Revolucionando a usinagem: O impacto da impressão 3D

 Os profissionais de ferramentas consideram como o impacto da impressão 3D mudará a usinagem. Eles reconhecem as vantagens da impressão 3D, especialmente na construção de protótipos, mas estão convencidos de que a manufatura aditiva não substituirá completamente a usinagem CNC, mas a complementará.

O impacto da impressão 3D na usinagem

A introdução do impacto da impressão 3D na produção de protótipos melhorou significativamente o desenvolvimento de produtos. Ele se tornou mais rápido e mais econômico. Essa tecnologia agora está sendo tratada como uma alternativa à Usinagem CNC.

No entanto, essa abordagem deve ser questionada e é preciso esclarecer se a impressão 3D pode substituir completamente a produção de máquinas na fábrica inteligente.

Opiniões de especialistas da Iscar

A resposta dos especialistas da Iscar: Apesar das perspectivas positivas de impacto da impressão 3D, ela não pode substituir completamente a usinagem CNC como a tecnologia dominante para a produção de componentes metálicos. "No entanto, não há dúvida de que a manufatura aditiva (AM) terá um impacto significativo em toda uma gama de processos de produção", diz Erich Timons, CTO da Iscar.

Características da impressão 3D e da usinagem CNC

Ambas as tecnologias criam a geometria de um componente formando o material da peça a ser processada camada por camada. Mas qual dos processos é mais eficaz? E como a combinação de ambas as soluções afetará especificamente a produção no futuro?

Para responder a essas perguntas, as principais características do impacto da impressão 3D e da usinagem CNC devem ser examinadas em detalhes. Essas características incluem os materiais da peça de trabalho e suas propriedades físicas, as formas criadas e a precisão da usinagem.

Os metais são os materiais de peça de trabalho mais importantes na usinagem CNC. Apesar de um aumento significativo na proporção de metais, os materiais não metálicos ainda predominam na impressão 3D.

Ao mesmo tempo, os avanços na metalurgia do pó possibilitaram a impressão de peças feitas de materiais difíceis de usinar, como as superligas à base de níquel. Isso abre novas perspectivas para a manufatura aditiva.

A física também desempenha um papel importante: os metais são isotrópicos. Isso significa que eles têm as mesmas propriedades físicas em todas as direções. Por outro lado, o impacto dos produtos de impressão 3D é anisotrópico: por exemplo, sua resistência pode ser maior na direção horizontal do que na direção vertical.

Comportamento estrutural e confiabilidade

O comportamento estrutural, a rigidez e a confiabilidade dos componentes feitos de metais isotrópicos podem ser calculados com precisão. No entanto, é mais difícil fazer previsões precisas para produtos impressos em 3D.

Esse é um dos motivos pelos quais a introdução da AM na produção dos principais elementos metálicos está progredindo de forma bastante lenta: local Serviços de usinagem CNC é o processo predominante para a produção de componentes críticos.

Vantagens e desvantagens de ambos os métodos

A usinagem CNC é limitada principalmente pelo fato de que o acesso de uma ferramenta de corte à superfície a ser usinada é limitado. O impacto da impressão 3D é diferente: ela é mais flexível e amplia significativamente as possibilidades de produção de formas complexas. A remoção de metal por meio de usinagem permite a usinagem de componentes com uma ampla gama de dimensões.

Flexibilidade e complexidade na impressão 3D

O impacto da impressão 3D é muito mais limitado: em princípio, um componente de grande formato pode ser fabricado de forma aditiva. Nesse caso, é aconselhável dividir a peça em vários componentes menores e depois uni-los.

No entanto, esse processo aumenta significativamente o tempo de produção e também levanta a questão da resistência e rigidez necessárias.

Atualmente, as impressoras 3D atingem uma precisão dimensional de 0,25 milímetros. Serviços de usinagem CNC personalizados é muito mais preciso e atinge tolerâncias que são pelo menos duas a três vezes mais estreitas. O processo também funciona com maior repetibilidade e produz superfícies de maior qualidade.

As questões de custo-benefício e sustentabilidade também devem ser levadas em conta. Uma impressora 3D é significativamente mais barata do que uma máquina CNC moderna. A usinagem CNC também produz cavacos que precisam ser reciclados. Com a impressão 3D, por outro lado, menos resíduos são produzidos, o material da peça é usado de forma eficiente e o consumo de energia é menor.

Aproximação do formulário final

No processamento de metais, a manufatura aditiva produz peças de trabalho precisas que se aproximam muito da forma final desejada. A produção de componentes complexos requer usinagem CNC com remoção mínima de material, bem como alta precisão e qualidade de superfície.

"A impressão 3D permite resultados de prototipagem rápidos e precisos, reduzindo assim o valioso tempo de produção para obter a solução ideal", diz Erich Timons.

"No entanto, o impacto dos processos de impressão 3D não substitui a usinagem CNC, mas complementa os processos de usinagem." Máquinas que combinam usinagem precisa de múltiplos eixos com impressão 3D, integradas em um único sistema, já estão no mercado.

Precisão na manufatura aditiva

O uso da impressão 3D para a fabricação de componentes afeta as ferramentas de fresamento que formam peças complexas e precisam atender às crescentes demandas de eficiência e precisão. Para atingir taxas ideais de remoção de material com baixas tolerâncias, a usinagem de alta velocidade (HSM) com altas taxas de avanço e velocidades é frequentemente usada na prática.

Isso requer ferramentas de corte precisas que permitam uma usinagem confiável com o menor número possível de passes de usinagem e uma qualidade de superfície muito boa. Os exemplos incluem fresas de topo de metal duro (VHM), ferramentas modulares com cabeças de corte intercambiáveis e fresas de perfil precisas com pastilhas intercambiáveis da Iscar para usinagem econômica de formas complexas.

Os fabricantes de ferramentas de corte consideram os componentes aditivos ao montar seu portfólio. Por exemplo, a Iscar expandiu sua linha de fresas de metal duro com várias arestas para usinagem de alta velocidade.

A linha atual se concentra em fresas de topo com geometrias de corte especiais, usadas na usinagem de alta velocidade em 5 eixos de perfis complexos e que oferecem a solução certa para processos de acabamento eficientes. Além disso, essas geometrias de pastilhas podem ser encontradas em ferramentas de pastilhas intercambiáveis de aresta única que cobrem diâmetros nominais maiores de fresas.

A Iscar integrou essas arestas de corte em sua linha de ferramentas modulares MULTI-MASTER com cabeçotes de fresamento intercambiáveis, combinando as vantagens dos conceitos de metal duro e pastilhas intercambiáveis.

Um exemplo da sinergia entre o impacto da impressão 3D e a usinagem CNC pode ser visto na produção de configurações complicadas de ferramentas especiais com insertos intercambiáveis.

A impressão 3D também oferece vantagens no design da ferramenta: ela otimiza o design de uma fresa, especialmente as superfícies internas e os canais de refrigeração para resfriamento direcionado diretamente em cada de ponta.

Os engenheiros veem a impressão 3D como um processo adequado para encontrar soluções ideais e sustentáveis para produtos especiais e recém-desenvolvidos. O impacto da impressão 3D de insertos intercambiáveis representa um avanço significativo.

A produção aditiva de protótipos não requer conjuntos de matrizes caras e permite o teste confiável de diferentes variantes de design das pastilhas, reduzindo significativamente o tempo de desenvolvimento, diminuindo os custos de produção e minimizando o desperdício.

A impressão 3D não substituirá completamente a usinagem CNC das salas de produção no futuro. Erich Timons resume isso: "A simbiose dessas duas tecnologias será uma característica do processamento de metais em um futuro próximo."