Impressão 3D ou maquinagem CNC: o que escolher para as suas peças?

A impressão 3D constrói uma peça camada a camada, por adição de material. A maquinagem CNC parte de um bloco ou de uma barra e remove material com ferramentas de corte. Estas duas lógicas criam forças e limites diferentes; sete critérios permitem decidir.

1. A quantidade

A impressão 3D quase não tem custos de arranque: sem ferramentas, uma preparação de ficheiro rápida. O preço da primeira peça é próximo do da décima. Na maquinagem, a programação e a preparação são custos fixos que se diluem com a quantidade (veja preço da maquinagem CNC). A impressão é, portanto, vantajosa para uma peça única ou alguns exemplares, a maquinagem para lotes maiores. O ponto de viragem não tem valor universal: depende da dimensão, da geometria e da tecnologia. Peça preços para várias quantidades. Em SLS ou em MJF, encher um mesmo lote com muitas peças faz baixar o custo unitário.

2. A geometria

A impressão permite canais internos, estruturas em treliça, formas orgânicas e a fusão de várias peças numa só. A maquinagem tem de alcançar cada superfície com uma ferramenta: sem cavidade fechada, raios interiores impostos pela fresa, bolsas profundas limitadas. A impressão tem também as suas restrições: suportes, saliências, espessuras mínimas, evacuação do pó ou da resina.

3. O material

A maquinagem abrange uma gama muito vasta de metais e de plásticos técnicos, provenientes de semiprodutos com propriedades conhecidas e certificáveis. A impressão propõe uma paleta mais estreita, e as propriedades dependem do processo, da orientação da peça e do pós-tratamento.

4. As tolerâncias

A maquinagem mantém correntemente tolerâncias apertadas nas superfícies funcionais. Em bruto de impressão, as peças apresentam desvios mais largos, da ordem do décimo a alguns décimos de milímetro consoante a tecnologia, a dimensão e o material. Os assentos, furos e roscas críticos são então retomados por maquinagem. Veja tolerâncias de maquinagem.

5. O acabamento superficial

Uma superfície maquinada é lisa e regular. Uma peça impressa guarda a marca do seu processo: estratos em FDM, grão ligeiramente pulverulento em SLS ou MJF, rugosidade de superfície e marcas de suportes em metal. Pós-tratamentos (lixagem, granalhagem, tingimento, pintura, polimento) melhoram o aspeto.

6. O prazo

Para uma peça única, a impressão é muitas vezes mais rápida: sem programa de CAM, sem material a aprovisionar. Depende, no entanto, do tempo de impressão, que pode atingir várias horas para uma peça grande, e do pós-tratamento. Uma peça maquinada simples pode ser igualmente rápida; uma peça complexa, demorada a programar, ganha em ser impressa.

7. O custo

A impressão é faturada segundo o tempo de máquina (muitas vezes ligado à altura da peça ou ao volume ocupado no tabuleiro), o material consumido, os suportes e o pós-tratamento. A maquinagem é faturada segundo o tempo de ciclo, o material bruto inteiro e os custos fixos. Uma peça compacta e maciça sai muitas vezes mais barata maquinada, uma peça oca e complexa por vezes mais barata impressa. Só um orçamento decide.

A norma ISO/ASTM 52900 classifica os processos de fabrico aditivo em sete famílias. Na prática, cinco tecnologias cobrem o essencial dos pedidos dirigidos aos fornecedores de impressão 3D.

FDM (deposição de filamento fundido)

Um filamento termoplástico fundido é depositado camada a camada: PLA, PETG, ABS, ASA, nylon, policarbonato, por vezes reforçados com fibras. Tecnologia económica, adequada a peças grandes e a protótipos funcionais. Limites: estratos visíveis, resistência mais baixa entre camadas, precisão moderada.

SLA e DLP (estereolitografia)

Uma resina fotossensível é endurecida por laser ou projetor. Excelente nível de detalhe e superfície lisa: peças de aspeto, maquetas, pequenas peças precisas. Limites: resinas por vezes frágeis, envelhecimento sob UV, pós-tratamento (lavagem, pós-cura).

SLS (sinterização seletiva a laser)

Um laser sinteriza pó de poliamida (PA12, PA11…). O pó sustenta a peça: sem suportes, geometrias complexas, muitas peças por lote. Peças robustas e funcionais, com grão ligeiramente pulverulento.

MJF (Multi Jet Fusion)

Tecnologia desenvolvida pela HP: o pó de poliamida é fundido por agentes e energia infravermelha. Comparável ao SLS nas suas utilizações, com boa homogeneidade mecânica e elevada produtividade em pequenas séries. Peças tipicamente cinzentas.

Metal: SLM e DMLS

Um laser funde um pó metálico (aço inoxidável 316L, 17-4PH, alumínio AlSi10Mg, titânio Ti6Al4V, ligas de níquel do tipo Inconel). Estas designações são próximas. Geometrias impossíveis de maquinar: canais de arrefecimento, aligeiramento. Limites: custo elevado, suportes a remover, tensões residuais (tratamento térmico de alívio frequente), superfície em bruto rugosa e assentos a maquinar.

Privilegie a impressão 3D se…

• precisa rapidamente de uma peça única ou de alguns protótipos;
• a geometria é complexa (canais internos, treliças, peças monobloco);
• a peça é personalizada ou faz parte de uma série muito pequena;
• as tolerâncias são moderadas ou limitadas a algumas superfícies que serão retomadas;
• pretende comparar várias variantes de conceção antes de fixar a definição.

Privilegie a maquinagem CNC se…

• exige tolerâncias apertadas e um bom acabamento superficial em superfícies funcionais;
• o material tem de ser preciso, certificável ou de elevada resistência;
• a peça é compacta e maciça, ou produzida em série regular;
• procura propriedades mecânicas homogéneas e reprodutíveis;
• a peça está sujeita a esforços elevados, a fadiga ou a temperatura, e o seu comportamento deve ser garantido.

A escolha nem sempre é binária. Várias combinações tiram partido das forças de cada processo:

• Impressão seguida de retoma por maquinagem. A peça é impressa e, depois, os assentos, furos, roscas e faces de apoio são maquinados às cotas. É a prática corrente na impressão em metal e frequente em polímero.
• Protótipo impresso, série maquinada ou injetada. A impressão valida a forma e a montagem a menor custo e, depois, o fabrico em série passa para um processo mais económico: veja do protótipo à série.
• Gabaritos e ferramentas impressos. Fixações de controlo, gabaritos de furação ou de posicionamento e pinças de retenção impressos acompanham o fabrico maquinado.
• Montagem híbrida. Uma base maquinada, rígida e precisa, recebe um elemento complexo impresso, mais leve ou mais elaborado.

Para estes casos, o processo deve especificar as superfícies funcionais, as que serão retomadas e as tolerâncias esperadas: um ficheiro 3D neutro e um desenho cotado evitam mal-entendidos.

Se tiver dúvidas, o mais eficaz é comparar propostas concretas. No seu pedido, descreva a função da peça, a quantidade, o material pretendido e as tolerâncias críticas, e peça um orçamento para cada processo considerado. No Meaflow, publicar um pedido é gratuito: vários fornecedores podem enviar-lhe a sua proposta, que compara e, depois, troca mensagens com os que lhe interessam. Os seus desenhos só são visíveis para os membros com sessão iniciada.

Para um orçamento fiável, especifique no pedido:

• a função da peça e o seu ambiente (temperatura, humidade, UV, contacto com produtos);
• a quantidade, com escalões alternativos, e o prazo pretendido;
• o material visado ou as propriedades procuradas;
• as tolerâncias críticas, o acabamento superficial e a eventual cor;
• a necessidade de acabamento (lixagem, pintura, tratamento) e de maquinagem após a impressão.

Descubra também os fornecedores em maquinagem CNC e em impressão 3D, ou a página prototipagem se a sua necessidade for um primeiro exemplar a validar.