Mejora de la superficie de los canales internos fabricados mediante impresión 3D mediante un proceso de mecanizado por flujo abrasivo

Resumen

La fabricación aditiva (AM) permite fabricar geometrías  complejas, en particular canales internos con un rendimiento funcional mejorado. Entre las técnicas de AM, el modelado por deposición fundida (FDM) se utiliza ampliamente debido a su flexibilidad de diseño y su rentabilidad; sin embargo, su naturaleza capa por capa da lugar a una elevada  rugosidad superficial, especialmente en geometrías de difícil acceso, como los canales de refrigeración conformes, lo que afecta negativamente al comportamiento del flujo. En este estudio, se fabricó un canal interno conformado a base de PLA mediante FDM y se mejoraron sus superficies internas mediante el mecanizado por flujo abrasivo (AFM). A diferencia de estudios anteriores centrados en geometrías simplificadas o  sistemas metálicos, este trabajo investiga el rendimiento del AFM en canales de FDM a base de polímeros, combinando el análisis experimental con la dinámica de fluidos computacional (CFD) para aclarar los mecanismos de mejora de la superficie. La calidad de la superficie se evaluó mediante parámetros de rugosidad (Ra, Rz), la tasa de eliminación de material (MRR) y el análisis del perfil superficial. Los resultados muestran que los valores de Ra y Rz disminuyeron de 3,08 µm a 0,63 µm y de 28,7 µm a 5,7 µm, lo que corresponde a mejoras de aproximadamente el 80 % y el 85 %, produciéndose la mejora más significativa durante los ciclos iniciales. El análisis CFD reveló distribuciones no uniformes de la presión y de la tensión de cizallamiento en las paredes a lo largo del canal, lo que explica las variaciones en la eliminación de material. Una estrategia bidireccional de AFM mejoró la uniformidad de la superficie. En general, se ha demostrado que el AFM es un método de  posprocesamiento eficaz para mejorar la calidad de la superficie en canales conformados producidos mediante FDM. Los resultados también aportan información sobre los mecanismos de eliminación de material impulsados por el flujo, aplicables a otros sistemas de fabricación aditiva por capas  con características superficiales similares.