Kas pärast metalli 3D printimist on vaja teostada CNC täppistöötlust?

1. Tehnoloogia tuum: liit- ja lahutavate materjalide koostöövõime
Peamine erinevus CNC täppistöötluse ja metalli 3D-printimise vahel on see, mis paneb need tootmisprotsessis koos töötama:
Erinevad vormimisviisid
Metallist 3D-printimine teeb asjad sulatades metallipulbrit ühe kihi haaval. Pinnal on tüüpilised kihimustrid ja sulamisbasseini jäljed. Võib esineda probleeme mikrostruktuuriga, näiteks pulber, mis pole sulanud ja mikropoorid. CNC täppistöötlus kasutab materjalide eemaldamiseks tööriista lõikamist, luues peegelefekti, mille Ra0,8 μm või alla selle, ja see suudab hallata mõõtmete tolerantse täpsusega ± 0,01 mm.
Protsessi võimekuse piirang
3D-printimisel on mõned eelised. Näiteks võib see teha keerukaid struktuure, mida on vanemate meetoditega raske teha, nagu konformsed jahutuskanalid, võre kaalu vähendavad struktuurid ja paljude nurkadega õõnsused. Näiteks teatud lennukimootori tera kasutab sisemuse õõnsaks muutmiseks 3D-printimist, mis vähendab kaalu 40%, säilitades samal ajal konstruktsiooni tugevuse.
CNC-töötluse eelised: Tõhusam töötlemine tavaliste vormide, nagu tasapinnad ja silindrid, jaoks ning pole vaja toime tulla tugistruktuuride ülejääkidega. Näiteks CNC freesimine muutis teatud auto ülekandevõlli pinnakareduse Ra0,4 μm, mis vastas kulumiskindluse vajadustele suurel-kiirusel pöörlemisel.
Hübriidtootmise suundumus
Hübriidmeetod "3D printimine + CNC täppistöötlus" on muutumas tööstuses standardiks. Näiteks täppisvorme tootev ettevõte kasutab 3D-printimist, et teha kolmekihilise sisejahutuskanaliga vormisüdamik. Seejärel kasutavad nad CNC-töötlust, et muuta jahutusprotsess 30% tõhusamaks ja lühendada tarneaega 14 päevalt 5 päevale.
2. Tööstuse nõudlus: erinevad pinnakareduse kriteeriumid
erinevatel tööstusharudel on erinevad vajadused pinnakvaliteedi järele, mis mõjutab otseselt vajadust CNC täppistöötluse järele:
Lennunduse valdkond
Osad peavad taluma karmides tingimustes (kõrge temperatuur, kõrge rõhk ja suur pinge) ning pinnavead võivad põhjustada väsimuspragusid.
Levinud näide on see, et CNC-töötlemine vähendab tihenduspinna karedust Ra12 μm-lt Ra0,8 μm-ni, kui teatud tüüpi raketimootori otsik on 3D-prinditud. See pikendab tihendi eluiga kõrgel temperatuuril 50 korda 200 korda.
Protsessi valimine: peamised osad, nagu tihenduspinnad ja vastaspinnad, peavad olema CNC-täppistöödeldud. Mittekandvad pinnad võivad kaalu säästmiseks säilitada prinditud tekstuurid.
Meditsiiniliste implantaatide valdkond
Oluline nõue: pinna karedus mõjutab luurakkude kinnitumise ja bakterite vohamise tõenäosust.
Titaanisulamist puusaliigese proteesi pinna kvaliteet peab olema Ra1,5–2,5 μm, et luu saaks sellesse sisse kasvada. Teatud ettevõte valmistab proteese 3D-printimise abil. Seejärel, et muuta pind siledamaks kuni Ra0,8 μm, kasutavad nad keemilise poleerimise ja CNC-poleerimise kombinatsiooni. Nii säilib trükkimisel tekkinud mikropoorne struktuur, mis muudab keha elusolenditega paremini kokkusobivaks.
Õige protsessi valimine: Funktsionaalne pind vajab CNC täpset lõikamist, samas kui struktuurne pind suudab säilitada trükitud tekstuuri.
Tarbeelektroonika maailmas
Pinna siledus on võtmetegur, mis mõjutab toote välimust ja selle optilist toimimist.
Tüüpilise stsenaariumi korral alandas CNC-töötlus 3D-prinditud mobiiltelefoni kaamerakinnituse pinnakaredust Ra3,2 μm-lt Ra0,05 μm-le. See pani kinnituse peegeldama rohkem nähtavat valgust, 85% kuni 92%, mida lasersidesüsteemid vajavad.
Protsessi valimine: Optilist pinda tuleb töödelda CNC täpsusega, samas kui struktuurne pind suudab säilitada trükitud tekstuuri.
Energia- ja hallitustööstus: pinna kvaliteet peab leidma tasakaalu korrosioonikindluse ja hõlpsasti töödeldava vahel.
Konformse jahutuskanali valmistamiseks kasutati auto 3D-prinditud survevaluvormi südamikku. Seejärel töödeldi seda liivapritsiga, et pind oleks vähem kare, ulatudes Ra15 μm-lt Ra6,3 μm-ni. See pikendas vormi eluiga 100 000 kasutuskorralt 500 000 kasutuskorrani.
Protsessi valimine: pindade jaoks, mis ei puutu kokku, võite kasutada madalaid{0}}meetodeid, nagu liivapritsiga töötlemine. Pindade puhul, mis puutuvad kokku, vajate CNC täppistöötlust.
3. Kulutõhusus-: protsessi valimise majanduslik loogika
Et otsustada, kas kasutada CNC täppistöötlust, peate hoolikalt uurima tehnilist teostatavust, tarnetsüklit ja tootmiskulusid.
Tehnilise teostatavuse hindamine
Struktuurne keerukus: kui tootel on funktsioone, mida on CNC-ga raskesti valmistatav (nagu ristaugud sees või õhukesed seinad, siis võib 3D-printimine olla ainus valik. Näiteks 3D-printimine muudab antud lennukimootori põlemiskambri täis, mis väldib pingekontsentratsiooni raskusi, mis võivad tekkida traditsiooniliste keevitusmeetoditega.
Nõue täpsusele: CNC täppistöötlust on vaja, kui tolerantsinõue on suurem kui 3D-printimise nõue (nt ± 0,01 mm). Näiteks valmistatakse 3D-printimise abil-täpse käigu toorik ja CNC-lihvimine tõstab hambaprofiili täpsuse IT8 tasemelt IT5 tasemele.
Tarnetsükli optimeerimine
Kiireloomuliste tellimuste puhul võib 3D-printimine vormiarenduse etapi vahele jätta ja reageerida kiiresti "disainprindi tarnimisele". Näiteks kasutas uus energiasõidukite ettevõte 3D-printimist akuploki kronsteini prototüübi valmistamiseks. Kogu protseduur projekteerimisest kokkupanekuni kestis vaid 48 tundi.
Kui partii suurus on suur (rohkem kui 1000 tükki), võib CNC-mehaaniline töötlemine olla partii tootmisel odavam. Standardosade tootmisettevõte saab kasutada alumiiniumisulamist ühenduste CNC partiitöötlust, et muuta üks toode 60% odavamaks kui 3D-printimine.
Tarne kogumaksumuse kontroll
CNC-töötluse kasutamisel peate mõtlema kaudsetele kuludele, nagu programmeerimine, kinnitamine ja hallituse testimine. Teisest küljest võib 3D-printimine vähendada tööriistade maksumust ja disaini iteratsioonide riski. Näiteks saab 3D-printimisega teha ühe korraga keeruka konstruktsiooniosa, mis vähendab tööriistade vahetamiseks ja töötlemisradade vahetamiseks kuluvat aega 70%.
Materjali kasutusmäär: CNC-mehaaniline töötlemine kasutab tavaliselt 50–70% materjalist, samas kui 3D-printimine võib kasutada rohkem kui 90%. Näiteks 3D-printimine valmistab konkreetse titaanisulamist eseme, mis maksab 40% vähem kui CNC-freesimine.