Las fresadoras CNC (Control Numérico por Computadora) son máquinas muy versátiles que se utilizan en la industria manufacturera para realizar diversas operaciones de mecanizado. Desempeñan un papel fundamental en la producción de piezas y componentes de precisión para una amplia gama de industrias, incluidas la aeroespacial, automotriz, electrónica y de dispositivos médicos.
En este artículo, exploraremos qué es una fresadora CNC, sus componentes, cómo funciona, los tipos de fresadoras CNC y sus aplicaciones.
¿Qué es una fresadora CNC?
Una fresadora CNC es una máquina herramienta que utiliza instrucciones controladas por computadora para eliminar material de una pieza de trabajo y crear la forma deseada. Las fresadoras CNC utilizan cortadores rotativos para cortar y dar forma al material, que puede ser metales, plásticos u otros materiales. La máquina está controlada por una computadora que lee un programa codificado y lo traduce en movimientos precisos de los componentes de la máquina, lo que da como resultado cortes precisos y repetibles.
Componentes de una fresadora CNC
Una fresadora CNC consta de varios componentes clave que trabajan juntos para lograr un mecanizado preciso:
- Marco: El bastidor proporciona soporte estructural a la máquina. Alberga todos los demás componentes y garantiza la estabilidad durante el proceso de mecanizado.
- Huso: Los huso sostiene y gira la herramienta de corte. Está accionado por un motor y puede funcionar a diferentes velocidades según el material y la operación de corte.
- Herramientas de corte: Estas son las herramientas que realmente cortan el material. Vienen en varias formas y tamaños, incluidas fresas, taladros y escariadores.
- Mesa de trabajo: La mesa de trabajo sostiene la pieza de trabajo y se mueve en múltiples ejes (X, Y y Z) para colocar el material debajo de la herramienta de corte.
- Panel de Control: El panel de control es la interfaz entre el operador y la máquina. Incluye una computadora que lee el programa CNC y envía comandos a los motores y actuadores de la máquina.
- Motores y Accionamientos: Estos componentes impulsan el movimiento de la mesa de trabajo y el husillo. Están controlados por computadora para lograr un posicionamiento y velocidad precisos.
- Sistema de refrigerante: El sistema de refrigeración rocía un líquido refrigerante sobre la herramienta de corte y la pieza de trabajo para reducir el calor y la fricción, extendiendo la vida útil de la herramienta y mejorando la calidad del corte.
¿Qué piezas pueden producir las fresadoras CNC?
Las fresadoras CNC, conocidas por su alta precisión y flexibilidad, pueden fabricar una amplia gama de componentes con diseños complejos y tolerancias estrictas. Estos incluyen, entre otros:
- Componentes aeroespaciales, como piezas de trenes de aterrizaje, estructuras de fuselaje de aviones y componentes de motores de aviones.
- Piezas de la industria automotriz como paneles de control, ejes, componentes de motores y moldes para automóviles.
- Piezas de electrónica de consumo como carcasas, disipadores de calor y conectores.
- Componentes médicos, incluidos instrumentos quirúrgicos, equipos ortopédicos y componentes protésicos.
- Piezas de maquinaria de petróleo y gas, como válvulas, accesorios de tuberías, bombas y sellos mecánicos.
- Esculturas y diseños de muebles personalizados elaborados con materiales como madera y piedra, combinando expresión artística con funcionalidad.
Las fresadoras CNC son capaces de cortar diversos materiales, incluidos aluminio, cobre, acero y madera, proporcionando soluciones de fabricación eficientes, precisas y versátiles en todas las industrias. Ya sea para producción de lotes pequeños o necesidades de fabricación personalizadas, las fresadoras CNC demuestran su papel fundamental en la fabricación moderna.
¿Cómo funciona una fresadora CNC?
El funcionamiento de una fresadora CNC implica varios pasos:
Paso 1: creación del modelo CAD:
Un maquinista utiliza programas CNC como Autodesk Fusion 360, SolidWorks o AutoCAD para crear un modelo CAD (diseño asistido por computadora) del componente específico. Una vez completado el diseño, sirve como modelo para el proceso de fabricación posterior.
Paso 2: Conversión del modelo CAD para la máquina CNC:
A continuación, el modelo CAD se importa a un sistema CAM (fabricación asistida por ordenador). Durante esta etapa, el software convierte el modelo 3D en una serie de instrucciones digitales conocidas como código G. Estos comandos de código G son los Programación CNC lenguaje de las máquinas CNC, indicándoles cómo moverse, rotar y cortar.
Paso 3: Configuración de la fresadora CNC:
Durante el proceso de instalación, la pieza de trabajo o bloque de material se fija firmemente a la mesa de trabajo de la máquina. Esto se logra mediante herramientas de medición o sondas táctiles. Luego, se seleccionan e instalan las herramientas de corte adecuadas en el husillo de la máquina. Dependiendo de la tarea de corte, se pueden utilizar varios tipos de fresas. Finalmente, el operador verifica y verifica todos los ajustes, incluidas las medidas de seguridad y una simulación de las trayectorias de la herramienta.
Paso 4: Iniciar el proceso de fresado:
Una vez que todo está configurado, se carga el programa de código G y comienza el proceso de fresado CNC. La herramienta de corte especializada gira a altas velocidades o a RPM (revoluciones por minuto) fijas, eliminando material de la pieza de trabajo. El proceso de fresado implica la eliminación progresiva de material hasta lograr la forma y dimensiones deseadas del componente.
¿Cuáles son los tipos de fresadoras CNC?
Existen varios tipos de fresadoras CNC, cada una diseñada para aplicaciones específicas:
Fresadoras verticales
Fresadoras verticales son uno de los tipos más comunes de fresadoras CNC. Cuentan con un husillo orientado verticalmente, lo que significa que la herramienta de corte se mueve hacia arriba y hacia abajo a lo largo del eje Z mientras la pieza de trabajo se mantiene estacionaria sobre una mesa horizontal.
Características Clave:
- Husillo orientado verticalmente: La orientación vertical del husillo lo hace adecuado para tareas en las que la herramienta de corte necesita penetrar la pieza de trabajo desde arriba.
- Superficies planas y cavidades: Ideal para mecanizar superficies planas, ranuras y cavidades. Comúnmente utilizado para fabricar moldes, matrices y componentes complejos.
- Mesa de trabajo ajustable: La mesa de trabajo puede moverse en los ejes X e Y, proporcionando flexibilidad en el posicionamiento de la pieza de trabajo.
Aplicaciones:
- Creación de prototipos y producción de lotes pequeños: Se utilizan con frecuencia para crear prototipos y pequeñas tiradas de producción debido a su versatilidad y facilidad de configuración.
- Fabricación de moldes y matrices: Perfecto para crear moldes y troqueles complejos con dimensiones precisas.
Fresadoras horizontales
Las fresadoras horizontales tienen un husillo que está orientado horizontalmente, paralelo a la mesa de trabajo. Esta orientación permite el mecanizado de piezas de trabajo más grandes y pesadas que requieren corte a lo largo de los lados o la parte superior.
Características Clave:
- Husillo orientado horizontalmente: Adecuado para tareas que implican cortar desde el costado de la pieza de trabajo, lo cual es particularmente útil para hacer ranuras, ranuras y otras características en piezas de trabajo más grandes.
- Soporte del cenador: La herramienta de corte suele estar montada en un eje que se extiende desde el husillo, lo que proporciona soporte y estabilidad adicionales durante las operaciones de corte.
- Piezas de trabajo más pesadas: Diseñado para manejar materiales más grandes y pesados debido a su construcción robusta y configuración horizontal.
Aplicaciones:
- Fabricación de componentes grandes: Ideal para producir componentes grandes como engranajes, ejes y piezas de maquinaria pesada.
- Operaciones de fresado pesado: Se utiliza en industrias donde se requiere fresado pesado, como la automoción y la aeroespacial.
Fresadoras de 5 ejes
Las fresadoras de 5 ejes son máquinas CNC avanzadas que proporcionan ejes de rotación adicionales, lo que permite el mecanizado de formas y ángulos complejos en una sola configuración. Estos Máquinas CNC de 5 ejes Puede mover la herramienta de corte a lo largo de los ejes X, Y y Z, así como girarla alrededor de los ejes A y B.
Características Clave:
- Movimiento de múltiples ejes: Los ejes adicionales (A y B) permiten que la herramienta de corte se acerque a la pieza de trabajo desde varios ángulos, lo que permite mecanizar geometrías intrincadas y complejas.
- Mecanizado de configuración única: Reduce la necesidad de múltiples configuraciones y reposicionamientos, lo que aumenta la eficiencia y la precisión.
- Alta precisión: Capaz de producir piezas con muy alta precisión y contornos complejos.
Aplicaciones:
- Componentes aeroespaciales: Se utiliza para mecanizar piezas aeroespaciales complejas, como palas de turbinas y componentes estructurales.
- Dispositivos médicos: Ideal para crear implantes y dispositivos médicos complejos con dimensiones precisas.
- Prototipos complejos: Adecuado para la creación rápida de prototipos de formas y diseños complejos.
Fresadoras de bancada
Las fresadoras de bancada cuentan con una mesa de trabajo que se mueve según los ejes X e Y, mientras que el husillo se mueve según el eje Z. Estas máquinas están diseñadas para manipular piezas de trabajo pesadas y grandes.
Características Clave:
- Diseño de cama fija: La cama es fija y la mesa de trabajo se mueve a lo largo de los ejes X e Y, proporcionando estabilidad y soporte para piezas de trabajo pesadas.
- Husillo móvil: El husillo puede moverse hacia arriba y hacia abajo a lo largo del eje Z, lo que permite operaciones de mecanizado vertical.
- Construcción robusta: Construido para manipular materiales grandes y pesados con facilidad, garantizando precisión y estabilidad.
Aplicaciones:
- Fabricación de componentes pesados: Adecuado para producir componentes grandes y pesados, como bases de máquinas, marcos y piezas de alta resistencia.
- Fabricación de herramientas y matrices: Se utiliza para mecanizar moldes y matrices grandes que requieren precisión y durabilidad.
Fresadoras de torreta
Las fresadoras de torreta tienen un husillo estacionario y una mesa de trabajo móvil. El husillo es fijo y la mesa de trabajo se puede mover en múltiples direcciones, lo que proporciona versatilidad en las operaciones de mecanizado.
Características Clave:
- Husillo estacionario: El huso no se mueve; en cambio, la mesa de trabajo se mueve para colocar la pieza de trabajo debajo de la herramienta de corte.
- Mesa de trabajo móvil: La mesa de trabajo puede moverse en los ejes X, Y y, a veces, Z, lo que permite operaciones de mecanizado versátiles.
- Diseño de torreta: El cabezal de la torreta se puede girar y girar para cambiar el ángulo de la herramienta de corte, lo que brinda flexibilidad para mecanizar diferentes superficies.
Aplicaciones:
- Mecanizado versátil: Se utiliza para una variedad de operaciones de mecanizado como taladrado, taladrado y roscado debido a la flexibilidad de la mesa de trabajo y el cabezal de la torreta.
- Piezas pequeñas a medianas: Ideal para producir componentes pequeños y medianos en diversas industrias, incluidas la automoción y la metalurgia.
- Trabajos personalizados y de reparación: Se utilizan con frecuencia en talleres para trabajos de reparación y mecanizado personalizados debido a su adaptabilidad.
Las fresadoras CNC vienen en varios tipos, cada una diseñada para satisfacer necesidades de mecanizado específicas. Comprender las diferencias y aplicaciones de cada tipo puede ayudar a los fabricantes a seleccionar la máquina adecuada para sus requisitos específicos, garantizando eficiencia, precisión y producción de alta calidad.
¿Cuál es el precio de una fresadora CNC?
| Tipo | Modelos de ejemplo | Rango de precios (USD) |
|---|---|---|
| Fresadoras verticales | Haas VF-2 | $20,000 - $250,000 |
| Fresadoras horizontales | Mazak HCN-5000, DMG Mori NHX 5000 | $50,000 - $500,000 |
| Fresadoras de 5 ejes | DMG Mori DMU 50, Haas UMC-750 | $ 100,000 - $ 1,000,000 + |
| Fresadoras de bancada | Kiheung KNC-U1000 | $50,000 - $300,000 |
| Fresadoras de torreta | Bridgeport Serie I | $10,000 - $100,000 |
Factores que influyen en el precio de las fresadoras CNC
Precios de las máquinas CNC puede variar ampliamente según las especificaciones, el tamaño y las características adicionales, como la automatización y los cambiadores de herramientas. Los factores clave que influyen en estos precios incluyen:
- Propósito y estándares: El uso previsto de la máquina (como producción en masa o producción personalizada) y los estándares requeridos (como precisión y calidad) impactan significativamente el precio.
- Numero de ejes: La complejidad y el coste de la máquina están directamente afectados por el número de ejes que tenga. Por ejemplo, las máquinas de 5 ejes suelen ser más caras que las de 3 ejes.
- Tamaño de la máquina: El tamaño de la máquina, que depende de las piezas a mecanizar, es un factor importante. Las máquinas capaces de manejar dimensiones mayores, como 2 metros en la dirección X y 1.5 metros en la dirección Y, tendrán costos más altos.
- Cambiador de palets: La necesidad de un cambiador de palets (automático o manual) puede influir en el precio. Las máquinas con cambiadores de palets automáticos suelen ser más caras.
- Potencia y velocidad del husillo: La potencia requerida del husillo y las rotaciones por minuto (RPM) también afectan el costo. Mayores capacidades de potencia y velocidad conducen a precios más altos.
- Requisitos de precisión: Los requisitos de precisión de la máquina influyen mucho en el precio. Por ejemplo, una máquina con una precisión de 50 a 75 micrones podría costar alrededor de 150,000 dólares, mientras que una máquina con una precisión de 3 a 5 micrones (conocida como “máquina madre”) podría costar más de 1,000,000 de dólares.
- Requisitos de materiales y mecanizado: Los tipos de materiales a mecanizar y las herramientas de corte requeridas impactan el costo total.
- Sistemas adicionales: El sistema CTS necesario, el tamaño y los sistemas de control CNC (como Fanuc o Siemens) son otros factores importantes que afectan el precio.
Por ejemplo, una máquina con una velocidad de husillo de 10,000 RPM y una precisión de 50 a 75 micrones podría costar alrededor de 150,000 dólares. Una máquina de tamaño similar con una precisión de 10 a 15 micrones podría costar entre 300,000 y 400,000 dólares, mientras que una máquina con una precisión de 3 a 5 micrones podría costar más de 1,000,000 de dólares.
¿Qué son las fresadoras de 3, 4 y 5 ejes?
Las fresadoras se clasifican según la cantidad de ejes que pueden moverse y operar. Estos son los principales tipos:
- Fresadora de 3 ejes: Una fresadora de 3 ejes mueve la herramienta de corte a lo largo de los ejes X, Y y Z para eliminar material de la pieza de trabajo. Este método es ideal para fabricar piezas con formas geométricas simples y ofrece un menor costo inicial.
- Fresadora de 4 ejes: Una fresadora de 4 ejes incluye todas las capacidades de una máquina de 3 ejes más un eje giratorio adicional (normalmente el eje A), que permite que la pieza de trabajo gire durante el corte. Esta configuración es particularmente útil para cortar alrededor de las superficies cilíndricas o laterales de una pieza.
- Fresadora de 5 ejes: Una fresadora de 5 ejes combina el movimiento a lo largo de tres ejes lineales con dos ejes giratorios adicionales (normalmente ejes A y B). Esta configuración permite que la herramienta de corte se mueva y gire en múltiples direcciones, lo que la hace capaz de mecanizar formas geométricas complejas, como componentes aeroespaciales, aleaciones de titanio, dispositivos médicos y piezas de turbinas.
Cada tipo de fresadora tiene aplicaciones y ventajas específicas, elegidas en función de la complejidad y los requisitos de mecanizado de la pieza.
¿Qué tipos de fresas se utilizan en las fresadoras CNC?
Las fresadoras CNC utilizan varios tipos de fresas, cada una diseñada para tareas y materiales específicos. Estos son los tipos comunes:
| Tipo de fresa | Descripción | Aplicaciones |
|---|---|---|
| Molinos de extremo | Se utiliza para fresar ranuras, perfiles y contornos. Disponible en varios diseños de flauta. | Fresado general de metales, plásticos y otros materiales. |
| Fresas frontales | Herramienta de fresado de superficie grande con inserciones reemplazables para mayor eficiencia. | Desbaste y semiacabado de superficies metálicas. |
| Fresas de punta esférica | Cuenta con una punta redondeada para fresar formas y contornos 3D. | Tareas de fabricación de moldes, escultura y fresado complejo. |
| Fresas de extremo de radio de esquina | Los bordes redondeados reducen la tensión y prolongan la vida útil de la herramienta durante el corte. | Operaciones de semiacabado y acabado. |
| Fresas de extremo chavetero | Diseñado específicamente para fresar chaveteros con alta precisión. | Creación de chaveteros precisos en ejes y otros componentes. |
| Cortadores de ranura en T | Herramienta en forma de T para fresar ranuras en T en bancos de trabajo y accesorios. | Imprescindible para crear ranuras en T en mesas de máquinas. |
| Cortadores formados | Formas de filo personalizadas para mecanizar perfiles o ranuras únicos. | Corte de engranajes, fresado de roscas y operaciones especializadas. |
| Fresas de desbaste | Bordes de corte dentados para una rápida eliminación del material. | Mecanizado de desbaste para eliminar rápidamente grandes cantidades de material. |
Cada tipo de fresa tiene sus aplicaciones y ventajas específicas. Elegir el tipo correcto de fresa puede mejorar significativamente la eficiencia del mecanizado y la calidad del producto.
¿Cuál es la diferencia entre una fresa frontal y una fresa frontal?
Fresas frontales y las fresas de mango son herramientas cruciales en el mecanizado, pero tienen diferentes propósitos:
- Función: Las fresas de mango son herramientas versátiles para cortes detallados, mientras que las fresas de planear destacan en el fresado de superficies planas a gran escala.
- Diseño: Las fresas de extremo tienen diferentes diseños de flauta para diferentes tareas de corte, mientras que las fresas de planear utilizan múltiples insertos para un fresado frontal eficiente.
- Aplicaciones: Las fresas de extremo se utilizan en tareas de fresado complejas en diferentes materiales, mientras que las fresas de planear son ideales para la eliminación rápida de material en superficies planas.
Comprender estas diferencias ayuda a seleccionar la herramienta adecuada para necesidades de mecanizado específicas.
¿Es mejor utilizar un cortador de mosca o una fresa frontal al fresar acero?
Para fresar acero, una fresa frontal generalmente ofrece tasas de eliminación de material más rápidas y es más adecuada para trabajos más grandes debido a su diseño de múltiples insertos. Sin embargo, si el acabado de la superficie es primordial o para proyectos de menor escala, un cortador de moscas podría proporcionar un acabado más suave.
La elección entre un cortador de mosca y una fresa de planear depende en última instancia de la escala del proyecto de fresado de acero específico, los requisitos de acabado de la superficie y las consideraciones presupuestarias.
Fresadora CNC versus torno CNC
Fresadoras CNC y Tornos CNC Hay dos tipos comunes de máquinas herramienta CNC, que tienen diferencias significativas en sus principios de funcionamiento y escenarios aplicables:
| Característica | Fresadora CNC | Torno CNC |
|---|---|---|
| Principio de funcionamiento | Corta materiales girando una herramienta de corte y moviendo la pieza de trabajo a lo largo de múltiples ejes. | Procesa materiales girando la pieza de trabajo y moviendo una herramienta de corte a lo largo de su eje. |
| Movimiento de herramienta/pieza de trabajo | La herramienta está estacionaria; La pieza de trabajo se mueve sobre la mesa de trabajo. | La herramienta de corte está estacionaria; La pieza de trabajo gira sobre el husillo. |
| Aplicaciones | Ideal para contornos complejos, escultura, fabricación de moldes y fabricación de piezas 3D. | Se utiliza principalmente para mecanizar piezas simétricamente cilíndricas, como ejes y roscas. |
| Caracteristicas | Capaz de mecanizado multieje, adecuado para tareas de alta complejidad. | Eficiente para mecanizar piezas simétricas como ejes, pasadores y roscas. |
| Industria | Se encuentra en las industrias de fabricación de moldes, aeroespacial y automotriz para piezas de precisión. | Sectores de automoción, aeroespacial, dispositivos médicos, especialmente para piezas rotativas simétricas. |
| Complejidad de operación | Requiere mucho tiempo de programación y configuración para un mecanizado preciso. | Relativamente sencillo, adecuado para programación y operaciones básicas. |
¿Cuáles son las ventajas de las fresadoras CNC en comparación con los tornos CNC?
Las fresadoras CNC ofrecen varias ventajas sobre los tornos CNC. Son muy versátiles y capaces de realizar una amplia gama de operaciones como taladrado, roscado y contorneado, lo que los hace adecuados para geometrías de piezas complejas. A diferencia de los tornos CNC, que destacan principalmente en la producción de piezas cilíndricas, las fresadoras pueden manejar piezas de trabajo más grandes y pesadas, y son compatibles con una amplia gama de materiales, incluidos metales, plásticos y compuestos. Además, su capacidad para realizar mecanizado multieje permite detalles intrincados y diseños de piezas complejas con precisión, lo que los hace ideales para la creación rápida de prototipos y necesidades de personalización en la fabricación.
¿Cuáles son las desventajas de las fresadoras CNC en comparación con los tornos CNC?
Las fresadoras CNC tienen desventajas en comparación con los tornos CNC. Por lo general, requieren tiempos de preparación más prolongados debido al complejo posicionamiento de la pieza de trabajo y la configuración de la herramienta. Además, las fresadoras a menudo incurren en costos iniciales y gastos de mantenimiento más altos, dada su complejidad estructural y diversos requisitos de herramientas.
En determinadas operaciones, como tareas de rotación continua como roscar, las fresadoras pueden ser menos eficientes en comparación con los tornos. Además, las operaciones de fresado pueden generar más ruido y vibraciones, lo que requiere medidas para la reducción del ruido y la estabilidad. Por último, los cambios de herramientas en las fresadoras pueden llevar más tiempo debido a la necesidad de realizar múltiples cambios de herramientas.
¿Cuáles son las ventajas de los tornos CNC en comparación con las fresadoras CNC?
Los tornos CNC tienen ventajas sobre las fresadoras CNC. Ofrecen configuraciones más simples, lo que resulta en tiempos de preparación más rápidos para las operaciones de torneado. Los tornos son generalmente más rentables debido a su estructura más simple y menores requisitos de mantenimiento. Destacan en tareas que requieren un movimiento rotacional continuo, como tornear y roscar, con alta precisión. Los tornos también ocupan menos espacio y generan menos ruido y vibración en comparación con las fresadoras, lo que contribuye a un entorno de trabajo más silencioso.
¿Cuáles son las desventajas de los tornos CNC en comparación con las fresadoras CNC?
Los tornos CNC tienen desventajas en comparación con las fresadoras CNC. Se limitan principalmente a operaciones rotativas como torneado y roscado, y carecen de la versatilidad de las fresadoras para formas complejas y movimientos multieje. Los tornos también pueden enfrentar desafíos con ciertos materiales y requerir configuraciones de herramientas específicas para tareas como el roscado, que pueden ser más complejas. Los tiempos de preparación para operaciones no rotacionales en tornos pueden ser más largos y menos eficientes en comparación con las fresadoras.
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Preguntas Frecuentes
Las fresadoras CNC están diseñadas para el mecanizado de precisión de diversos materiales, incluidos metales, utilizando herramientas de corte giratorias para formas complejas y detalles finos. Son robustos y adecuados para aplicaciones industriales. A diferencia de, Enrutadores CNC son ideales para el corte a alta velocidad de materiales más blandos como madera, plástico y espuma, y se utilizan a menudo en carpintería y fabricación de letreros debido a su diseño estilo pórtico y su capacidad para trabajar en superficies más grandes.
Las fresadoras CNC pueden mecanizar una amplia variedad de materiales, incluidos metales (como aluminio, acero, latón y titanio), plásticos (como ABS, policarbonato y nailon), madera, compuestos e incluso cerámica. La elección del material depende de la aplicación y de las propiedades requeridas de la pieza final.
Las principales ventajas de las fresadoras CNC incluyen alta precisión, repetibilidad y automatización. Pueden producir formas complejas y detalles intrincados con una mínima intervención humana, lo que conduce a una mayor eficiencia, una reducción de errores y una calidad constante del producto. Las fresadoras CNC también son versátiles y pueden utilizarse tanto para la creación de prototipos como para la producción a gran escala.
Catalogar: Guía de mecanizado CNC
Este artículo fue escrito por ingenieros del equipo de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen es ingeniero y técnico con 20 años de experiencia en prototipado rápido y fabricación de piezas metálicas y plásticas.
