Restaurar la placa base en manufactura aditiva optimiza la cadena productiva

Las rectificadoras rotativas avanzadas de superficie permiten un rectificado eficiente y preciso de la placa base de construcción, mejorando la productividad y la calidad.

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Por: Del Williams

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Industrias como la aeroespacial y la automotriz confían cada vez más en la manufactura aditiva (MA) de metal para crear rápidamente componentes de bajo peso con geometrías complejas, diferentes propiedades de materiales y tiempos de preparación mínimos. Para construir cada pieza, las impresoras 3D avanzadas funden, total o parcialmente, capas ultrafinas de polvo metálico en las placas de construcción. Una vez terminada cada pieza de metal, esta se corta de la placa de construcción.

Sin embargo, un cuello de botella de producción en MA es que cualquier metal residual debe eliminarse por completo antes de que la placa de construcción pueda reutilizarse. Esto requiere un rectificado preciso de la placa de construcción para que quede completamente plana, nivelada y con la textura correcta antes de imprimir la siguiente pieza. Desafortunadamente, los métodos tradicionales para realizar esta tarea tienen importantes inconvenientes y se han convertido en un cuello de botella en la producción.

Aquí es donde entran las rectificadoras rotativas de superficies que se han utilizado durante mucho tiempo en el acabado de metales y vidrio para crear superficies paralelas perfectamente planas. El equipo es ideal para el proceso de MA y elimina de manera rápida y precisa cualquier metal residual de la superficie de la placa de construcción, restaurándola a las dimensiones precisas.

Las unidades más avanzadas incluso ofrecen automatización que permite que los operadores con poca experiencia las configuren y luego se ocupen de otras tareas. Este enfoque integral está ayudando a acelerar exponencialmente la restauración de placas de construcción, impulsando la MA y mejorando la calidad.

“Con las rectificadoras giratorias de superficie, nuestro proceso de renovación de la placa de construcción para MA es significativamente más eficiente, preciso y flexible. La incorporación de las unidades en nuestro proceso nos ayudará a manejar el alto crecimiento esperado en el mercado MA”, dice Doug Hedges, director de tecnología de Beehive3D, Inc., con sede en Deerfield Beach, Florida, un proveedor de manufactura aditiva para industrias como la aeroespacial, de defensa y tecnologías de turbinas.

De acuerdo con Hedges, es fundamental en el proceso de fusión de lecho de polvo láser de Beehive3D volver a rectificar la placa de construcción con tolerancias de proceso precisas antes de su reutilización. “No solo tiene restos de metal en la placa de construcción, sino que también partes de la placa de construcción pueden arquearse o distorsionarse, por lo que se debe volver a rectificar después de cada uso para mantenerla plana y paralela”, dice Hedges.

Dado que la pieza creada por MA de metal está esencialmente "soldada" a la placa de construcción, generalmente se corta con un hilo de W-EDM (Electroerosión por hilo) o una sierra de cinta. Sin embargo, ambos enfoques implican eliminar una capa delgada de la superficie de la placa de construcción, reduciendo gradualmente su grosor hasta que ya no se pueda utilizar. La mayoría de los cortes tampoco son completamente planos o nivelados.

La alternativa es cortar cerca de la pieza, pero esto deja material que debe eliminarse más tarde. Con W-EDM y sierras de cinta, el proceso puede llevar horas y los materiales duros como el Inconel tienden a endurecerse por deformación, lo que aumenta aún más la dificultad. Algunos talleres incluso abordan el problema con una fresadora CNC, pero esto también puede llevar horas y limitar la disponibilidad del equipo para la producción real. Los materiales AM difíciles de mecanizar prolongan aún más el tiempo de fresado requerido.

Una alternativa más eficiente utiliza rectificadoras giratorias de superficie para eliminar el material residual no deseado con una gran rueda abrasiva para superficies.

"El objetivo es eliminar solo el material residual de la pieza de manufactura aditiva y la menor cantidad posible de la placa de construcción, al mismo tiempo que se logra el rectificado necesario de la placa de construcción", dice Erik Lawson, Gerente de Ingeniería y diseñador y constructor de rectificadoras rotativas de superficie industriales en DCM Tech, basado en Winona, MN,  

Hoy en día, las rectificadoras de superficie están diseñadas con sensores y controles mucho más avanzados que mantienen automáticamente tolerancias muy estrictas, eliminando material hasta una diezmilésima de pulgada del espesor final. El equipo puede lograr tolerancias dimensionales más estrictas, planitud, paralelismo y acabado superficial en placas de construcción en mucho menos tiempo que otros métodos. El proceso elimina la variabilidad entre las placas de construcción renovadas además de aumentar la producción y la calidad, lote tras lote.

Las unidades más avanzadas, como la serie IG de DCM Tech, ofrecen rectificado de velocidad variable con automatización y controles que permiten que prácticamente cualquier operador administre con éxito una unidad. Estas unidades pueden controlar el contacto inicial entre la rueda abrasiva y la placa de construcción, que en el pasado tenía que ser perfeccionada por el operador. La tecnología de sensórica avanzada detecta la vibración y puede ajustar automáticamente no solo la presión del motor del eje, sino también la rapidez con la que mueve la rueda hacia abajo sobre la placa de construcción. Cuando la máquina detecta que la rueda abrasiva ha entrado en contacto con la placa de construcción, automáticamente comienza el ciclo de rectificado.

“Se pueden configurar diferentes recetas de rectificado para diferentes clientes, tipos de materiales o estructuras de construcción, por lo que no es necesario ingresar una programación o datos complejos al comienzo de cada trabajo. Se puede crear una nueva receta para variaciones de trabajo, como acabados diferentes para cada material AM específico”, explica Lawson.

Beehive3D actualmente utiliza rectificadoras rotativas de superficie de la serie DCM Tech IG en algunas de sus ubicaciones y planea agregar más en el futuro. Hedges, director de tecnología, encuentra valor en trabajar con un proveedor experto que puede adaptar la amoladora de superficie rotativa para las necesidades específicas de Beehive3D.

“Usar los abrasivos y las velocidades de avance adecuados puede reducir el tiempo de acabado y facilitar un proceso eficiente y repetible. Trabajar con un experto en el uso de abrasivos como DCM Tech nos brinda la flexibilidad que necesitamos para eliminar de manera eficiente una variedad de restos de metal como aluminio, titanio e Inconel de las placas de construcción”, dice Hedges.

También es importante la capacidad de alterar los parámetros a través del ciclo de rectificado para manejar tanto el metal impreso o la aleación como el material utilizado para la placa de construcción. Las características del material del residuo de la pieza impresa y la placa de construcción son muy diferentes, por lo que la rectificadora rotatoria debe ajustarse adecuadamente a cada contacto.

Las recetas de molienda de la unidad avanzada también se pueden configurar para adaptarse a las texturas de placa de construcción requeridas. Esto elimina la necesidad de "hacer rugosa" una placa de construcción en un proceso separado como fresado o chorro de arena para que la pieza AM se adhiera correctamente a la superficie durante la construcción.

“A diferencia de las máquinas de estilo antiguo, las rectificadoras rotativas avanzadas no necesitan la intervención o supervisión constante del operador. Esto permite que el operador realice múltiples tareas y minimiza el riesgo de error”, dice Hedges.

La automatización también elimina la necesidad de que los operadores afilen manualmente los abrasivos en la rueda. Cuando los operadores afilan manualmente las ruedas, en la mayoría de las máquinas sostienen una herramienta debajo de la rueda abrasiva. La herramienta aplica abrasión y elimina todos los abrasivos usados u obstruidos hasta que la rueda tenga una superficie abrasiva nueva y afilada. Con frecuencia, los operadores necesitan repetir el proceso, a veces cada 10 minutos, según el material rectificado, lo que puede requerir mucha mano de obra y disminuir la productividad.

“Las rectificadoras rotativas avanzadas con una opción de cambio automático liberan a los operadores de la necesidad de hacerlo manualmente, lo que hace que la operación sea más fácil y consuma menos tiempo”, dice Hedges. “La opción puede ser particularmente útil con materiales difíciles de mecanizar como el Inconel, que puede requerir un tratamiento más frecuente de los abrasivos”.

A medida que aumenta la producción de metal por manufactura aditiva, los fabricantes que aprovechan las sofisticadas rectificadoras de superficie giratorias automatizadas para eliminar de manera eficiente el exceso de material de las piezas y restaurar las placas de construcción superarán a los que utilizan métodos convencionales más lentos y menos precisos.