CNC v primerjavi s 3D-tiskanjem: vodnik za stroške, tolerance in proizvodnjo

Uporabite 3D-tiskanje za validacijo koncepta v zgodnji-fazi, kompleksne notranje kanale in ne{2}}obremenitve-geometrične modele, pri katerih je dobavni rok krajši od 48 ur. Preklopite na CNC obdelavo takoj, ko vaša zasnova zahteva strukturno togost, dimenzijske tolerance, ki so manjše od ±0,05 mm, prave izotropne lastnosti materiala, kot so Al6061-T6, POM-C ali PEEK, tlačno tesnjenje ali proizvodne količine, ki presegajo 20 enot.

Od prototipa do proizvodnje: kdaj izbrati CNC obdelavo ali 3D tiskanje?

Izbira med CNC obdelavo in 3D-tiskanjem določa, ali program za razvoj strojne opreme doseže svoje mejnike preverjanja ali obstane pri dragih naročilih za inženirske spremembe (ECO). V pogodbeni proizvodnji so aditivne in subtraktivne metode komplementarni delovni tokovi, zasnovani za posebne faze življenjskega cikla izdelka. Razumevanjekdaj uporabiti CNC namesto 3D tiskanjapreprečuje mehanske okvare med funkcionalnim testiranjem na preskusni napravi in ​​ščiti marže enote kot obseg proizvodnje.

Od prototipa do proizvodnje: Delavniški pregled inženirskih odločitev

Proizvodne omejitve se v programski opremi za modeliranje CAD ne pojavijo vedno. Pri podjetju Xiamen Dazao Machinery proizvodni oddelek pogosto prejme prošnje za prenos, ko izbire hitre-izdelave prototipov ne prestanejo testiranja fizične kvalifikacije.

Tipičen primer je vključeval naročnika avtomatizacije, ki je razvijal 15 MPa hidravlični kolektorski blok. Da bi skrajšali dobavne roke, je projektna skupina uporabila direktno kovinsko lasersko sintranje (DMLS) s prahom AlSi10Mg za izgradnjo enot za funkcionalno validacijo.

Med preskusom statičnega tlaka so natisnjeni bloki razvili puščanje mikro-razpok čez notranje tekočinske kuhinje pri 11,2 MPa. Poleg tega so bili natisnjeni notranji navoji M4 odstranjeni pod 1,8 N·m montažnega navora zaradi nizke lokalizirane trdote materiala. Stranka je povzročila tri tedne izpada testne celice in zavrgla 4200 $ vredne natisnjene praznine.

Dazao je težavo rešil s prenosom komponente na trdno gredico Al6061-T6 z uporabo našegastoritve CNC obdelave po meri. Z uporabo togega več{1}}osnega rezkanja smo ohranili lokacije lukenj na 0,015 mm in zagotovili preverjeno neprepustnost-pri tlaku 22,5 MPa.

OcenjevanjeCNC proti 3D tiskanju za prototipezahteva pregled:

· Dinamična porazdelitev obremenitve, odpornost na udarce in lokalizirana utrujenost.

· Delovna temperatura se giblje od -40 stopinj do +120 stopinj in koeficienti toplotne razteznosti materiala.

· Geometrijsko dimenzioniranje in toleranca (GD&T) referenčne strukture, izvlečna-trdnost navojev in prileganje ležajev.

· Napredovanje skupnih stroškov od enkratnih vzorčnih delov do serije 500+ enot.

Dimenzijska natančnost, celovitost materiala in kakovost površine

Podatkovni listi za sisteme dodatkov poudarjajo teoretično učinkovitost v pogojih čistih prostorov. V nasprotju s tem subtraktivna CNC obdelava iz certificiranih kovanih ali ekstrudiranih materialov zagotavlja predvidljive, standardizirane metalurške lastnosti, ki ustrezajo standardoma ASTM in ISO.

Dimenzijska toleranca in prileganje montaže (CNC v primerjavi z natančnostjo 3D tiskanja)

OcenjevanjeCNC proti natančnosti 3D tiskanjadoloča praktične omejitve za načrtovanje sklopa:

· Industrijsko 3D tiskanje (SLA, SLS, SLM/DMLS):Standardne ponovljive tolerance so med ±0,10 mm in ±0,30 mm. Komponente dodatkov se soočajo z ne-enakomernim krčenjem, toplotnim zvijanjem v velikih ravnih razponih in omejitvami premera laserske točke (običajno 0,07 mm do 0,12 mm). Kritičnih zati-prileganja, kot so izvrtine za ležaje H7, ni mogoče zanesljivo natisniti brez sekundarne strojne obdelave.

· Natančna CNC obdelava:Dazao nadzoruje linearne tolerance od ±0,005 mm do ±0,025 mm, po naših uveljavljenihprototip aluminija CNC specifikacije tolerance. Ponovljivost pozicioniranja (±0,002 mm) na togih strojnih okvirih preprečuje nepredvidljivo geometrijsko popačenje na funkcionalnih parnih površinah.

Za stroge inženirske projekte, referenciranjestandardne tolerance pri obdelavi aluminijapomaga pri nastavitvi izvedljivih dimenzijskih oblačkov pred objavo proizvodnih risb.

Mehanska celovitost in anizotropija (CNC proti materialom za 3D-tiskanje)

Ključna fizična razlika medCNC proti materialom za 3D tiskanjeje strukturna izotropija.

· Dodatna anizotropija (plastenje osi Z-):Postopki FDM, SLA, SLS in kovinski{0}}prah kažejo mehansko zmogljivost,-odvisno od smeri. Natezne obremenitve, uporabljene v smeri gradnje, vlečejo neposredno na med-plastne meje fuzije, kjer je natezna trdnost običajno 15 % do 40 % manjša kot v vodoravni ravnini. Pri cikličnih upogibnih ali strižnih obremenitvah se zlomi širijo vzdolž teh zvarnih meja.

· Izotropna CNC zaloga:Strojna obdelava odstrani kovino iz litih, valjanih ali ekstrudiranih gredic, ki so na voljo pri nascertificiran inventar inženirske plastike in kovinskih zlitin. Trdna zaloga zagotavlja enakomerne zrnate strukture, nič notranjih mikro-praznin in dosleden izkoristek v vseh prostorskih usmeritvah.

Ko se del sooči z velikimi dinamičnimi obremenitvami, konzolnim upogibanjem ali zadrževanjem tekočine, materiali iz kovanih gredic odpravijo nepričakovano ločevanje plasti.

Hrapavost površine in zaključna obdelava

Ker imajo-tiskani prah-deli postelje površinsko hrapavost (R_a) med 6,3 µm in 12,5 µm. Izdelava gladkih spojnih površin zahteva ročno peskanje, brušenje ali kemično glajenje.

CNC-rezkanje doseže-rezalno površino R_a 1,6 µm s standardnim orodjem in navzdol do R_a0,4 µm do 0,8 µm pri -hitrih končnih poteh ali natančnem cilindričnem struženju. Ta osnovna linija omogoča neposredno uporabostandardi končne obdelave aluminijastih površin in eloksiranja, neelektrično nikljanje ali pasiviranje brez intenzivnega pred-poliranja.

Vpogled v delavnico: 3 pasti Generični vodniki za proizvodnjo gdč

Standardne primerjave procesov pogosto obravnavajo 3D-tiskanje in CNC rezkanje ločeno. Podatki o proizvodnji razkrivajo tri posebna tveganja, ki vplivajo na rezultate testiranja in proračune projekta.

Past 1: Sekundarni stroški strojne obdelave pri 3D-tiskanju kovin

Strokovne publikacije pogosto kažejo, da tiskanje z dodatki kovin ustvari končne kompleksne komponente v enem samem koraku. Pri natančnem inženiringu neposredno tiskanje na kovino služi le kot skoraj-neto-prazni postopek.

ProdukcijaCNC proti 3D tiskanju za kovinske delezahteva več-zaporedje korakov:

1. Naklada:24 do 60 ur v zaprti argonski gradbeni komori.

2. Toplotna-obdelava za lajšanje stresa:Žarjenje v vakuumski peči pri 300 stopinjah do 1050 stopinj za sprostitev preostalih laserskih napetosti in preprečevanje razpok med rezom osnovne plošče.

3. Ločevanje žice EDM:Del, odrezan od plošče debele podlage.

4. Odstranitev podpore:Ročno brušenje in mešanje podpornih kontaktnih točk.

5. Sekundarna 5-osna CNC obdelava:Ponovna-pritrditev surovca ​​z mehkimi čeljustmi po meri za obdelavo utorov za O-obroče, povrtanje izvrtin H7, čelno-rezkanje ravnih tesnilnih površin in navojnih navojev.

Če upoštevamo hitrost delovanja stroja, programiranje za oba postopka, stroške žične elektroerozije in termično obdelavo, kovinski-tiskani del pogosto stane 2,5× do 4× več kot obdelava celotne komponente iz polne gredice na 5-osnem CNC centru.

Past 2: Plastične skladne maske zakrijejo motnje mehanskega sestavljanja

Inženirji, ki preverjajo plastične prototipe, pogosto uporabljajo smole SLA ali najlon SLS. Pogosta težava se pojavi, ko se sklop, ki vsebuje več komponent, prilega in gladko kroži v SLS najlonu, zaradi česar ekipa izda zasnovo za proizvodnjo kovin.

Upoštevajte diferencial modula:

· Plastični prototip (SLS najlon 12, upogibni modul ~1,5 GPa):Gred z interferenco +0.03 mm znotraj izvrtine z razmikom -0,02 mm se elastično upogne, kar povzroči gladko ročno vrtenje.

· Proizvodni kovinski del (Al6061-T6, modul ~69 GPa):Popolnoma enake dimenzije povzročijo ničelno elastično deformacijo, kar ima za posledico takojšnje mehansko draženje ali zasuk.

Kinematične preglede je treba preveriti z uporabo materialov, ki se ujemajo z modulom elastičnosti ciljne proizvodne zlitine.

Past 3: Sub-površinska poroznost in dolgotrajno-lezenje pod obremenitvijo

Aditivna proizvodnja gradi komponente s taljenjem materiala plast za plastjo. Celo pri optimiziranih laserskih parametrih imajo deli za fuzijsko-plast kovinskega prahu običajno od 0,2 % do 1,5 % mikro{4}}poroznosti.

Čeprav lahko te komponente prestanejo kratka testiranja:

· Pod tekočinskim/pnevmatskim pritiskom:Mikro-praznine se povezujejo vzdolž meja zrn pod trajnim hidrostatičnim tlakom, kar vodi do počasne izgube tlaka ali iztekanja tekočine skozi tanke dele (pod 2,0 mm).

· Pod statično vpenjalno silo:3D natisnjeni polimeri kažejo viskoelastično lezenje. Pritrjene prirobnice, zaskočne -sponke ali vzmetni jezički pod neprekinjeno napetostjo izgubijo vpenjalno silo v 72 do 500 urah, kar zrahlja sklope.

Za stalno tlačno, vakuumsko storitev ali trajno mehansko vpenjanje, vrednotenje3D tiskanje ali CNC obdelava za funkcionalne prototipedaje prednost trdnim zalogam gredic za preprečevanje okvar na terenu.

Postopno-za-okvirom odločanja: od koncepta do izvedbe-Stopnja proizvodnje

Programi strojne opreme sledijo strukturiranim načrtom. Izbira CNC ali 3D tiskanja za dele je odvisna od ciljev preverjanja vsake faze:

· Faza 1 (validacija koncepta) → 3D tiskanje (SLA / SLS / FDM)

· Faza 2 (funkcionalno / DVT testiranje) → CNC obdelava (Billet Stock CNC)

· Faza 3 (nizko-pilotni / PVT) → CNC obdelava (serijski fiksni CNC)

· Faza 4 (celotna proizvodnja) → Brizganje ali visoko{1}}tlačno litje

1. stopnja: Raziskovanje koncepta in ergonomski modeli

Med začetnimi pregledi geometrije, prostorskimi maketami in zgodnjimi pregledi stilov je prednostna naloga hiter preobrat.

· Priporočena tehnologija:Industrijskizmožnosti hitrega SLA in SLS 3D tiskanja.

· Inženirski namen:Preverite videz industrijske zasnove, ergonomijo ročaja, prostorske ovoje notranjega tiskanega vezja in odmik kabelskega snopa.

· Ciljni preobrat:24 do 48 ur.

· Povprečni stroški:30 do 120 dolarjev na del.

· Omejitev procesa:Izogibajte se dinamičnim preskusom padca, toplotnim komoram ali preskusom strukturnega navora na teh delih, saj podatki ne bodo odražali proizvodnih lastnosti.

Faza 2: Funkcionalno preverjanje in okoljski stresni test

Pri vstopu v testiranje za preverjanje dizajna (DVT) morajo deli prenesti dejanska delovna okolja.

· Priporočena tehnologija:3-osna in 5-osna CNC obdelava z uporabo trdne palice ali plošče.

· Inženirski namen:

· Toplotno kroženje od -40 stopinj do +120 stopinj brez dimenzijskega lezenja ali popačenja.

· Preverjanje obremenitve z dinamometrom, testiranje dinamičnih vibracij (MIL-STD-810G) in preskusi padca.

· Preizkušanje zadrževanja tlaka tekočine in O-obroča-tesnila.

· Izbira materiala:Zlitine-pravega proizvodnega razreda, vključno z Al6061-T6, Al7075-T6, AISI 316L, POM-C in PEEK.

· Omejitev procesa:Pregledni standardnačrt za proizvodne smernice za aluminijaste deleza potrditev notranjih polmerov (R Večji ali enak 1,0 mm) in izogibanje globokim notranjim žepom, ki povečujejo obrabo orodja.

3. stopnja: nizko{1}}proizvodnja mostov

Med zgodnjo izdelavo prototipov in celotnim proizvodnim orodjem programi pogosto potrebujejo od 50 do 1000 proizvodnih-komponent.

· Priporočena tehnologija:Izbira CNC-obdelovanja ali 3D-tiskanja za majhno serijsko proizvodnjo daje prednost več-pritrjevanju nagrobnikov na CNC-obdelovalnih centrih.

· Kapitalska učinkovitost:Zaobide 15.000 do 80.000 $ vnaprejšnjih stroškov orodja in odpravi 8 do 14 tednov časa za izdelavo kalupa.

·

Zagotavljanje kakovosti:Strojna obdelava zagotavlja zmogljivost procesa, skladno z IATF16949 (C_pakVečje ali enako 1,33) na kritičnih funkcijah, kar zagotavlja natančno ponovljivost za regulativne predložitve in pilotne enote.

Analiza prehoda skupnih stroškov: Kdaj zamenjati procese

analiziranje3D tiskanje v primerjavi s stroški CNC obdelavestruktur zahteva primerjavo stroškov začetne nastavitve CAM z inkrementalnimi časi cikla na-del.

Model strukture stroškov

Skupni proizvodni stroški (C_skupaj) se izračuna z uporabo teh proizvodnih modelov:

CNC skupni stroški=C_CAM+C_Napeljava+N×(t_cikel×R_vreteno+V_gredica×ρ×P_material+C_{obraba orodja-})

Skupni stroški 3D-tiskanja=N×(V_del×(1+ _odpadki)×P_prašek+t_{natisni-plast}×R_stroj+C_po-postopku)

Kje C_CAMin C_Napeljavaso fiksni stroški nastavitve, N je količina serije, V_del je delna prostornina, V_gredicaje količina surovin, in_odpadkipredstavlja ostanke prahu, ki jih ni{0}}za večkratno uporabo. Pregledovanjedejavniki, ki vplivajo na stroške obdelave aluminijapomaga prepoznati načine za racionalizacijo CNC cen.

Primerjava stroškov na enoto glede na količino

Spodnja tabela prikazuje dejanske proizvodne stroške za ohišje industrijskega senzorja (120 mm × 80 mm × 45 mm, prostornina 185 cm³) izdelano v Dazao:

Strategije hibridne proizvodnje: študije primerov podjetja Dazao

Sodobni proizvodni obrati uporabljajo aditivne in subtraktivne operacije skupaj za reševanje zahtevnih inženirskih zahtev.

Primer 1: 3D natisnjena vpenjala za kompleksno 5-osno CNC rezkanje

· Izziv:Medicinska stranka je potrebovala 30 kompletov kompleksnih, organskih kirurških nosilcev za roke iz nerjavečega jekla 316L. Izdelava napeljav iz kaljenega orodnega-jekla po meri bi zahtevala 6500 USD in dva tedna dela z žično erozijo.

· Hibridni pristop:Dazao je natisnil po meri konformne mehke čeljusti iz najlona, ​​ojačanega z-ogljikovimi-vlakni-, z uporabo industrijskega FDM v 14 urah za 85 USD materiala.

· Rezultat:Natisnjene čeljusti so varno vklenile zapletene organske oblike, ne da bi opraskale zaključek ali se upogibale pod rezalnimi silami. Serija je bila dokončana v 6 delovnih dneh z uporabo našegavisoko{0}}precizni postopki obdelave aluminijain nastavitve za več{0}}osno rezkanje.

Primer 2: Tiskanje kovin z natančnim sekundarnim CNC rezkanjem

· Izziv:Toplotni izmenjevalnik za vesoljsko tekočino je zahteval notranje konformne rešetkaste hladilne prehode, ki jih ni bilo mogoče obdelati z rezalnimi orodji. Vendar pa je zunanji vmesnik zahteval tesnilno prirobnico Ra 0,4 µm in osem navojnih lukenj M3, ki so bile v pravem položaju znotraj 0,012 mm.

· Hibridni pristop:

1. Dodatna stopnja: DMLS (AlSi10Mg) je oblikoval notranje rešetkaste pretočne kanale, medtem ko je pustil +1.0 mm zaloge na kritičnih parnih vmesnikih.

2. Toplotna stopnja: neobdelani natisnjeni surovec je bil podvržen vakuumskemu napetostnemu-žarjenju v razbremenilni peči.

3. Subtraktivna stopnja: 5-osna natančna CNC sredinska ploskev-rezkane tesnilne površine na Ra 0,4 µm, povrtane luknje za moznike H7 in navojno rezkani vzorci lukenj M3.

· Rezultat:Stranka je prejela notranje pretočne poti, ki jih omogoča aditivna proizvodnja ob ohranjanju toleranc natančnosti, ki so potrebne za tesnjenje tekočine.

Kontrolni seznam za inženiring in nabavo

Uporabite ta kontrolni seznam s 5 točkami, ki so ga razvili inženirji podjetja Dazao, preden oddate proizvodne risbe:

Pet{0}}izbirna matrika

1. Mehanska obremenitev in okolje:Ali se komponenta sooča z dinamičnim strigom, upogibom konzole, visokimi vibracijami ali tlakom tekočine nad 1,0 MPa? Če da, izberite CNC obdelavo.

2. Tolerančna ovojnica:Ali risba zahteva linearne tolerance, večje od ±0,05 mm, okroglost ležajne izvrtine znotraj 0,01 mm ali ravnost pod 0,03 mm? Če da, izberite CNC obdelavo.

3. Notranja geometrija:Ali ima del notranje zaprte kanale, zapletene notranje hladilne rešetke ali organske praznine, ki so nedostopne rezalnim orodjem? Če da, izberite 3D tiskanje (ali hibridni DMLS + CNC postopek).

4. Količina serije:Ali je skupna zahteva med 10 in 2000 enotami? Če da, izberite CNC obdelavo za optimalen strošek na enoto in pretok.

5. Okno za dostavo:Ali je za pregled zasnove potreben-na mestu vizualni model v 48 urah? Če da, izberite 3D tiskanje (SLA/SLS).

Referenca za hitro-izbiro proizvodne metode

Povzetek: Izbira optimalnega procesa z Dazao

Izbira med CNC obdelavo in 3D tiskanjem je praktična inženirska odločitev, ki temelji na mejah tolerance, fizičnih delovnih obremenitvah in obsegu proizvodnje.

Dodatno tiskanje omogoča hiter preobrat za zgodnje vizualne modele in dele z notranjimi prazninami. Ko komponente preidejo v funkcionalno kvalifikacijo, obvladujejo dinamične obremenitve, zahtevajo tesnjenje s tekočino ali obsegajo več kot 10 enot, CNC obdelava iz trdnih gredic zagotavlja dimenzijsko natančnost, strukturno zanesljivost in stroškovno-učinkovitost, ki je potrebna za komercialno proizvodnjo.

Xiamen Dazao Machinery upravlja natančen proizvodni obrat s certifikatom ISO9001:2015 in IATF16949:2016, ki je opremljen z več-osnim CNC rezkanjem, visoko-hitrostnim struženjem in avtomatiziranim pregledom CMM. Naša inženirska skupina pregleda modele CAD med ponudbami, da optimizira dostop do orodja, predlaga proizvodne zlitine in zagotovi, da komponente izpolnjujejo specifikacije od prve izvedbe izdelka.

Ste pripravljeni potrditi svoj dizajn?

Predložite inženirske datoteke CAD za pregled proizvodnje in podrobno CNC ponudbo.