Las máquinas CNC son dispositivos electromecánicos que tienen como propósito manipular herramientas de máquinas en talleres, utilizando entradas de programación de computadoras. El nombre «CNC» significa Control Numérico por Computadora y representa uno de los dos métodos comunes para generar prototipos a partir de un archivo de software digital (la impresión 3D es el otro).

Las primeras máquinas CNC que fueron fabricadas, tomaron lugar en los años 1940 y 1950, su creación fue basada en una tecnología de almacenamiento de datos de telecomunicaciones, que en aquellos años era muy común, conocida como «cinta perforada» o «cinta de papel perforada». La tecnología de cinta perforada ya es obsoleta debido a que el medio de datos pasó rápidamente a ser analógico y luego digital.

Máquina CNC de la década de 1950

En líneas generales, el mecanizado es una forma de transformar una pieza de material (como un bloque de plástico), y llegar a un producto terminado (normalmente una pieza prototipo), mediante un proceso precisamente controlado de eliminación de material. Con similitudes a FDM (impresión 3D), la máquina CNC se basa en instrucciones digitales de un archivo de Fabricación Asistida por Computadora (CAM) o Diseño de Ayuda Asistida por Computadora (CAD). La máquina CNC interpreta el diseño como una serie de instrucciones que utiliza para cortar prototipos de piezas. La capacidad de poder programar dispositivos informáticos, y de esa manera controlar herramientas de máquinas, permite avanzar rápidamente la productividad en talleres, al automatizar los procesos altamente técnicos que consumían mucho tiempo, dinero y mano de obra. Los cortes automatizados mejoran con la velocidad y la precisión con la que se pueden crear las piezas prototipo, especialmente cuando el material es crítico (como en el caso del polipropileno).

Software CAD CNC

Usualmente, todos estos tipos de procesos requieren el uso de múltiples herramientas para realizar cada uno de los cortes deseados (por ejemplo, brocas de diferentes tamaños). Las máquinas CNC, combinan herramientas en unidades o celdas desde las que la máquina puede dibujar. Las máquinas básicas se mueven en uno o dos ejes, mientras que las máquinas avanzadas se mueven lateralmente en los ejes x, y, longitudinalmente en el eje z, y muchas veces giran alrededor de uno o más ejes. Las máquinas que tienen la capacidad de moverse en multiejes, son capaces de voltear partes automáticamente, lo que le permite eliminar el material que antes se encontraba debajo. Esto elimina la necesidad de que los trabajadores volteen el material de prototipo y permite cortar todos los lados sin la necesidad de intervención manual. Los cortes completamente automatizados son generalmente más precisos de lo que es posible con entradas manuales. Dicho esto, a veces el trabajo de acabado, como el grabado, se realiza mejor a mano, así como los cortes simples que requerirían un trabajo de diseño extenso para programar la máquina para la automatización.

Tipos de máquinas CNC

Las máquinas CNC normalmente se clasifican en una de dos categorías generales:

  • Tecnologías de mecanizado convencionales:
    • Drill Bit Drills: Son taladros que funcionan girando una broca y moviendo la broca alrededor de un bloque estacionario de material.

Taladros

    • Lathe Bit Lathes: Son tornos, a la inversa de los taladros, que giran el bloque de material contra la broca (en lugar de girar la broca y ponerla en contacto con el material). Los tornos normalmente hacen contacto con el material, moviendo lateralmente una herramienta de corte hasta que toca progresivamente el material que gira.

Tornos

    • Milling Bit Milling Machines: Son las fresadoras, que probablemente son las máquinas CNC más comunes en uso hoy en día. Implican el uso de herramientas de corte rotativas para eliminar el material de la unidad original.

Fresadoras

  • Tecnologías de mecanizado novedosas
    • Mecanizado eléctrico y/o químico: Existe una serie de tecnologías novedosas que utilizan técnicas especializadas para cortar material. Los ejemplos incluyen el mecanizado por haz de electrones, el mecanizado electroquímico, el mecanizado por descarga eléctrica (EDM), el mecanizado fotoquímico y el mecanizado por ultrasonido La mayoría de las tecnologías mencionadas, son altamente especializadas y se utilizan en casos especiales para la producción en masa que involucra un tipo particular de material.
    • Otros medios de corte: Una serie de otras tecnologías novedosas, utilizan diferentes medios para cortar material. Los ejemplos incluyen: máquinas de corte por láser, máquinas de corte por oxicombustible, máquinas de corte por plasma y tecnología de corte por chorro de agua.
    • Materiales utilizados: Casi cualquier tipo de material se puede utilizar en una máquina CNC. Depende de la aplicación, pero los materiales más comunes que valen mencionar incluyen metales como: aluminio, latón, cobre, acero y titanio, así como madera, espuma, fibra de vidrio y plásticos como el polipropileno.
    • Aplicación para prototipado rápido: las máquinas CNC fueron el primer gran avance en el campo del prototipado rápido. Antes del control numérico (en el caso de la tecnología de cinta perforada) y el control numérico computarizado (con computación analógica y digital), las piezas debían ser mecanizadas a mano, lo que condujo a mayores márgenes de error en productos de prototipos finales e incluso más si las máquinas se usaban manualmente para la fabricación a gran escala.

Grabadora y Cortadora Láser Beambox

Después de explicar detalladamente los procesos y características que envuelven las máquinas CNC. Sólo queda pendiente el cuestionamiento de decidir entre máquina CNC o impresión 3D, lo cual tiene una respuesta concreta: La verdad honesta es que depende del material, la complejidad y los factores económicos. La tecnología de impresión 3D, como las máquinas FDM, construye partes desde cero. Pueden crear componentes internos y formas complejas de manera más sencilla que una máquina CNC, debido a que este tipo de máquinas están limitadas por las herramientas disponibles y los ejes de rotación que la máquina es capaz de utilizar. Por otro lado, la creación de prototipos FDM está más limitada por los materiales del bloque de material mecanizado.

Es muy importante recalcar que cada tipo de tecnología ha sido desarrollada para resolver situaciones especializadas que contribuyan al desarrollo tecnológico en los talleres de fabricación. Por ejemplo, muchas máquinas especiales de CNC están diseñadas específicamente para procesos especializados, el mecanizado electroquímico se utiliza para cortar productos metálicos muy duraderos que de otra manera no serían posibles. Las máquinas CNC se utilizan para el desarrollo de prototipos más que para la fabricación del producto final, sin embargo, sin este tipo de máquinas no se podrían ejecutar procesos complejos, que terminarían requiriendo grandes esfuerzos de tiempo, dinero y mano de obra.

Impresión FDM – Fresado CNC

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