramientas manuales.
3. Acabado de superficie: La superficie impresa de una pieza DMLS es rugosa y mate. A menudo requiere un procesamiento secundario como el granallado de perlas, Cayendo, o mecanizado de precisión para lograr un acabado suave o tolerancias ajustadas.

Materiales comunes del DMLS

DMLS trabaja con una gama creciente de polvos metálicos soldables.

• Acero inoxidable (316L): Excelente para resistencia a la corrosión y biocompatibilidad.
• Aluminio (AlSi10Mg): Una aleación ligera adecuada para prototipado e intercambiadores de calor.
• Titanio (Ti64): La primera opción para la alta resistencia, peso ligero, y partes biocompatibles.
• Inconel (IN718): Una superaleación de níquel utilizada para aplicaciones de alta temperatura y alta tensión en aeroespacial y energía.

La comparación en profundidad: DMLS vs. CNC Head-to-Head

La decisión entre DMLS y mecanizado CNC implica un análisis detallado de varios compromisos clave.

Libertad Geométrica: El factor decisivo

Esta es la diferencia más significativa. DMLS destaca en la complejidad geométrica. Puede crear piezas con características que son simplemente imposibles de alcanzar para una herramienta de corte. Esto incluye:

• Canales internos complejos de refrigeración para la refrigeración conforme en herramientas de molde.
• Optimizado para topología, formas orgánicas que minimizan el peso y maximizan la resistencia.
• Fin, Estructuras de red intrincadas para implantes médicos o aligeramiento.

El mecanizado CNC está limitado por el acceso de la herramienta. Sin embargo, para funciones a las que puede acceder, Es extremadamente precisa. Es la mejor opción para agujeros de alta precisión, Superficies de sellado planas, y características prismáticas.

Propiedades mecánicas y resistencia de las piezas

Las piezas mecanizadas CNC suelen ser más resistentes que las piezas DMLS hechas de la misma aleación. Esto se debe a que el CNC comienza con un lingote forjado de metal que tiene un uniforme, Estructura de grano forjado. Las piezas DMLS tienen una microestructura más parecida a una fundición de alta calidad, lo que puede resultar en una resistencia a la tracción y propiedades de fatiga ligeramente menores. Las partes DMLS también pueden mostrar algo de anisotropía, Lo que significa que su fuerza puede variar ligeramente según la dirección de la construcción (X, Y vs. Con).

Tolerancias y precisión

El mecanizado CNC es el claro ganador en precisión. Una máquina CNC de 5 ejes de alta gama puede mantener tolerancias dimensionales un orden de magnitud más estrictas que lo posible con DMLS en impresora. Mientras que el DMLS puede producir piezas precisas, Logrando tolerancias muy estrictas (más apretado que +/- 0.1 mm) Casi siempre requiere un paso secundario de mecanizado en características críticas.

Acabado superficial

El mecanizado CNC produce un acabado superficial mucho más suave. Un acabado mecanizado estándar es significativamente más suave que el mejor acabado DMLS impreso posible. Las piezas de DMLS tienen un rough, Textura mate debido a la naturaleza de las partículas de polvo fusionadas. Si es un suave, pulido, o se requiere una superficie de muy baja fricción, una pieza DMLS necesitará un postprocesamiento extenso.

Velocidad y tiempo de entrega

La respuesta depende mucho de la complejidad de la pieza y de su cantidad.

• Para un sencillo, Prototipo altamente complejo, El DMLS suele ser más rápido. La máquina puede empezar a construir directamente desde el archivo CAD con una programación mínima. Una pieza CNC puede requerir una programación exhaustiva y la creación de accesorios personalizados.
• Para piezas más simples o cualquier cantidad de producción, El mecanizado CNC es mucho más rápido. Las tasas de eliminación de materiales de una máquina CNC son mucho más altas que las tasas de fabricación de una máquina DMLS.

Residuos materiales y sostenibilidad

El DMLS es un proceso más eficiente en términos de uso de materiales. Solo utiliza el polvo necesario para la pieza y sus soportes. El polvo no utilizado en la cámara de construcción puede reciclarse para la siguiente construcción. El mecanizado CNC es un proceso sustractivo y puede ser un desperdicio para piezas complejas, a veces girando más que 90% de un costoso bloque de titanio en chips. Sin embargo, Estas fichas son de gran valor y casi siempre se recogen y reciclan.

La tabla de punto de equilibrio: Análisis de costes frente a. Cantidad

La comparación de costes entre DMLS y CNC no es lineal. Depende en gran medida de la cantidad de piezas que se producen. Esta relación puede visualizarse con una tabla de punto de equilibrio.

DMLS vs. CNC: Encontrar el punto de equilibrio de costes

Desglosemos los componentes de este gráfico:

• El eje Y representa el coste total del proyecto.
• El eje X representa la cantidad de partes.
• La curva de costes DMLS: El coste del DMLS empieza muy bajo. No hay costes de instalación caros, Accesorios personalizados, o programación compleja de CAM requerida para una sola parte. Sin embargo, El coste por pieza es relativamente alto y constante, Así que la línea tiene una empinada, Pendiente estable.
• La curva de costes CNC: El coste de los comienzos CNC es mucho más alto. Esta inicial "Coste inicial" incluye el tiempo significativo necesario para que un maquinista cualificado configure la máquina y para que un programador cree las trayectorias de herramientas. Sin embargo, una vez hecho esto, El coste de producir cada pieza adicional es relativamente bajo. Esto le da a la línea una pendiente mucho más plana.
• El punto de equilibrio: Este es el punto crítico donde se cruzan las dos curvas de coste.
  • A la izquierda de este punto (cantidades menores), DMLS es la opción más económica.
  • A la derecha de este punto (cantidades mayores), El mecanizado CNC se convierte en la opción más económica.

Para volúmenes mayores, Otros procesos también se vuelven viables. Consulta nuestra guía sobre Colada al vacío vs moldeo por inyección Para tener más opciones.

Tomando la decisión correcta para tu solicitud

El mejor proceso es aquel que cumple con tu intención de diseño de la forma más eficiente posible.

Cuándo deberías elegir DMLS?

Elige el innovador aditivo, DMLS, cuando:

• La complejidad geométrica es el principal factor. Tu pieza tiene características que no se pueden mecanizar.
• Necesitas canales internos, Enfriamiento conforme, o estructuras en red.
• Estás usando la optimización de topología para crear una solución ligera, Diseño orgánico.
• Necesitas una sencilla, prototipo complejo muy rápido.
• La consolidación de piezas es un objetivo (Convertir un conjunto de varias piezas en una sola impresa).

¿Cuándo deberías elegir el mecanizado CNC?

Elige el estándar sustractivo, Mecanizado CNC, cuando:

• La alta precisión y las tolerancias muy estrictas son los requisitos más críticos.
• Una resistencia superior del material y una vida útil por fatiga son esenciales.
• Se necesita un acabado superficial muy suave directamente del proceso.
• La geometría es relativamente sencilla y puede crearse con herramientas de corte.
• Estás produciendo cantidades que van desde unas pocas piezas hasta producción en masa.
• El coste en volumen es una consideración importante.

Para piezas poliméricas, Existe una decisión similar entre procesos aditivos y otros procesos. Más información en nuestro SLA vs SLS vs MJF guiar.

Conclusión

DMLS y el mecanizado CNC no son tecnologías realmente competidoras; Son poderosos, Herramientas complementarias en el panorama manufacturero moderno. DMLS ofrece una libertad inigualable para crear lo que antes era imposible. El mecanizado CNC ofrece una precisión sin igual, fuerza, y escalabilidad para diseños más tradicionales. El futuro de la fabricación avanzada reside en aprovechar las fortalezas de ambos, A veces incluso en la misma parte, donde una pieza DMLS se mecaniza después para alcanzar tolerancias críticas.

Comprender las diferencias fundamentales entre la fabricación aditiva y la sustrativa es clave para el desarrollo exitoso de productos. En GD-Prototipado, Nuestro equipo de expertos domina ambas tecnologías. Podemos ofrecer imparcialidad, Consejos basados en datos para ayudarte a seleccionar el proceso perfecto que se adapte a los requisitos de tu pieza y al presupuesto de tu proyecto.