Tratamientos superficiales
Tratamientos superficiales
Los procesos de fabricación aditiva cuentan con grandes ventajas frente a los convencionales en cuanto a la mayor libertad de diseño y funcionalidades a través de la integración de varias piezas en una sola; siendo de esta manera una familia de procesos alineados con las necesidades actuales de la economía circular. Por otro lado, cuentan con una serie de limitaciones; tamaño de piezas, requisitos de diseño específicos para el proceso (DfAM), limitación de materiales disponibles y personal cualificado así como la necesidad de tratamientos posteriores a la fabricación para alcanzar las propiedades y/o calidades esperadas.
Independientemente del proceso de fabricación aditiva aplicado, son necesarias una serie de operaciones de post-procesado que pueden ser divididas en tratamientos térmicos, normalmente orientados a la mejora de propiedades mecánicas, operaciones de mecanizado, para conseguir las tolerancias estimadas y tratamientos superficiales, que pueden ser mecánicos, térmicos, químicos o electroquímicos (granallado, electropulido, pulido mecánico-químico, pulido abrasivo, etc.) comúnmente aplicados para conseguir eliminar rugosidad, aumentar la dureza superficial, la resistencia a la corrosión etc…
Dependiendo de la tecnología de fabricación aditiva, la razón del postprocesado varía. Las operaciones de post-procesos se utilizan para:
- Eliminar material de soporte y separación de las piezas de las plataformas de construcción.
- Mejora de la calidad superficial.
- Mejora de precisión.
- Mejora de propiedades utilizando técnicas no térmicas.
- Mejora de propiedades utilizando técnicas térmicas.
Eliminación de material de soporte
En algunas de las tecnologías de fabricación aditiva, como por ejemplo las tecnologías de fotopolimerización en tanque (VPP ), las de fusión de lecho de polvo de polvo metálico (PBF/M) y las de extrusión (MEX) entre otras, es necesario incluir una serie de elementos de soporte que tienen la función de sustentar las piezas, así como disipar el calor en caso de metales para absorber las tensiones residuales que se den durante el proceso de fabricación. El tipo de soporte dependen del material y de la tecnología.
Las principales funciones de los soportes son las siguientes:
- Fijar piezas a la placa de fabricación.
- Evitar desprendimientos de parte de las piezas.
- Evacuar el calor (en las tecnologías de fabricación aditiva metálicas).
Estos soportes provocan un aspecto y rugosidad no aceptables en las piezas fabricadas, y requieren de operaciones de acabado para su eliminación. La eliminación de soportes es el tipo más común de postprocesado en Fabricación Aditiva. Los soportes se pueden clasificar según su material:
1. Material de Soporte es igual al material de las piezas y procesado del mismo modo. En este caso los soportes deben eliminarse manualmente mediante la ayuda de herramientas y con el cuidado necesario para no dañar la superficie. En el caso de los metales se suelen separar las piezas de la placa de construcción mediante tecnologías de corte por hilo o sierra de cinta. En caso de polímeros se suelen separar con herramientas de modo manual.
2. Material de soporte es igual que el material de las piezas, pero procesado de distinta manera. En este caso el material de soporte se puede encontrar en un estado semiprocesado, facilitando la eliminación del mismo.
3. Material de soporte igual que el material de piezas, pero no procesado. La eliminación del soporte es mucho más sencilla puesto que las tareas se centran en la extracción de las piezas de la tarta o “cake” y limpieza de las piezas, simplemente con un pincel eliminando el polvo.
4. Material de soporte distinto al material de las piezas. En estos casos, por lo general los soportes son solubles en un determinado líquido y en unas determinadas condiciones, se somete al conjunto pieza-soporte a esas condiciones, eliminándose el soporte.
Mejora de la calidad superficial y precisión de las piezas.
Las piezas de FA tienen una característica común que es la rugosidad superficial, que dependiendo de la tecnología de FA y de los parámetros de proceso, puede ser más o menos perceptible. Esto es debido a las marcas de las capas, adhesión al polvo y marcas de soportes.
Los tratamientos superficiales y las operaciones de mecanizado se seleccionan en función del acabado necesario y el tipo de geometría de la pieza, teniendo una gran influencia en las propiedades a fatiga (efecto entalla). Las estrategias de fabricación y los parámetros utilizados en las fabricaciones tienen una influencia directa en la calidad superficial, por lo que su correcta utilización se traduce en mejores resultados finales.
Entre los diferentes métodos utilizados se encuentran los de pulido mecánico, pulido abrasivo, pulido químico, acabado por vibraciones y mecanizado por flujo abrasivo. Para la mayoría de los tratamientos superficiales, la complejidad geométrica de las piezas tratadas es el mayor reto. Por ejemplo, el pulido mecánico de arenado es difícil de aplicar en estructuras internas. Este proceso consiste en el impacto de partículas abrasivas contra una superficie por medio de aire comprimido. En caso de piezas metálicas, puede incrementar la reactividad de la superficie del metal y las partículas abrasivas pueden inducir una contaminación abrasiva en la superficie. El pulido abrasivo sólo puede alcanzar el acabado superficial deseado en áreas particulares debido al flujo direccional del fluido abrasivo. Por otra parte, el pulido químico no es capaz de eliminar completamente los detalles de la superficie debido al efecto isotrópico del ataque.
Actualmente se han desarrollado tratamientos muy avanzados que permiten reducir la fricción y la cantidad de material removido así como eliminar el material de manera selectiva de una manera muy precisa, como pueden ser el MMP (Micro Machining Process), un tratamiento superficial mecánico-físico-catalítico que se aplica a las piezas introducidas en un tanque para tratamientos, o el proceso ISF (Isotropic Superfinishing), que proporciona un acabado isotrópico mediante tecnologías de ataque químico acelerado sin direcciones en las texturas superficiales.
Otros procesos
Algunos tipos de piezas de FA se pueden colorear sumergiendo la pieza en un tinte del color apropiado, este método es particularmente efectivo para piezas creadas a partir de polvo. Si se requiere pintura, la pieza puede necesitar ser sellada antes de pintar. También se puede aplicar cromados.
Referencias: