En el mecanizado CNC, la selección del material suele determinar directamente la viabilidad del mecanizado, los costes y la calidad de la pieza final. Muchos clientes se centran más en la estructura y las tolerancias al presentar los planos, pero descuidan si el material en sí es adecuado para los procesos de corte CNC.
Desde el punto de vista de la fabricación, no todos los materiales son aptos para el mecanizado CNC. Algunos materiales, debido a propiedades físicas inestables, propiedades térmicas sensibles o costes de procesamiento excesivamente altos, carecen de valor práctico para la producción, incluso si teóricamente son mecanizables.
Como proveedores de servicios de mecanizado CNC, durante la fase de evaluación del proyecto, solemos considerar la maquinabilidad, la estabilidad térmica y los riesgos estructurales del material para ofrecer recomendaciones de mecanizado más acertadas. A continuación, resumimos varios tipos de materiales que no son aptos para el mecanizado CNC o que presentan un alto riesgo de mecanizado desde una perspectiva de ingeniería.
Limitaciones de propiedad física
Las propiedades físicas de un material son el factor principal que determina la viabilidad del mecanizado CNC. Si el material es demasiado blando, demasiado quebradizo o tiene una estructura interna irregular, afectará la estabilidad del corte e incluso podría provocar el descarte de la pieza.
Los siguientes tipos de materiales suelen presentar problemas en el mecanizado CNC:
1. Materiales demasiado blandos (que se deforman fácilmente)
Este tipo de materiales son propensos a los siguientes problemas durante el procesamiento:
- deformación por extrusión de la herramienta
- El tamaño no se puede controlar de forma consistente.
- La superficie desarrolla rebabas o filamentos.
Los materiales típicos incluyen:
- Silicona
- Goma
- Caucho blando de poliuretano
- PVC blando
Estos materiales son más adecuados para su uso:
- Moldeo por compresión
- Moldeo por inyección
- Troquelado
En lugar del corte CNC tradicional.
2. Materiales demasiado frágiles (que se rompen fácilmente).
Los materiales frágiles son propensos a sufrir roturas en los bordes o agrietamiento general durante el proceso de corte, lo que impone exigencias extremadamente altas a la trayectoria de la herramienta y a los parámetros de mecanizado.
Los materiales comunes incluyen:
- Vidrio común
- Cerámica
- Cuarzo
- Materiales magnéticos sinterizados (ferrita)
Si bien algunas cerámicas pueden ser mecanizadas con precisión, generalmente se requiere:
- Herramientas especializadas para el corte de diamantes
- Parámetros de alimentación ultrabajos
- Equipos de alto costo
Por lo tanto, no se recomienda para proyectos de mecanizado CNC rutinarios.
3. Materiales con estructura interna no uniforme
Las inconsistencias en la densidad o estructura interna de ciertos materiales pueden provocar problemas durante el procesamiento:
- Desconchado localizado en los bordes
- Calidad superficial inestable
- Desgaste anormal de la herramienta
Algunos ejemplos típicos son:
- Madera (especialmente madera natural)
- Material de espuma de baja densidad (espuma)
- Bloques de grafito (algunas calidades)
Si bien estos materiales pueden procesarse, no suelen utilizarse para piezas de alta precisión.
Problemas de estabilidad térmica
Durante el mecanizado CNC, el corte genera calor de forma continua. Si el material presenta una baja estabilidad térmica, es propenso a ablandarse, fundirse o deformarse térmicamente, lo que afecta la precisión dimensional y la calidad de la superficie. Estos problemas son particularmente comunes en plásticos de ingeniería y algunos materiales compuestos.
A continuación se enumeran algunos materiales que se ven fácilmente afectados por el calor durante el mecanizado CNC:
1. Plásticos de ingeniería de bajo punto de fusión
Este tipo de materiales son propensos a ablandarse debido al calentamiento por fricción durante el proceso de corte, lo que conlleva:
- El cuchillo se clava
- Fusión superficial y trefilado
- Dimensiones inestables
Los materiales comunes incluyen:
- Polietileno (PE)
- Polipropileno (PP)
- Poliestireno (PS)
- Elastómeros termoplásticos (TPE)
Estos materiales son generalmente más adecuados para:
- Moldeo por inyección
- Moldeo por extrusión
En lugar de corte CNC de alta precisión.
2. Plásticos con baja temperatura de deformación térmica.
Algunos plásticos sufren deformación estructural a temperaturas relativamente bajas, e incluso con un control adecuado de los parámetros de corte, pueden producirse desviaciones dimensionales.
Los materiales típicos incluyen:
- ABS (más pronunciado en estructuras de paredes delgadas)
- PMMA (acrílico)
- Nylon (PA6 / PA66, más perceptible tras absorber humedad)
Los materiales de nailon también se ven afectados por la absorción de humedad, lo que puede provocar cambios dimensionales después del procesamiento.
3. Materiales compuestos laminados
Los materiales estructurales laminados son propensos a la delaminación o al agrietamiento de los bordes durante el procesamiento debido a los efectos combinados del calor y las fuerzas de corte.
Los materiales comunes incluyen:
- Tablero de fibra de vidrio (FR4)
- Laminado de fibra de carbono
- Laminado epoxi
Este tipo de materiales normalmente requieren:
- Herramientas de corte especializadas
- Menor velocidad de alimentación
- Dispositivo de adsorción al vacío
De lo contrario, será difícil controlar la calidad de la superficie.
Desde el punto de vista del procesamiento, los problemas de estabilidad térmica no implican necesariamente que el material sea imposible de procesar; más bien, sugieren un margen de procesamiento más estrecho, mayores exigencias de procesamiento y una mayor probabilidad de aumento de costes. Durante la fase de evaluación del proyecto, suele ser necesario realizar una valoración exhaustiva, teniendo en cuenta la estructura de la pieza, el espesor de la pared y los requisitos de tolerancia.
Materiales excesivamente costosos
En el mecanizado CNC, existe otro tipo de material que, si bien no es imposible de mecanizar, tiene un costo excesivo, lo que lo hace poco rentable. Esta situación es más común en materiales de alto rendimiento y especializados.
Para los clientes, elegir este tipo de material suele aportar los siguientes beneficios:
- Los costos por desgaste de las herramientas aumentaron significativamente.
- El tiempo de procesamiento se prolonga significativamente.
- Los precios han aumentado significativamente
Por lo tanto, es necesario realizar sustituciones razonables durante la fase de ingeniería.
1. Materiales metálicos de ultra alta dureza
Una dureza excesiva puede reducir significativamente la eficiencia de corte y acelerar el desgaste de la herramienta.
Los materiales típicos incluyen:
- Aleación de tungsteno
- Acero para matrices endurecido (por ejemplo, HRC50 o superior)
- Aleaciones de alta temperatura (serie Inconel)
- Aleación de cobalto-cromo (CoCr)
Estos materiales suelen requerir:
- Herramientas de corte de carburo o cerámica
- Procesamiento por capas múltiples
- Ciclo de procesamiento más largo
No se recomienda su uso en piezas CNC estándar a menos que sea absolutamente necesario.
2. Plásticos de ingeniería de ultra alto rendimiento
Si bien algunos plásticos de alto rendimiento pueden procesarse, los materiales en sí son extremadamente caros y el procesamiento es bastante difícil.
Comúnmente incluido:
- PEEK (polieteretercetona)
- PI (poliimida)
- PPS (sulfuro de polifenileno)
Este tipo de materiales se utilizan principalmente para:
- Médico
- Aviación
- Aplicaciones en entornos de alta temperatura
Si los requisitos operativos reales de las piezas no son elevados, normalmente se puede utilizar lo siguiente:
- POM
- Nylon (PA)
- PTFE
Al sustituir algunos materiales por otras alternativas, los costes pueden reducirse significativamente.
3. Piezas en bruto de gran tamaño de materiales raros
Ciertos materiales especiales se pueden procesar en tamaños pequeños, pero cuando el tamaño de la pieza es grande:
- Dificultad para obtener materias primas
- Baja tasa de utilización de materiales
- El coste de las materias primas representa una proporción demasiado elevada.
Este tipo de situación es más común en los siguientes materiales:
- Placa gruesa de aleación de titanio
- Grafito de alta pureza
- Piezas de cerámica de gran tamaño
Por lo general, es necesario optimizar la estructura durante la fase de diseño para reducir el desperdicio de material.
Desde una perspectiva práctica de producción, el costo del material, sumado a la dificultad de procesamiento, suele ser más importante que el rendimiento de un solo material. Una selección adecuada del material no solo puede reducir los costos de procesamiento, sino también mejorar la estabilidad de los plazos de entrega y la consistencia de los lotes.
Se recomiendan soluciones de procesamiento alternativas.
Cuando ciertos materiales sufren deformaciones, grietas, zonas afectadas por el calor o costes excesivos durante el mecanizado CNC, normalmente se puede lograr una solución de fabricación más estable y económica mediante la sustitución de materiales o la sustitución de procesos.
En las evaluaciones de proyectos reales, proporcionamos a los clientes las siguientes sugerencias alternativas comunes basadas en la función, la estructura y el entorno de uso de la pieza:
1. Alternativas a los materiales blandos
Para materiales como la silicona y el caucho, que no se pueden cortar de forma estable, generalmente se recomienda utilizar procesos de moldeo.
- Silicona → Moldeo de silicona
- Caucho → Moldeo por compresión de caucho
- TPE → Moldeo por inyección
Si solo se utiliza para verificación estructural, puede sustituirse temporalmente por:
- POM (Polioximetileno)
- ABS
- Nylon (PA)
Para completar el mecanizado del prototipo CNC.
2. Alternativas de materiales de alto costo
Cuando las propiedades de los materiales superan con creces los requisitos reales, pueden sustituirse por plásticos de ingeniería o metales convencionales, reduciendo así significativamente los costes de procesamiento.
Lógica alternativa común:
- PEEK → POM / PA / PTFE
- Aleación de titanio → Aleación de aluminio (como 6061 / 7075)
- Aleación de alta temperatura Inconel → Acero inoxidable (como el 304/316)
Siempre que se cumplan los requisitos de resistencia o de tolerancia a la temperatura, los materiales alternativos pueden reducir los costes de procesamiento entre un 30 % y un 70 %.
3. Alternativas a los materiales frágiles
Para materiales propensos a agrietarse, como el vidrio y la cerámica, se pueden utilizar los siguientes métodos alternativos:
- Vidrio común → PMMA (acrílico)
- Cerámica → PEEK o PPS
- Cuarzo → Plástico de grado óptico
Este enfoque mantiene la apariencia o funcionalidad requerida al tiempo que mejora significativamente la estabilidad del procesamiento.
4. Esquema de optimización para el procesamiento de materiales laminados
Para materiales compuestos como FR4 y placas de fibra de carbono, se recomienda lo siguiente:
- Optimizar la trayectoria de la herramienta
- Controlar la dirección de mecanizado
- Añadir diseño de chaflán estructural
Realizar la optimización de la fabricabilidad (DFM, por sus siglas en inglés) durante la fase de diseño suele ser más eficaz que simplemente ajustar los parámetros de fabricación.
Proveedor de servicios profesionales de personalización de mecanizado CNC
En proyectos reales, determinar si un material es apto para el mecanizado CNC suele requerir una evaluación exhaustiva de la estructura de la pieza, los requisitos de tolerancia y el escenario de aplicación. Elegir un proveedor de servicios de mecanizado CNC con experiencia puede mitigar los riesgos del mecanizado y reducir los costes derivados de las pruebas y errores desde la fase inicial de diseño.
Ofrecemos a nuestros clientes:
- Evaluación de la procesabilidad del material
- Sugerencias para optimizar la tecnología de procesamiento
- Alternativas optimizadas en cuanto a costes
- Soporte para la producción en lotes pequeños y en masa.
Si está evaluando la idoneidad de un material para el mecanizado CNC o si desea obtener una solución de mecanizado más económica, envíenos sus planos o información sobre el material. Le brindaremos asesoramiento técnico especializado y apoyo para la elaboración de presupuestos.