MicroFresado

Cuanto más pequeño... mejor

No solo los objetos se están haciendo más pequeños, hay a su alrededor muchos útiles necesarios para poderles añadir mas potencia y funcionalidad. Componentes en miniatura con una amplia variedad de aplicaciones en sectores como el aeroespacial, automoción, biomedicina, electrónica, tecnología de información, óptica, telecomunicaciones...

Al mismo tiempo, esta complejidad que rodea a los microcomponentes ofrece nuevas oportunidades a los moldistas. Ahora que la producción de moldes de complejidad simple o media se está desviando hacia países con bajos costes laborales, los moldistas Europeos pueden irse hacia tecnologías más avanzadas como los micromodelos y microfresado para mantener su competitividad en el mercado.

Mecanizado de micropiezas

A continuación una lista de las necesidades que nos encontraremos si queremos dirigirnos hacia el entorno del microfresado:

1. Herramientas, soportes y pinzas.
1. Pequeñas fresas que permitan microfresado. Según el tamaño del trabajo, estas pueden ser menores de 0.1mm y probablemente serán menores en el futuro. La disponibilidad y coste de estas fresas ha de ser considerado antes de comenzar un proyecto de microfresado.
2. Al usar fresas muy pequeñas, son necesarios cabezales de alta velocidad. A 10.000 RPM una fresa de diámetro 0.1mm tiene una velocidad de corte de solo 3.3 m/min, algo que resulta demasiado lento.
3. Con niveles entre 20.000-150.000 RPM una combinación completa y equilibrada de cabezal y un pequeño soporte con un ajuste total es completamente necesario. En cualquier otro caso la calidad superficial se verá comprometida y la vida de la fresa seriamente acortada.
2. Fijaciones, abrazaderas y procesos de fabricación.
1. En la mayoría de los casos la producción de micropiezas se ha de realizar de una sola operación. Por ejemplo, combinar erosión y fresado puede dar un resultado inaceptable.
3. Maquinaria y taller.
1. No podemos irnos si decir que la máquina ha de ser muy precisa y sensible incluso a dígitos de 4 decimales.
2. En microfresado puede ser importante el uso de 5 ejes. La capacidad para inclinar la herramienta para evitar colisiones permite usar fresas mas cortes. Aunque los 5 ejes continuos actualmente aportan una menor precisión que el fresado en 3 ejes, las especificaciones de máquina y el rendimiento actual ha de ser considerado con cuidado al usar 5 ejes continuos para microfresado.
3. La propia máquina ha de considerar la temperatura (el programa no puede hacerlo aún) y evitar vibraciones. Si la máquina no esta adecuadamente aislada incluso el paso de un camión pesado fuera del taller puede generar vibraciones que dejen marcas en la pieza.
4. Tecnología de fresado
1. Dependiendo de la geometría de la pieza, el microfresado necesita unas estrategias especiales de mecanizado y no se trata de una simple reducción de escala. Por ejemplo, en muchos casos, el fresado a favor (y no en contra) es la estrategia de mecanizado más adecuada.
2. Es imprescindible evitar al máximo cualquier movimiento brusco, dando más importancia a conseguir la trayectoria adecuada que a otros parámetros mas importantes en un fresado convencional.

Requerimientos de los sistemas CAD/CAM

Para todos es fácil comprender que las fresadoras, soportes y herramientas requieren de unas especificaciones muy especiales y complejas para trabajar a una escala tan pequeña con una precisión tan extrema, necesaria para el microfresado. A primera vista, el programa parece ser fácil de ajustar. Después de todo, uno puede pensar que trabajar con un número como 0.0001 ha de ser tan fácil para el programa como trabajar con 1 o 10.

Pero aquí hay más de lo que podemos ver. Crear y modificar geometría con la correcta precisión, suavidad y continuidad es justo el punto inicial para una solución CAD adaptada a los microcomponentes. Para tener una solución funcional para microfresado el sistema CAD ha de ser cuidadosamente modificado y optimizado para soportar los siguientes requerimientos:

1. Leer el modelo de la pieza con precisión y seguridad. Minimizar la necesidad de conversión de múltiples datos es crítica para mantener la precisión de un modelo detallado.
2. Trabajar con tolerancias geométricas muy pequeñas, entre 1 y 0.01 micras, al generar superficies de partición o crear geometrías para correderas, elevadores y expulsores. Esto es esencial para evitar huecos entre las superficies y mantener la continuidad entre ellas.
3. Manejar moldes multicavidades de tamaño muy pequeño, incluyendo catálogos especializados en piezas y ensambles.

El CAM ha de estar también optimizado para microfresado. El programa de NC ha de trabajar con tolerancias de mecanizado ultra precisas. El operario no podrá interferir para evitar roturas de herramientas, así que en programa de NC ha de ser preciso y tener en cuenta la cantidad de material que está arrancando en cualquier momento del proceso.

Para tener un adecuado soporte del microfresado, el programa de CAM ha de ofrecer:

1. Leer la matemática más compleja manteniendo su nivel de precisión. Tener una solución CAD/CAM integrada es ideal, eso elimina cualquier traspaso de datos en el proceso.
2. Incluir capacidades CAD de alta precisión que aporten asistencia geométrica (cerrar agujeros, extender superficies...) con la apropiada precisión y tangencias, dentro del sistema CAM.
3. Soportar cálculos de trayectorias con tolerancias inferiores a 0.1 micra. Esto es especialmente delicado si se mecanizan detalles muy pequeños en piezas de mayor tamaño.
4. Permitir el cálculo a un nivel de microfresado teniendo en cuenta las limitaciones físicas de la máquina. Por ejemplo, el sistema CAM ha de poder aportar resultados de superacabado con herramientas de diámetro 0.1, pasadas laterales de 0,005 y redondeos de 0,05. Las trayectorias se han de crear con precisiones de hasta 5 decimales.
5. Incluir estrategias de mecanizado optimizadas para micromecanizado, como el poder desbastar, redesbastar y acabar en el mismo proceso.
6. El uso de reconocimiento del material restante por todos los procesos para ajustar el avance actual de la herramienta según el material que arranca y así minimizar el tiempo de mecanizado mientras se protege la vida de unas herramientas muy delicadas y fáciles de romper.

Microsistemas, micromoldes y microfresados son unas nuevas e interesantes tecnologías para una mejor fabricación de piezas en miniatura.

Con tolerancias bajo la micra y fresas que son difíciles de ver sin más ayuda que nuestros ojos, este campo emergente y de fuerte crecimiento presenta numerosos desafíos para los proveedores y moldistas por igual. Nuevos materiales, nuevas herramientas, nuevas técnicas de moldes e innovaciones técnicas en los programas de CAD/CAM, todo ha de ser estudiado y combinado en la misma dirección, microsistemas y microfresados ofrecen nuevas oportunidades para los moldistas que estén buscando algo diferente, generar mas negocio y estar mejor posicionados frente a los competidores en mercados de menor coste.