Quais materiais não podem ser usinados usando máquinas CNC?

Na usinagem CNC, a seleção do material muitas vezes determina diretamente a viabilidade da usinagem, os custos de usinagem e a qualidade da peça final. Muitos clientes se concentram mais na estrutura e nas tolerâncias ao enviar os desenhos, mas negligenciam se o próprio material é adequado para os processos de corte CNC.

Do ponto de vista da fabricação, nem todos os materiais são adequados para usinagem CNC. Alguns materiais, devido a propriedades físicas instáveis, propriedades térmicas sensíveis ou custos de processamento excessivamente altos, carecem de valor prático de produção, mesmo que sejam teoricamente usináveis.

Como fornecedores de serviços de usinagem CNC, durante a fase de avaliação do projeto, geralmente consideramos a usinabilidade do material, sua estabilidade térmica e os riscos estruturais para fornecer recomendações de usinagem mais adequadas. Abaixo, resumimos alguns tipos de materiais que não são adequados para usinagem CNC ou que apresentam alto risco de usinagem do ponto de vista da engenharia.

Limitações de propriedade física

As propriedades físicas de um material são o principal fator que determina a viabilidade da usinagem CNC. Se o material for muito macio, muito quebradiço ou tiver uma estrutura interna irregular, isso afetará a estabilidade do corte e poderá até levar ao descarte da peça.

Os seguintes tipos de materiais costumam apresentar problemas na usinagem CNC:

1. Materiais muito macios (que se deformam facilmente)

Esses tipos de materiais são propensos aos seguintes problemas durante o processamento:

deformação por extrusão da ferramenta
O tamanho não pode ser controlado de forma consistente.
A superfície desenvolve rebarbas ou filamentos.

Os materiais típicos incluem:

Silicone
Borracha
Borracha macia de poliuretano
PVC macio

Estes materiais são mais adequados para uso:

Moldagem por compressão
Moldagem por injeção
corte e vinco

Em vez do corte CNC tradicional.

2. Materiais muito frágeis (que quebram com facilidade).

Materiais frágeis são propensos à quebra das bordas ou ao surgimento de rachaduras durante o processo de corte, o que impõe exigências extremamente altas em relação à trajetória da ferramenta e aos parâmetros de usinagem.

Os materiais comuns incluem:

Vidro comum
Cerâmica
Quartzo
Materiais magnéticos sinterizados (ferrita)

Embora algumas cerâmicas possam ser usinadas com precisão, isso geralmente requer:

Ferramentas especializadas para corte de diamante
parâmetros de alimentação ultrabaixos
Equipamentos de alto custo

Portanto, não é recomendado para projetos de usinagem CNC de rotina.

3. Materiais com estrutura interna não uniforme

Inconsistências na densidade interna ou na estrutura de certos materiais podem causar problemas durante o processamento:

lascamento localizado nas bordas
Qualidade instável da superfície
desgaste anormal da ferramenta

Exemplos típicos incluem:

Madeira (especialmente madeira natural)
Material de espuma de baixa densidade (Espuma)
Blocos de grafite (alguns graus)

Embora esses materiais possam ser processados, eles normalmente não são usados para peças de alta precisão.

problemas de estabilidade térmica

Durante a usinagem CNC, o corte gera calor continuamente. Se o material tiver baixa estabilidade térmica, ele fica propenso a amolecimento, fusão ou deformação térmica, afetando assim a precisão dimensional e a qualidade da superfície. Esses problemas são particularmente comuns em plásticos de engenharia e alguns materiais compósitos.

A seguir, apresentamos alguns materiais que são facilmente afetados pelo calor durante a usinagem CNC:

1. Plásticos de engenharia com baixo ponto de fusão

Esses tipos de materiais são propensos a amolecer devido ao aquecimento por fricção durante o processo de corte, resultando em:

faca presa
Fusão superficial e trefilação
dimensões instáveis

Os materiais comuns incluem:

Polietileno (PE)
Polipropileno (PP)
Poliestireno (PS)
Elastômeros termoplásticos (TPE)

Esses materiais são geralmente mais adequados para:

Moldagem por injeção
Moldagem por extrusão

Em vez de corte CNC de alta precisão.

2. Plásticos com baixa temperatura de distorção térmica

Alguns plásticos sofrem deformação estrutural a temperaturas relativamente baixas e, mesmo com o controle adequado dos parâmetros de corte, ainda podem ocorrer desvios dimensionais.

Os materiais típicos incluem:

ABS (mais pronunciado em estruturas de paredes finas)
PMMA (Acrílico)
Nylon (PA6 / PA66, mais perceptível após a absorção de umidade)

Os materiais de nylon também são afetados pela absorção de umidade, o que pode causar alterações dimensionais após o processamento.

3. Materiais compósitos laminados

Os materiais estruturais laminados são propensos à delaminação ou fissuração nas bordas durante o processamento devido aos efeitos combinados do calor e das forças de corte.

Os materiais comuns incluem:

Placa de fibra de vidro (FR4)
laminado de fibra de carbono
Laminado epóxi

Normalmente, esses tipos de materiais exigem:

Ferramentas de corte especializadas
Taxa de alimentação reduzida
Dispositivo de adsorção a vácuo

Caso contrário, será difícil controlar a qualidade da superfície.

Do ponto de vista do processamento, problemas de estabilidade térmica não significam necessariamente que o material seja inprocessável; em vez disso, implicam uma janela de processamento mais estreita, maiores requisitos de processo e uma maior probabilidade de aumento de custos. Durante a fase de avaliação do projeto, geralmente é necessária uma avaliação abrangente, levando em consideração a estrutura da peça, a espessura da parede e os requisitos de tolerância.

Materiais excessivamente caros

Na usinagem CNC, existe outro tipo de material que não é impossível de usinar, mas o custo da usinagem está muito além do que é razoável, tornando-a inviável comercialmente. Essa situação é mais comum em materiais de alto desempenho e especiais.

Para os clientes, a escolha deste tipo de material geralmente traz os seguintes benefícios:

Os custos com o desgaste das ferramentas aumentaram significativamente.
O tempo de processamento é significativamente prolongado.
Os preços aumentaram significativamente.

Portanto, substituições razoáveis são necessárias durante a fase de engenharia.

1. Materiais metálicos de ultra-alta dureza

A dureza excessiva pode reduzir significativamente a eficiência de corte e acelerar o desgaste da ferramenta.

Os materiais típicos incluem:

Liga de tungstênio
Aço para matrizes temperado (ex.: HRC50 ou superior)
Ligas de alta temperatura (série Inconel)
Liga de cobalto-cromo (CoCr)

Normalmente, esses materiais requerem:

Ferramentas de corte de carboneto ou cerâmica
Processamento em múltiplas camadas
Ciclo de processamento mais longo

Não é recomendável o uso em peças CNC comuns, a menos que seja absolutamente necessário.

2. Plásticos de engenharia de ultra-alto desempenho

Embora alguns plásticos de alto desempenho possam ser processados, os materiais em si são extremamente caros e o processamento é bastante difícil.

Geralmente incluído:

PEEK (Poliéterétercetona)
PI (poliimida)
PPS (sulfeto de polifenileno)

Esses tipos de materiais são usados principalmente para:

Médico
Aviação
Aplicações em ambientes de alta temperatura

Se os requisitos operacionais reais das peças não forem elevados, geralmente é possível utilizar as seguintes opções:

POM
Nylon (PA)
PTFE

Ao substituir materiais por outras alternativas, os custos podem ser significativamente reduzidos.

3. Peças brutas de grande porte em materiais raros

Certos materiais especiais podem ser processados em tamanhos pequenos, mas quando a dimensão da peça é grande:

Dificuldade em obter matérias-primas
Baixa taxa de utilização de materiais
O custo das matérias-primas representa uma proporção excessiva.

Esse tipo de situação é mais comum nos seguintes materiais:

Placa espessa de liga de titânio
Grafite de alta pureza
Blocos de cerâmica de grandes dimensões

Normalmente, a estrutura precisa ser otimizada durante a fase de projeto para reduzir o desperdício de material.

Do ponto de vista prático da produção, o custo do material somado à dificuldade de processamento costuma ser mais importante do que o desempenho de um único material. A seleção adequada de materiais pode não apenas reduzir os custos de processamento, mas também melhorar a estabilidade do prazo de entrega e a consistência dos lotes.

Recomenda-se o uso de soluções de processamento alternativas.

Quando certos materiais sofrem deformação, fissuras, zonas afetadas pelo calor ou custos excessivos durante a usinagem CNC, uma solução de fabricação mais estável e econômica geralmente pode ser alcançada por meio da substituição de materiais ou de processos.

Em avaliações de projetos reais, fornecemos aos clientes as seguintes sugestões alternativas comuns, com base na função, estrutura e ambiente de uso da peça:

1. Alternativas aos materiais macios

Para materiais como silicone e borracha, que não podem ser cortados de forma estável, geralmente recomenda-se o uso de processos de moldagem.

Silicone → Moldagem de silicone
Borracha → Moldagem por compressão de borracha
TPE → Moldagem por Injeção

Se for utilizado apenas para verificação estrutural, pode ser temporariamente substituído por:

POM (Polioximetileno)
ABS
Nylon (PA)

Para concluir a usinagem do protótipo CNC.

2. Alternativas de materiais de alto custo

Quando as propriedades dos materiais excedem em muito os requisitos reais, eles podem ser substituídos por plásticos de engenharia ou metais convencionais, reduzindo significativamente os custos de processamento.

Lógica alternativa comum:

PEEK → POM / PA / PTFE
Liga de titânio → Liga de alumínio (como 6061 / 7075)
Liga de alta temperatura Inconel → Aço inoxidável (como 304 / 316)

Desde que os requisitos de resistência ou de resistência à temperatura sejam atendidos, os materiais alternativos podem normalmente reduzir os custos de processamento em 30% a 70%.

3. Alternativas aos materiais frágeis

Para materiais propensos a rachaduras, como vidro e cerâmica, podem ser utilizados os seguintes métodos alternativos:

Vidro comum → PMMA (acrílico)
Cerâmica → PEEK ou PPS
Quartzo → Plástico de grau óptico

Essa abordagem mantém a aparência ou funcionalidade necessária, ao mesmo tempo que melhora significativamente a estabilidade do processamento.

4. Esquema de otimização para processamento de material laminado

Para materiais compósitos como FR4 e placas de fibra de carbono, recomenda-se o seguinte:

Otimizar trajetória da ferramenta
Controle a direção da usinagem
Adicionar design de chanfro estrutural

Realizar a otimização da fabricabilidade (DFM, na sigla em inglês) durante a fase de projeto costuma ser mais eficaz do que simplesmente ajustar os parâmetros de fabricação.

Fornecedor profissional de serviços de personalização de usinagem CNC

Em projetos reais, determinar se um material é adequado para usinagem CNC geralmente exige uma avaliação abrangente da estrutura da peça, dos requisitos de tolerância e do cenário de aplicação. Escolher um fornecedor de serviços de usinagem CNC experiente pode mitigar os riscos de usinagem e reduzir os custos com tentativas e erros desde a fase inicial do projeto.

Oferecemos aos nossos clientes:

Avaliação da processabilidade do material
Sugestões para otimizar a tecnologia de processamento
Alternativas com custo otimizado
Suporte para produção em pequenos lotes e em massa.

Se você está avaliando se um determinado material é adequado para usinagem CNC, ou se deseja obter uma solução de usinagem mais econômica, envie-nos seus desenhos ou informações sobre o material para que possamos analisar a situação. Forneceremos consultoria técnica especializada e suporte na elaboração de orçamentos.