Additive Manufacturing: La estrategia perfecta de loscomponentes de repasado
PARARE GmbH | Frickenhausen (Baden-Wurtemberg), Alemania
El sistema CAD/CAM ofrece la simbiosis perfecta entre la impresión metálica en 3D y el repasado por arranque de virutas
La fabricación aditiva de metales ha evolucionado en los últimos años hasta convertirse en un procedimiento de fabricación de uso industrial. Convencen especialmente los procedimientos de fusión de metales por láser basados en lecho de polvo, pues generan una estructura muy homogénea, casi sin poros, con una densidad superior al 99,8 %. Sven Skerbis, ingeniero de Additive Manufacturing y gerente de Parare GmbH en Frickenhausen (Alemania), explica las ventajas que eso supone: «¡Las piezas que fabricamos con la tecnología de fusión selectiva por láser, presentan de media entre un 20 y un 30 por ciento más de resiliencia mecánica que, por ejemplo, las piezas de fundición a presión de aluminio, que pueden contener rechupes».
La empresa Parare GmbH, que Skerbis fundó en 2017 junto con su socio Matthias Bath, es un proveedor de servicios de fabricación especializado en impresión 3D industrial en metal y plástico. Los dos ingenieros industriales ya habían reconocido el potencial de esta tecnología cuando estudiaban: dado que la impresión 3D es un procedimiento de fabricación directa basado en datos CAD, no se necesitan herramientas, moldes ni programaciones CAM para generar componentes. En cualquier caso, la producción puede durar desde unas pocas horas hasta varios días, dependiendo del material y del tamaño del componente. «Cuanto más complejo es un componente, o más pasos consecutivos de producción convencional requiere, más merece la pena la impresión 3D», subraya Sven Skerbis. «Y es que en los procedimientos aditivos, la complejidad apenas influye en los costes. Por eso nuestra oferta es idónea, sobretodo, para prototipos y series reducidas para los que, de lo contrario, habría que construir herramientas de fundición a presión, lo que supone una inversión elevada de tiempo y dinero. La impresión 3D también es ideal para piezas de repuesto en pequeñas cantidades».
Este brazo oscilante con peso y flujo de fuerza optimizados ha sido generado con el procedimiento de fusión de metales por láser basado en lecho de polvo. Presenta numerosas superficies que se deben repasar con arranque de virutas.
«Pronto nos dimos cuenta de que la interfaz entre la impresión 3D y el repasado por arranque de virutas tiene una gran importancia. Esto también se aplica al sistema CAD/CAM empleado. Con hyperMILL® de OPEN MIND hemos encontrado una solución perfecta».
Sven Skerbis, gerente de Parare
Llevando al cliente de la mano
El nombre de «Parare» (que en latín significa más o menos «llevar de la mano») es toda una declaración de intenciones para Skerbis y Bath: «Significa que transferimos nuestros conocimientos al cliente y le mostramos dónde tiene sentido usar la impresión 3D. Prestamos apoyo en el campo del diseño, en la optimización de la topología y, finalmente, generamos los componentes. Nos encargamos del repasado y entregamos el producto completamente listo».
Los materiales en polvo para la fusión selectiva por láser son aleaciones clásicas de acero inoxidable, acero para herramientas, titanio, aluminio, con base de níquel, etc. Dado que el láser funde capa por capa, los componentes requieren estructuras adicionales que sirvan de apoyo a las áreas que no se pueden llevar en polvo como, por ejemplo, las paredes con una inclinación de más de 45 grados. Estos apoyos después se tienen que volver a retirar. Además, para superficies funcionales y de sellado, ajustes y roscas se requieren en algunos casos repasados por arranque de virutas adicionales para garantizar la precisión y calidad superficial necesarias.
Matthias Bath (izquierda) y Sven Skerbis fundaron en 2017 la empresa Parare GmbH, un proveedor de servicios de fabricación especializado en impresión 3D industrial en metal y plástico.
Una importante interfaz para el repasado
Al principio, Parare había confiado a socios externos este paso final para llegar al componente listo. «La experiencia nos ha mostrado que la interfaz para el repasado por arranque de virutas es crítica», señala Sven Skerbis. «Si la empresa que programa o mecaniza el componente no es la misma que ha generado los datos brutos para la impresión 3D, a menudo los tiempos de mecanizado se alargan en exceso y, en el peor de los casos, se producen fallos. Aquí, producir material defectuoso cuesta mucho dinero».
Por ello, los responsables de Parare pusieron en marcha a principios de 2019 un plan para encargarse ellos mismos del repasado. Buscaron un empleado que encajara, un centro de mecanizado de 5 ejes potente y un software CAD/CAM adecuado. En Michael Meyer encontraron a un profesional del mecanizado por arranque de virutas que, además, podía acreditar más de diez años de experiencia con diferentes sistemas de CAD/CAM. La máquina elegida fue una Hermle C30 U. En cuanto al sistema CAD/CAM, se optó por hyperMILL® de OPEN MIND Technologies AG, Wessling (Alemania).
Michael Meyer, ahora responsable del área de programación y fabricación con arranque de virutas, está plenamente convencido con hyperMILL® y el sistema integrado de «CAD para CAM» hyperCAD®-S: «Llevo ya más de diez años trabajando con este software y no conozco ningún otro que se pueda comparar con hyperMILL® en lo relativo al mecanizado de 5 ejes. Además, con hyperCAD®-S puedo complementar fácilmente los datos de CAD en 3D recibidos añadiendo cuerpos geométricos y superficies, o reparar superficies defectuosas». Para su información: hyperCAD®-S es un sistema integrado de «CAD para CAM» desarrollado especialmente por OPEN MIND para programadores de CAM que permite acelerar los procesos de la programación CN.
El repasado de componentes generados con producción aditiva suele realizarse con cinco ejes. hyperMILL® ofrece para ello numerosos ciclos de mecanizado.
Con hyperCAD®-S hacia el componente imprimible
Normalmente, Parare recibe del cliente los datos de la pieza lista de CAD en 3D. Dado que estos datos aún no son aptos para la impresión 3D, primero se transfieren a hyperMILL® y se procesan mediante hyperCAD®-S. Michael Meyer comprueba las superficies, las mejora, y añade estructuras de apoyo, así como las lengüetas de sujeción necesarias. En los puntos que se deben repasar, determina el sobreespesor necesario para poder fresar después de forma óptima. A continuación vuelve a ejecutar el archivo en el sistema de diseño CAD, desde donde saldrá como archivo STL para el proceso SLM.
«Mediante estos trabajos previos sé exactamente dónde están mis puntos de referencia», explica Michael Meyer. «En caso necesario, puedo incluso añadir un pequeño cilindro como referencia, que después toco en la máquina para orientar el componente en el espacio. Así se garantiza que la pieza en bruto esté fijada sobre la mesa de la máquina exactamente tal como estaba previsto en la programación CAM. Esto proporciona una gran seguridad en el mecanizado por arranque de virutas».
El jefe de producción Michael Meyer procesa y complementa los datos del componente en hyperCAD®-S antes de la impresión 3D.
La estrategia de cinco ejes adecuada para cada aplicación
El entusiasmo de Michael Meyer no solo se refiere a la parte de CAD en hyperMILL®, sino también a la propia programación CAM. Las estructuras generadas en la impresión 3D son a menudo muy complejas y solo se pueden procesar con cinco ejes. «Ese es precisamente uno de los puntos fuertes de hyperMILL®. Para el fresado de cinco ejes hay numerosas estrategias de aproximación que me permiten elegir la solución adecuada para cada geometría, cada material y cada cinemática de la máquina», asegura el jefe de producción. «El Inconel, por ejemplo, se tiene que mecanizar obligatoriamente de forma radial, algo que a veces solo es posible con cinco ejes. En un mecanizado frontal, las fresas se desgastarían muy rápidamente. Con los componentes actuales hemos conseguido unos ahorros enormes en herramientas porque lo hemos fabricado todo en fresado lateral de cinco ejes. Este tipo de ciclos de mecanizado, como el fresado lateral de cinco ejes o el repasado de cinco ejes, son extremadamente potentes en hyperMILL®».
En este proyecto también fue muy importante hyperCAD®-S. Y es que Parare quería imprimir la compleja geometría del componente sin lengüetas de sujeción adicionales. Así pues, Michael Meyer utilizó la función de Diferencia Booleana con el fin de generar para el repasado un dispositivo negativo en el que se insertó en el componente. ¿Su valoración? «Funcionó de maravilla».
Las herramientas de simulación en hyperMILL®garantizan un mecanizado seguro en el centro de mecanizado de 5 ejes.
Tiempos de programación cortos mediante tecnología de macros y operaciones
«Personalmente, lo que me gusta mucho de hyperMILL® es el tema de la programación con macros», señala Michael Meyer. Con la tecnología de macros y operaciones, y las bases de datos de macros y procesos relacionadas con ella, hyperMILL® proporciona una base sólida para automatizar la programación. «De este modo ahorramos muchísimo tiempo ya en la programación», añade Skerbis, el gerente. «Esto no sólo es aplicable al repasado, sino también a otras piezas fresadas complejas que cada vez nos piden más».
Al trabajar con operaciones y macros, el usuario determina herramientas que sabe que son óptimas para el mecanizado correspondiente. Para Michael Meyer, por tanto, una base de datos de herramientas bien actualizada es clave para una programación eficiente y un mecanizado por arranque de virutas con un proceso seguro. «En nuestro trabajo diario (hoy esta pieza y mañana aquella) necesito una base de datos fiable. En este sentido, hyperMILL® ofrece una base sólida».
También debe ser fiable el centro de mecanizado en el que se llevan a cabo en Parare los procesos tanto de acabado como de desbastado. «Nuestra Hermle C30 U satisface perfectamente nuestros deseos», atestigua el especialista en mecanizado por arranque de virutas. «Es muy flexible, precisa y fuerte, lo cual es importante para el mecanizado de desbaste». Para programar el mecanizado previo utiliza, entre otros, el módulo de desbaste del paquete de alto rendimiento hyperMILL® MAXX Machining, que ofrece soluciones para el corte de alto rendimiento (High Performance Cutting, HPC) con movimientos espirales y trocoidales de la herramienta. El paquete combina trayectorias de fresado óptimas, retirada máxima de material y los tiempos de fabricación más cortos posibles. Michael Meyer está encantado: «Da gusto mirar cómo la máquina produce virutas».
Flexible, precisa y fuerte: la Hermle C30 U es ideal para las necesidades de Parare.
Galería
De derecha a izquierda: Sven Skerbis y Michael Meyer, de Parare hablan sobre diferentes posibilidades de mecanizado.
