Prueba de fresa con canales de refrigeración conformes fabricados mediante tecnología de fusión selectiva por láser

Herramientas más frías para un mecanizado más suave

Las fábricas modernas dependen de herramientas de corte que deben soportar fuerzas enormes y calor intenso. Este estudio muestra cómo la impresión 3D puede construir una fresa más inteligente con pequeños canales curvados en su interior que conducen el refrigerante justo hasta el filo de corte. Al rediseñar la herramienta desde el interior y verificar cuidadosamente el metal con el que está hecha, los autores crearon una fresa que mantiene sus plaquitas más frías y con mayor duración que una herramienta estándar.

Por qué importa la temperatura de la herramienta

Siempre que una fresa giratoria mecaniza acero o aluminio, la zona de contacto entre la plaquita y la pieza se calienta rápidamente. Si este calor no se elimina, el filo se reblandece, se desgasta y puede incluso astillarse o romperse. Las fresas convencionales tienen agujeros rectos perforados que llevan el refrigerante cerca de las plaquitas, pero no exactamente donde más se necesita. A medida que aumentan las velocidades de mecanizado y las exigencias de productividad, este enfoque tradicional de refrigeración se convierte en un factor limitante, acortando la vida útil de la herramienta e incrementando los costes.

Construyendo un nuevo tipo de fresa

El equipo utilizó impresión metálica 3D, concretamente fusión selectiva por láser, para fabricar el cuerpo de una fresa de 25 milímetros a partir de un acero maraging de alta resistencia conocido como M300. Antes de confiar en este material para una herramienta exigente, imprimieron y envejecieron térmicamente muestras de prueba, examinaron su estructura interna y midieron resistencia y dureza. Los microscopios revelaron un acero denso con solo pequeñas porosidades y muchas partículas a escala nanométrica formadas durante el tratamiento térmico, que aumentaron de forma significativa la dureza y la resistencia a la deformación. Estas comprobaciones confirmaron que el acero impreso podía soportar con seguridad las cargas elevadas que se producen durante el corte.

Diseñando rutas de refrigerante que abracen el filo

Con el material cualificado, los autores diseñaron un nuevo cuerpo de fresa cuyos canales ocultos se doblan y curvan para que el refrigerante salga directamente por detrás del filo de corte de cada plaquita. Se usaron simulaciones por ordenador para asegurar que estos canales y la geometría general no debilitarían la herramienta bajo carga. El análisis por elementos finitos mostró que las tensiones en el diseño impreso en 3D se mantuvieron muy por debajo de la resistencia del acero e incluso fueron menores que en una herramienta convencional, en parte porque la nueva geometría evitó esquinas pronunciadas que concentran tensiones. Tras la impresión, solo se mecanizaron las superficies de contacto clave y las roscas con precisión para que las plaquitas comerciales estándar se pudieran montar de forma exacta.

Poniendo a prueba la herramienta impresa

Los investigadores compararon la fresa impresa en 3D con un cuerpo macizo tradicional en una serie de ensayos de mecanizado reales. Realizaron fresados de cara, ranurado y hombro en aluminio y acero de construcción, y más tarde llevaron a cabo pruebas de durabilidad a largo plazo en aceros para herramientas, tanto en estado blando como tras el endurecimiento. Midieron las fuerzas de corte con un dinamómetro y la rugosidad superficial con equipo óptico de alta resolución, y rastrearon la velocidad de desgaste de las plaquitas tanto en corte en seco como con refrigeración interna. En casi todas las operaciones de corte, la herramienta impresa requirió fuerzas de corte más bajas, lo que significa que cortó con más facilidad. La calidad superficial fue en ocasiones ligeramente peor en el cuerpo impreso, un resultado que atribuyeron a un pequeño desequilibrio porque no todas sus superficies exteriores estaban completamente acabadas.

El diseño centrado en el refrigerante mejora la vida útil

La ventaja más clara de los canales de refrigeración conformes apareció en las pruebas de durabilidad. Cuando se alimentó refrigerante a través de la herramienta, las plaquitas montadas en el cuerpo impreso en 3D duraron aproximadamente un 20 % más que las del cortador convencional, gracias a una refrigeración más directa del filo de corte y a una expulsión de virutas mejorada. En el corte en seco, donde no se utilizó refrigerante, ambas herramientas tuvieron un rendimiento similar, confirmando que la ganancia principal provino de la vía de refrigeración mejorada más que de cualquier otro detalle de diseño. En conjunto, los resultados muestran que la impresión metálica 3D puede ofrecer cuerpos de herramienta densos y resistentes con canales curvados integrados que el taladrado tradicional no puede lograr, abriendo la puerta a fresas más duraderas y eficientes, especialmente para materiales difíciles de mecanizar.

Cita: Kolomy, S., Slany, M., Sedlak, J. et al. Testing of milling cutter with the conformal cooling channels produced by the selective laser melting technology. Sci Rep 16, 9599 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-31338-x

Palabras clave: herramientas de corte impresas en 3D, canales de refrigeración conformes, acero maraging M300, durabilidad de fresas, fusión selectiva por láser