Alisado por vapor VS vibración: ¿qué método de acabado utilizar en la impresión 3D?
Para conseguir una superficie pulida y refinada de las piezas impresas en 3D, los expertos utilizan una amplia gama de técnicas industriales de acabado. Estas incluyen el revestimiento, el chorreado de arena y otros métodos de acabado manual. Aunque la impresión 3D permite producir piezas intrincadas y complejas, las piezas que salen directamente de la fabricación aditiva suelen presentar superficies rugosas y líneas de capa perceptibles. Esto es especialmente visible en las piezas creadas mediante la tecnología de modelado por deposición fundida (FDM). Una de las etapas finales, el postratamiento, se lleva a cabo para tomar la superficie rugosa e inacabada, y alterarla añadiendo o eliminando capas de la misma. En este artículo te presentamos dos conocidos procesos de acabado de superficies: el alisado por vapor y el acabado por vibración. Conoce todo sobre estos dos métodos, las ventajas y desventajas, y qué método es el más adecuado para cada aplicación.
Proceso
Vapor Smoothing o alisado por vapor
El alisado por vapor, también conocido como Vapor Smoothing, es una técnica que consiste en exponer las piezas a disolventes vaporizados. Este proceso industrial requiere suspender cuidadosamente las piezas en una cámara cerrada para una exposición máxima. Una mezcla de disolventes químicos, como FA 326, se inyecta y pulveriza en la cámara, donde se condensa y endurece sobre la pieza, eliminando las irregularidades de la superficie mediante una fusión controlada. A medida que aumenta la temperatura de la cámara, el disolvente residual se evapora y se recupera. La pieza final se vuelve hermética y conserva sus cavidades internas lisas, sus dimensiones exactas y el volumen original del material. Para obtener resultados óptimos en el alisado por vapor, se recomienda llevar a cabo el proceso en un entorno controlado utilizando equipos de calidad industrial diseñados específicamente para este propósito. Si te interesa realizar este proceso por tu mismo, debes saber que una alternativa al Vapor Smoothing es la inmersión en disolvente o “Solvent Dipping”. Esto se puede conseguir utilizando acetona o etanol como disolventes químicos. Sin embargo, es esencial actuar con precaución y asegurarse de que se dispone de las medidas de seguridad y el equipo adecuados.
Pieza alisada por vapor a la izquierda, frente al acabado estándar a la derecha. (Créditos: Protolabs)
Acabado por vibración
El acabado por vibración, por otro lado, no utiliza productos químicos para el tratamiento de la superficie. En su lugar, se basa en un medio abrasivo y un movimiento rotatorio que mejoran la superficie de las piezas impresas en 3D. En este proceso, se colocan varias piezas en un tambor vibratorio lleno de un medio abrasivo y un fluido lubricante conocido como compuesto. Cuando se enciende la máquina, el tambor empieza a moverse, creando fricción mecánica entre la pieza y el medio abrasivo. Este proceso de erosión da como resultado una eliminación mínima y suave de la capa más externa de la pieza, mejorando la calidad superficial. El acabado por vibración requiere medidas y equipos especiales y se encuentra en dos formas diferentes, pero algo similares: la vibración y el volteo. El método de vibración es especialmente adecuado para objetos más grandes y menos detallados, y consigue el resultado deseado mucho más rápido. Sin embargo, mediante el volteo, los movimientos son mucho más lentos y suaves, por lo que es adecuado para piezas detalladas y delicadas.
La elección de los abrasivos, o medios, es crucial en el acabado por vibración. Las virutas abrasivas pueden ser de cerámica, plástico o acero, y cada una produce un resultado diferente. Los abrasivos cerámicos son adecuados para desbarbar y conseguir una superficie brillante. Debido a su alta densidad, pueden soportar altas presiones, siendo ideales para el mecanizado de piezas de acero inoxidable, metal y plástico. Los abrasivos plásticos son mejores para superficies blandas y finas que requieren un mecanizado suave. Están disponibles en forma piramidal y cónica. Además, Walther Trowal ha desarrollado abrasivos en forma de boquilla, adecuados para piezas extrapequeñas y detalladas con zonas de difícil acceso. Los abrasivos de acero, en su mayoría disponibles en forma esférica, provocan una eliminación mínima de material y son adecuados para el pulido y la limpieza mecánica de piezas de metal, plata o aluminio, garantizando una superficie lisa y sin arañazos.
Los abrasivos hechos de cerámica pueden resistir altos niveles de presión. (Créditos: Vibrafinish)
Además de los abrasivos, la vibración también requiere un fluido lubricante: el compuesto. Este se utiliza para absorber y eliminar la abrasión de las piezas, limpiarlas y desengrasarlas. Para el mecanizado de piezas metálicas puede elegirse un compuesto ácido que permita el decapado. Tras el tratamiento, son necesarios procesos de secado. Pueden realizarse en un secador vibratorio donde se colocan junto con medios de secado calentados, como harina de mazorca de maíz, harina de nueces o cubos de madera, y se ponen en vibración. Alternativamente, un secador de cinta es la mejor opción para piezas sensibles y voluminosas con canales y orificios internos. En el secador de cinta, las piezas impresas en 3D se hacen pasar por un sistema de aire caliente sobre una cinta y se secan de este modo.
Tanto el alisado por vapor como el acabado por vibración pueden tardar más o menos tiempo en completarse, desde diez minutos hasta varias horas, dependiendo de la cantidad y complejidad de las piezas que se procesen.
Materiales compatibles
El alisado por vapor es compatible con la mayoría de los polímeros y elastómeros impresos en 3D. Entre los materiales comunes se incluyen el acrilonitrilo estireno acrilato (ASA), el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), el poliestireno de alto impacto (dependiendo de la máquina), el nylon (PA11 y PA12), el polipropileno (PP) y el policarbonato/acrilonitrilo butadieno estireno (PC-ABS). Sin embargo, es importante tener en cuenta que el TPU y ciertos materiales especiales no se recomiendan para el alisado por vapor. Cada disolvente, como la acetona, la metiletilcetona (MEK), el tetrahidrofurano (THF), el diclorometano (DCM) y el acetato de etilo, tiene su propia eficacia y consideraciones de aplicación.
Por otro lado, la vibración es compatible con muchos materiales diferentes. Puede utilizarse, no sólo para piezas impresas en 3D hechas de termoestables, termoplásticos y elastómeros, (como PE, PP o PET), sino también para metales como aluminio, acero inoxidable, latón o cobre. Esto lo convierte en un método más versátil que puede utilizarse como método de postprocesado de diversas tecnologías de impresión 3D, como las tecnologías FDM/FFF y Powder Bed Fusion.
Antes y después de una pieza de metal post-procesada mediante vibración. (Créditos: Acton Finishing)
Beneficios y limitaciones de ambas técnicas
Ambos procesos ofrecen numerosas ventajas en cuanto al aspecto y las propiedades de la superficie. El alisado por vapor consigue acabados lisos y estancos comparables al del moldeo por inyección. A su vez aumenta el alargamiento, la resistencia a la tracción y la flexión, y mantienes las características, la resistencia y la precisión. La vibración, por su parte, no consigue un acabado estanco, pero sí proporciona superficies lisas, elimina marcas de revestimiento y produce superficies resistentes a arañazos y manchas. Las piezas procesadas mediante los métodos de vibración y alisado por vapor producen superficies lisas con un aspecto brillante. Sin embargo, el alisado por vapor proporciona un acabado más brillante en comparación con el acabado por vibración. Además, las piezas tratadas por vibración presentan una experiencia táctil notablemente más suave y agradable.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que el alisado por vapor no es la mejor solución para todas las impresiones. Los modelos demasiado complejos, pequeños, grandes o planos pueden deformarse o perder detalle, y las marcas pueden ser visibles posteriormente. Tras el proceso, las piezas pueden presentar defectos como puentes, burbujas, marcas, acumulación de bordes, motas, agujero, etc. Además, es importante tener en cuenta que los materiales flexibles son más susceptibles a las imperfecciones superficiales que los rígidos. Por lo tanto, hay que tener cuidado con el tiempo al alisar por vapor piezas móviles o piezas con juntas para evitar comprometer la integridad de las juntas o provocar pegaduras por una exposición excesiva a los vapores.
El acabado por vibración, por otro lado, es adecuado para una gama más amplia de piezas impresas en 3D. Este método puede adaptarse a cualquier necesidad individual, propiedades del material y estructuras de la pieza eligiendo diferentes abrasivos y métodos. Siempre que el proceso lo realice un experto, la vibración es adecuada para casi todas las piezas impresas en 3D. No obstante, puede provocar una pérdida en la geometría de la pieza. Por ejemplo, las esquinas y las puntas del componente pueden redondearse demasiado y perder su forma, lo que no ocurre con el alisado por vapor. Además, la vibración a veces requiere procedimientos de secado posteriores, lo que prolonga el proceso.
Campos de aplicación
El alisado por vapor es una técnica favorecida por industrias como la médica, automotriz y aeroespacial, que proporciona piezas estancas, resistentes a las bacterias y libres de productos químicos. En lo que respecta al acabado por vibración, la industria médica, automovilística y deportiva en particular, se benefician de esta técnica. En cada una de ellas, es de gran importancia disponer de superficies lisas, especialmente en las piezas metálicas, para garantizar procesos funcionales y condiciones de seguridad. Sin embargo, tanto el alisado por vapor como el acabado por vibración pueden aplicarse a lo largo de todo el ciclo de desarrollo del producto, Esto va desde los diseños conceptuales hasta los prototipos y los productos finales, y encuentran una amplia aplicación en diversos sectores, como el médico, la automoción y los bienes de consumo.
Las piezas procesadas por vibración son, por ejemplo, piezas de automóviles para esta industria o cuchillas de patines y equipos de fitness para el sector deportivo. Además, la joyería y la cubertería se procesan mediante vibración para los consumidores. Un ejemplo para el que se suelen utilizar las piezas alisadas por vapor en la industria del automóvil sería con los componentes interiores de un vehículo, como salpicaderos, tiradores de puertas y elementos de la consola central. El alisado por vapor también se utiliza para piezas de aviones en la industria aeroespacial, como alas, conductos de aire y piezas de motores, entre otras.
El alisado por vapor se aplica comúnmente a piezas de aviones dentro de la industria aeroespacial. (Créditos: Fast Radius)
Proveedores y precios
Diferentes proveedores de servicios, por ejemplo SPALECK GmbH, VibraFinish o Rohde AG, ofrecen el acabado por vibración tanto a clientes particulares como a empresas. Para el alisado por vapor, encontramos algunos fabricantes de soluciones en la industria, como AMT o DyeMansion. Las máquinas de alisado por vapor más destacadas son como la línea PostPro3D de AMT y la serie Powerfuse S, de DyeMansion. Además, empresas como Xometry, Protolabs y Hubs también ofrecen servicios postratamiento para este tipo de piezas. 3Faktur, una empresa alemana, ofrece soluciones tanto de alisado por vapor como de acabado por vibración.
En cuanto al acabado por vibración, las grandes máquinas industriales de fabricantes como Walther Trowal, AVAtec o Garant oscilan entre 18.000 y 21.000 dólares. Los abrasivos varían entre 21 y 44 dólares por 2 kg y el compuesto también asciende a unos 21 – 44 dólares por 5 litros. El precio varía significativamente en función de la cantidad y el tamaño de las piezas a procesar. En el caso del alisado por vapor, las tarifas de servicio para alisar una sola pieza pueden oscilar entre 5 y 15 dólares en función de la complejidad de la pieza, aunque muchos fabricantes sólo suelen ofrecer el servicio como parte de un paquete de 10 piezas o más. La compra de una unidad de máquina de alisado por vapor en sí costará entre 5.000 y 100.000 dólares, dependiendo de la región, el fabricante y la calidad.
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