1 Método de Investigación

1.1 Marco de Diseño

El flujo de trabajo se estructuró para aislar la contribución de cada etapa de fabricación: conformado aditivo, mecanizado CNC y acabado. Se seleccionó un componente de prueba cilíndrico con resaltes escalonados y canales internos para asegurar la sensibilidad a la desviación geométrica. Todos los parámetros de fabricación se mantuvieron constantes en ensayos repetidos para asegurar la reproducibilidad.

1.2 Fuentes de Datos

Se obtuvieron datos dimensionales y de superficie de 30 muestras producidas bajo configuraciones de proceso idénticas. Las mediciones se tomaron con una máquina de medición por coordenadas (CMM), un microscopio confocal láser y sensores integrados en el proceso que registraron la temperatura y la carga del husillo. La selección de estos dispositivos se basó en su facilidad de calibración y capacidad para reproducir la precisión de la medición en diferentes sesiones.

1.3 Equipos y Modelos

• Impresora 3D:Sistema SLM, láser de fibra de 200 W, espesor de capa de 30 µm
• Máquina CNC:Centro de mecanizado de 5 ejes con compensación automática de herramientas
• Herramientas de Acabado:Cabezal de fresado CBN, medios abrasivos de diamante
• Modelo de Datos:Modelos de regresión para la predicción de la desviación, validados mediante ANOVA de medidas repetidas
• Todos los parámetros utilizados en las etapas de mecanizado y acabado se enumeran en el Apéndice A para asegurar la completa reproducibilidad experimental.

2 Resultados y Análisis

2.1 Precisión Dimensional

Tabla 1 muestra la desviación dimensional media en las tres condiciones.
Las muestras híbridas mantuvieron una desviación por debajo de ±0.015 mm, en comparación con ±0.042 mm para las piezas solo aditivas. Esta mejora se alinea con estudios que informan que la redistribución del material durante el post-mecanizado compensa los efectos de la acumulación de calor capa por capa [1].

2.2 Rugosidad Superficial

El acabado híbrido redujo Ra de un promedio de 12.4 µm a 1.8 µm, como se resume en la Figura 1. La etapa de acabado eliminó las partículas parcialmente fusionadas y redujo los artefactos de escalonamiento.

2.3 Eficiencia del Proceso

El análisis del tiempo de ciclo indica una reducción del 23% en el tiempo total de procesamiento en comparación con el mecanizado sustractivo convencional solo. Los registros de carga de la herramienta mostraron una disminución del 9–12% en el par del husillo debido a la menor tolerancia de mecanizado dejada después del preformado aditivo.

2.4 Interpretación Comparativa

La referencia cruzada con investigaciones anteriores [2,3] muestra que la mejora dimensional se alinea con las expectativas para la fabricación híbrida. Sin embargo, la magnitud de la mejora de la calidad de la superficie es mayor de lo informado anteriormente, probablemente debido al control refinado de la temperatura en la etapa aditiva.

3 Discusión

3.1 Interpretación de los Hallazgos

Los resultados demuestran que los flujos de trabajo híbridos compensan la inestabilidad térmica típica de la fusión de polvo metálico. La tolerancia de mecanizado diseñada en la geometría impresa elimina eficazmente las zonas de deformación inducidas por el calor. La menor carga de la herramienta sugiere una reducción del estrés mecánico en los bordes de corte, lo que contribuye a la estabilidad del tiempo de ciclo.

3.2 Limitaciones

El estudio se centró en una sola geometría y aleación metálica. Los resultados pueden variar con estructuras internas más complejas o materiales con diferentes comportamientos de coeficiente de expansión térmica. Además, solo se evaluó un tipo de herramienta de acabado.

3.3 Implicaciones Prácticas

Las industrias que requieren iteraciones rápidas, como la robótica, los componentes aeroespaciales y los dispositivos médicos personalizados, pueden beneficiarse de la fabricación híbrida para lograr precisión sin flujos de trabajo sustractivos completos. La reducción del tiempo de mecanizado es particularmente relevante para pedidos personalizados de lotes pequeños.

4 Conclusión

El enfoque integrado que combina la impresión 3D, el mecanizado CNC y el acabado de superficies mejora la precisión dimensional y la consistencia de la superficie, al tiempo que reduce el tiempo de ciclo. El flujo de trabajo aborda la distorsión geométrica causada por la fabricación aditiva y admite requisitos de tolerancia más estrictos. El trabajo futuro puede investigar componentes multimateriales, trayectorias de herramientas de acabado adaptativas y la optimización del proceso basada en modelos.