Una representación común del mecanizado CNC, en la mayoría de los casos, implica trabajar con una pieza metálica. Sin embargo, el mecanizado CNC no solo es ampliamente aplicable a los plásticos, sino que también es uno de los procesos de mecanizado comunes en diversas industrias.
La aceptación del mecanizado de plástico como proceso de fabricación se debe a la amplia gama de materiales plásticos CNC disponibles. Además, con la introducción del control numérico computarizado, el proceso se vuelve más preciso, rápido y adecuado para fabricar piezas con tolerancias ajustadas. ¿Cuánto sabe sobre el mecanizado CNC de plástico? Este artículo analiza los materiales compatibles con el proceso, las técnicas disponibles y otros aspectos que pueden ayudarle en su proyecto.
Plásticos para mecanizado CNC
Muchos plásticos mecanizables son adecuados para la fabricación de piezas y productos en diversas industrias. Su uso depende de sus propiedades; algunos, como el nailon, poseen excelentes propiedades mecánicas que les permiten sustituir a los metales. A continuación, se presentan los plásticos más comunes para el mecanizado de plásticos a medida:
abdominales:
El acrilonitrilo butadieno estireno, o ABS, es un material ligero para CNC conocido por su resistencia al impacto, robustez y alta maquinabilidad. Si bien posee buenas propiedades mecánicas, su baja estabilidad química se evidencia en su susceptibilidad a las grasas, alcoholes y otros disolventes químicos. Además, la estabilidad térmica del ABS puro (es decir, ABS sin aditivos) es baja, ya que el polímero plástico arde incluso después de retirar la llama.
Ventajas
Es ligero sin perder su resistencia mecánica.
El polímero plástico es altamente mecanizable, lo que lo convierte en un material muy popular para la creación rápida de prototipos.
El ABS tiene un punto de fusión bajo adecuado (esto es importante para otros procesos de creación rápida de prototipos, como la impresión 3D y el moldeo por inyección).
Tiene una alta resistencia a la tracción.
El ABS tiene una alta durabilidad, lo que significa una vida útil más larga.
Es asequible.
Contras
Libera humos plásticos calientes cuando se somete al calor.
Es necesaria una ventilación adecuada para evitar la acumulación de dichos gases.
Tiene un punto de fusión bajo que puede provocar deformación por el calor generado por la máquina CNC.
Aplicaciones
El ABS es un termoplástico de ingeniería muy popular, utilizado por muchos servicios de prototipado rápido para la fabricación de productos debido a sus excelentes propiedades y precio asequible. Se aplica en las industrias eléctrica y automotriz para la fabricación de piezas como teclados, carcasas electrónicas y componentes para tableros de instrumentos de automóviles.
Nylon
El nailon o poliamida es un polímero plástico de baja fricción con alta resistencia al impacto, a los productos químicos y a la abrasión. Sus excelentes propiedades mecánicas, como la resistencia (76 mPa), la durabilidad y la dureza (116R), lo hacen ideal para el mecanizado CNC y optimizan aún más su aplicación en las industrias de fabricación de piezas automotrices y médicas.
Ventajas
Excelentes propiedades mecánicas.
Tiene una alta resistencia a la tracción.
Rentable.
Es un polímero ligero.
Es resistente al calor y a los productos químicos.
Contras
Tiene baja estabilidad dimensional.
El nailon puede absorber la humedad fácilmente.
Es susceptible a los ácidos minerales fuertes.
Aplicaciones
El nailon es un termoplástico de ingeniería de alto rendimiento aplicable al prototipado y la fabricación de piezas reales en las industrias médica y automotriz. Los componentes fabricados con este material CNC incluyen rodamientos, arandelas y tubos.
Acrílico
El acrílico o PMMA (polimetacrilato de metilo) es popular en el mecanizado CNC de plástico debido a sus propiedades ópticas. Este polímero plástico es translúcido y resistente a los arañazos, de ahí sus aplicaciones en industrias que requieren estas propiedades. Además, posee excelentes propiedades mecánicas, como su tenacidad y resistencia al impacto. Gracias a su bajo costo, el mecanizado CNC de acrílico se ha convertido en una alternativa a polímeros plásticos como el policarbonato y el vidrio.
Ventajas
Es ligero.
El acrílico es altamente resistente a los químicos y a los rayos UV.
Tiene alta maquinabilidad.
El acrílico tiene una alta resistencia química.
Contras
No es tan resistente al calor, al impacto y a la abrasión.
Puede agrietarse bajo carga pesada.
No es resistente a sustancias orgánicas cloradas/aromáticas.
Aplicaciones
El acrílico se puede utilizar para reemplazar materiales como el policarbonato y el vidrio. Por ello, se utiliza en la industria automotriz para la fabricación de tubos de luz y cubiertas de intermitentes, así como en otras industrias para la fabricación de paneles solares, cubiertas para invernaderos, etc.
POM
POM o Delrin (nombre comercial) es un material plástico CNC altamente mecanizable, elegido por muchos servicios de mecanizado CNC por su alta resistencia al calor, a los productos químicos y al desgaste. Existen varios grados de Delrin, pero la mayoría de las industrias prefieren Delrin 150 y 570 por su estabilidad dimensional.
Ventajas
Son los materiales plásticos CNC más mecanizables de todos.
Tienen una excelente resistencia química.
Tienen alta estabilidad dimensional.
Tiene alta resistencia a la tracción y durabilidad, lo que garantiza una vida útil más larga.
Contras
Tiene poca resistencia a los ácidos.
Aplicaciones
El POM se aplica en diversas industrias. Por ejemplo, en el sector automotriz, se utiliza para fabricar componentes de cinturones de seguridad. La industria de equipos médicos lo emplea para producir plumas de insulina, mientras que el sector de bienes de consumo lo utiliza para fabricar cigarrillos electrónicos y medidores de agua.
HDPE
El polietileno de alta densidad (PEAD) es un termoplástico con alta resistencia a la tensión y a productos químicos corrosivos. Ofrece excelentes propiedades mecánicas, como resistencia a la tracción (4000 PSI) y dureza (R65), que su contraparte, el PEBD, lo reemplaza en aplicaciones con tales requisitos.
Ventajas
Es un plástico flexible mecanizable.
Es altamente resistente al estrés y a los productos químicos.
Tiene excelentes propiedades mecánicas.
El ABS tiene una alta durabilidad, lo que significa una vida útil más larga.
Contras
Tiene poca resistencia a los rayos UV.
Aplicaciones
El HDPE tiene diversas aplicaciones, como la creación de prototipos, engranajes, rodamientos, embalajes, aislamiento eléctrico y equipos médicos. Es ideal para la creación de prototipos, ya que se mecaniza rápida y fácilmente, y su bajo coste lo convierte en el material ideal para crear múltiples iteraciones. Además, es un buen material para engranajes gracias a su bajo coeficiente de fricción y alta resistencia al desgaste, y para rodamientos, gracias a su autolubricación y resistencia química.
LDPE
El LDPE es un polímero plástico resistente y flexible con buena resistencia química y a bajas temperaturas. Es ampliamente utilizado en la industria de fabricación de componentes médicos para la fabricación de prótesis y órtesis.
Ventajas
Es resistente y flexible.
Es altamente resistente a la corrosión.
Es fácil de sellar utilizando técnicas de calor como la soldadura.
Contras
No es adecuado para piezas que requieran resistencia a altas temperaturas.
Tiene baja rigidez y resistencia estructural.
Aplicaciones
El LDPE se utiliza a menudo para producir engranajes y componentes mecánicos a medida, componentes eléctricos como aislantes y carcasas para dispositivos electrónicos, y piezas con acabado pulido o brillante. Además, su bajo coeficiente de fricción, su alta resistencia de aislamiento y su durabilidad lo convierten en un material ideal para aplicaciones de alto rendimiento.
Policarbonato
El PC es un polímero plástico resistente pero ligero con propiedades termorretardantes y aislantes eléctricas. Al igual que el acrílico, puede sustituir al vidrio gracias a su transparencia natural.
Ventajas
Es más eficiente que la mayoría de los termoplásticos de ingeniería.
Es naturalmente transparente y puede transmitir luz.
Toma muy bien el color.
Tiene alta resistencia a la tracción y durabilidad.
El PC es resistente a ácidos diluidos, aceites y grasas.
Contras
Se degrada después de una exposición prolongada al agua a más de 60°C.
Es susceptible al desgaste por hidrocarburos.
Se amarilleará con el tiempo tras una exposición prolongada a los rayos UV.
Aplicaciones
Gracias a sus propiedades ligeras, el policarbonato puede sustituir al vidrio. Por ello, se utiliza en la fabricación de gafas de seguridad y CD/DVD. Además, es adecuado para la fabricación de instrumental quirúrgico y disyuntores.
Métodos de mecanizado CNC de plástico
El mecanizado CNC de piezas de plástico implica el uso de una máquina controlada por computadora para eliminar parte del polímero plástico y formar el producto deseado. El proceso de fabricación sustractiva permite crear una gran cantidad de piezas con tolerancias estrictas, uniformidad y precisión mediante los siguientes métodos.
Torneado CNC
El torneado CNC es una técnica de mecanizado que consiste en sujetar la pieza de trabajo en un torno y girarla contra la herramienta de corte mediante rotación o torneado. Existen también varios tipos de torneado CNC, entre ellos:
El torneado CNC recto o cilíndrico es adecuado para cortes grandes.
El torneado CNC cónico es adecuado para crear piezas con formas cónicas.
Existen varias pautas que puedes utilizar en el torneado CNC de plástico, entre ellas:
Asegúrese de que los bordes de corte tengan una inclinación negativa hacia atrás para minimizar el roce.
Los bordes cortantes deben tener un ángulo de alivio grande.
Pula la superficie de la pieza de trabajo para obtener un mejor acabado superficial y reducir la acumulación de material.
Reduzca la velocidad de avance para mejorar la precisión de los cortes finales (utilice una velocidad de avance de 0,015 IPR para cortes aproximados y 0,005 IPR para cortes precisos).
Adapte los ángulos de espacio libre, laterales y de inclinación al material plástico.
Fresado CNC
El fresado CNC implica el uso de una fresa para retirar material de la pieza de trabajo y obtener la pieza requerida. Existen diferentes fresadoras CNC, divididas en fresadoras de 3 ejes y fresadoras multieje.
Por un lado, una fresadora CNC de 3 ejes puede moverse en tres ejes lineales (izquierda a derecha, adelante y atrás, arriba y abajo). Por lo tanto, es ideal para crear piezas con diseños sencillos. Por otro lado, las fresadoras multieje pueden moverse en más de tres ejes. Por consiguiente, son adecuadas para el mecanizado CNC de piezas de plástico con geometrías complejas.
Existen varias pautas que puedes utilizar en el fresado CNC de plástico, entre ellas:
Maquinar un termoplástico reforzado con carbono o vidrio con herramientas de carbono.
Aumente la velocidad del husillo utilizando abrazaderas.
Reduce la concentración de tensión creando esquinas internas redondeadas.
Enfriamiento directo en el router para dispersar el calor.
Seleccione la velocidad de rotación.
Desbarbar piezas de plástico después del fresado para mejorar el acabado de la superficie.
Perforación CNC
El taladrado CNC de plástico consiste en crear un agujero en una pieza de plástico con un taladro equipado con una broca. El tamaño y la forma de la broca determinan el tamaño del agujero. Además, también influyen en la evacuación de virutas. Los tipos de taladros de columna que se pueden utilizar incluyen taladros de banco, verticales y radiales.
Existen varias pautas que puedes utilizar en la perforación CNC de plástico, entre ellas:
Asegúrese de utilizar brocas CNC afiladas para evitar ejercer presión sobre la pieza de plástico.
Utilice la broca adecuada. Por ejemplo, una broca de 90 a 118° con un ángulo de inclinación de 9 a 15° es adecuada para la mayoría de los termoplásticos (para acrílico, utilice un ángulo de inclinación de 0°).
Asegúrese de que la expulsión de virutas sea fácil eligiendo la broca adecuada.
Utilice un sistema de enfriamiento para aliviar el exceso de calor generado durante el proceso de mecanizado.
Para retirar la broca CNC sin dañarla, asegúrese de que la profundidad de perforación sea inferior a tres o cuatro veces el diámetro de la broca. Además, reduzca la velocidad de avance cuando la broca casi haya salido del material.
Alternativas al mecanizado de plástico
Además del mecanizado CNC de piezas de plástico, existen otros procesos de prototipado rápido que pueden servir como alternativas. Algunos de los más comunes son:
Moldeo por inyección
Este es un proceso popular de producción en masa para trabajar con piezas de plástico. El moldeo por inyección implica la creación de un molde de aluminio o acero, dependiendo de factores como su durabilidad. Posteriormente, se inyecta plástico fundido en la cavidad del molde, se enfría y adquiere la forma deseada.
El moldeo por inyección de plástico es adecuado tanto para la creación de prototipos como para la fabricación de piezas reales. Además, es un método rentable, ideal para piezas con diseños complejos y sencillos. Además, las piezas moldeadas por inyección apenas requieren trabajo ni tratamiento superficial adicional.
Impresión 3D
La impresión 3D es el método de prototipado más común en pequeñas empresas. El proceso de fabricación aditiva es una herramienta de prototipado rápido que comprende tecnologías como la estereolitografía (SLA), el modelado por deposición fundida (FDM) y la sinterización selectiva por láser (SLS), utilizadas para trabajar con termoplásticos como nailon, PLA, ABS y ULTEM.
Cada tecnología implica la creación de modelos digitales 3D y la construcción de las piezas deseadas capa por capa. Es similar al mecanizado CNC de plástico, aunque genera menos desperdicio de material, a diferencia de este último. Además, elimina la necesidad de herramientas y es más adecuado para fabricar piezas con diseños complejos.
Fundición al vacío
La fundición al vacío o de poliuretano/uretano implica el uso de moldes de silicona y resinas para crear una copia de un modelo maestro. El proceso de prototipado rápido es adecuado para crear plástico de alta calidad. Además, las copias se utilizan para visualizar ideas o solucionar problemas de diseño.
Aplicaciones industriales del mecanizado CNC de plástico
El mecanizado CNC de plástico es ampliamente aplicable gracias a sus ventajas como la precisión, la exactitud y las tolerancias ajustadas. Entre las aplicaciones industriales más comunes de este proceso se incluyen:
Industria médica
El mecanizado de plástico CNC se aplica actualmente en la fabricación de piezas médicas mecanizadas, como prótesis y corazones artificiales. Su alto grado de precisión y repetibilidad le permite cumplir con los estrictos estándares de seguridad exigidos por la industria. Además, ofrece una gran variedad de materiales y permite producir formas complejas.
Componentes automotrices
Tanto los diseñadores como los ingenieros automotrices utilizan el mecanizado CNC de plástico para fabricar componentes y prototipos automotrices en tiempo real. El plástico se aplica ampliamente en la industria para la fabricación de piezas CNC personalizadas, como tableros de instrumentos, gracias a su ligereza, que reduce el consumo de combustible. Además, el plástico es resistente a la corrosión y al desgaste, características propias de la mayoría de los componentes automotrices. Además, el plástico se moldea fácilmente en formas complejas.
Piezas aeroespaciales
La fabricación de piezas aeroespaciales requiere un método de fabricación de alta precisión y tolerancias estrictas. Por ello, la industria opta por el mecanizado CNC para el diseño, las pruebas y la fabricación de diversas piezas mecanizadas aeroespaciales. Los materiales plásticos son adecuados debido a su idoneidad para formas complejas, su resistencia, su ligereza, su alta resistencia a los productos químicos y su resistencia al calor.
Industria electrónica
La industria electrónica también prioriza el mecanizado de plástico CNC debido a su alta precisión y repetibilidad. Actualmente, este proceso se utiliza para fabricar piezas electrónicas de plástico mecanizadas por CNC, como carcasas de cables, teclados de dispositivos y pantallas LCD.
Cuándo elegir el mecanizado CNC de plástico
Elegir entre los numerosos procesos de fabricación de plástico mencionados anteriormente puede ser complicado. Por ello, a continuación, se presentan algunas consideraciones que pueden ayudarle a decidir si el mecanizado CNC de plástico es el mejor proceso para su proyecto:
Si el diseño de prototipos de plástico tiene una tolerancia estricta
El mecanizado de plástico CNC es el mejor método para fabricar piezas con diseños que requieren tolerancias ajustadas. Una fresadora CNC convencional puede alcanzar una tolerancia ajustada de aproximadamente 4 μm.
Si el prototipo de plástico requiere un acabado superficial de calidad
La máquina CNC ofrece un acabado superficial de alta calidad, lo que la hace ideal si su proyecto no requiere un proceso de acabado superficial adicional. A diferencia de la impresión 3D, que deja marcas en las capas durante la impresión.
Si el prototipo de plástico requiere materiales especiales
El mecanizado CNC de plástico permite producir piezas a partir de una amplia gama de materiales plásticos, incluyendo aquellos con propiedades especiales como resistencia a altas temperaturas, alta resistencia mecánica o alta resistencia química. Esto lo convierte en la opción ideal para crear prototipos con requisitos específicos.
Si sus productos están en etapa de prueba
El mecanizado CNC se basa en modelos 3D, fáciles de modificar. Dado que la fase de prueba requiere modificaciones constantes, el mecanizado CNC permite a diseñadores y fabricantes crear prototipos de plástico funcionales para probar y solucionar fallos de diseño.
· Si necesita una opción económica
Al igual que otros métodos de fabricación, el mecanizado CNC de plásticos es adecuado para fabricar piezas de forma rentable. Los plásticos son más económicos que los metales y otros materiales, como los compuestos. Además, el control numérico computacional (CDC) es más preciso y el proceso es adecuado para diseños complejos.
Conclusión
El mecanizado de plásticos CNC es un proceso ampliamente aceptado en la industria gracias a su precisión, velocidad e idoneidad para fabricar piezas con tolerancias ajustadas. Este artículo describe los diferentes materiales de mecanizado CNC compatibles con el proceso, las técnicas disponibles y otros aspectos que pueden ayudarle en su proyecto.
Elegir la técnica de mecanizado adecuada puede ser un gran desafío, por lo que es necesario subcontratar a un proveedor de servicios CNC para plástico. En GuanSheng, ofrecemos servicios de mecanizado CNC de plástico a medida y podemos ayudarle a fabricar diferentes piezas para prototipado o uso en tiempo real según sus necesidades.
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Hora de publicación: 13 de noviembre de 2023