Czy po wydrukowaniu metalu 3D konieczne jest wykonanie precyzyjnej obróbki CNC?

1. Istota technologii: zdolność materiałów addytywnych i subtraktywnych do współpracy
Główna różnica między precyzyjną obróbką CNC a drukiem 3D w metalu sprawia, że ​​współpracują one ze sobą w procesie produkcyjnym:
Różne sposoby formowania
Drukowanie 3D metalu tworzy rzeczy poprzez topienie proszku metalicznego jedna warstwa na raz. Na powierzchni widoczne są typowe wzory warstw i ślady jeziorka. Mogą występować problemy z mikrostrukturą, takie jak niestopiony proszek i mikropory. Precyzyjna obróbka CNC wykorzystuje cięcie narzędzi w celu usunięcia materiałów, tworząc efekt lustra o Ra0,8 μm lub poniżej, i może zarządzać tolerancjami wymiarowymi z dokładnością do ± 0,01 mm.
Granica możliwości procesu
Druk 3D ma pewne zalety. Na przykład może tworzyć skomplikowane struktury, które są trudne do wykonania przy użyciu starszych metod, takie jak konforemne kanały chłodzące, struktury zmniejszające ciężar siatki i wnęki o wielu kątach. Na przykład łopatka pewnego silnika lotniczego wykorzystuje druk 3D do wydrążenia wnętrza, co zmniejsza wagę o 40%, zachowując jednocześnie wytrzymałość konstrukcji.
Korzyści z obróbki CNC: Bardziej wydajna obróbka typowych form, takich jak płaszczyzny i cylindry, bez konieczności radzenia sobie z resztkami konstrukcji wsporczych. Na przykład frezowanie CNC spowodowało, że chropowatość powierzchni pewnego wału skrzyni biegów samochodu Ra0,4 μm, co spełniła wymagania w zakresie odporności na zużycie w przypadku-obracania się z dużą prędkością.
Trend produkcji hybrydowej
Hybrydowa metoda „druku 3D + precyzyjnej obróbki CNC” staje się standardem w branży. Na przykład firma produkująca formy precyzyjne wykorzystuje druk 3D do wykonania rdzenia formy z trzema warstwami wewnętrznych kanałów chłodzących. Następnie wykorzystują obróbkę CNC, aby proces chłodzenia był o 30% bardziej wydajny i skracał czas dostawy z 14 dni do 5 dni.
2. Zapotrzebowanie przemysłu: różne kryteria chropowatości powierzchni
różne branże mają różne potrzeby w zakresie jakości powierzchni, co bezpośrednio wpływa na potrzebę precyzyjnej obróbki CNC:
Dziedzina lotnictwa
Części muszą wytrzymać trudne warunki (wysoka temperatura, wysokie ciśnienie i duże naprężenia), a wady powierzchni mogą prowadzić do pęknięć zmęczeniowych.
Typowym przykładem jest to, że obróbka CNC zmniejsza chropowatość powierzchni uszczelniającej z Ra12 μm do Ra0,8 μm, gdy drukuje się w 3D określony typ dyszy silnika rakietowego. Wydłuża to trwałość uszczelnienia w wysokich temperaturach od 50 do 200 razy.
Wybór procesu: Kluczowe części, takie jak powierzchnie uszczelniające i powierzchnie współpracujące, muszą zostać poddane precyzyjnej obróbce CNC. Powierzchnie nienośne-mogą zachować drukowane tekstury, co pozwala zmniejszyć wagę.
Dziedzina implantów medycznych
Wymagania zasadnicze: Chropowatość powierzchni wpływa na prawdopodobieństwo przylegania komórek kostnych i proliferacji bakterii.
Proteza stawu biodrowego ze stopu tytanu musi mieć jakość powierzchni Ra1,5–2,5 μm, aby kość mogła w nią wrosnąć. Pewna firma wykonuje korpusy protetyczne za pomocą druku 3D. Następnie, aby uzyskać gładszą powierzchnię do Ra0,8 μm, stosuje się kombinację polerowania chemicznego i polerowania CNC. Dzięki temu zachowana została mikroporowata struktura, która powstała metodą druku, co sprawia, że ​​ciało jest bardziej kompatybilne z żywymi istotami.
Wybór odpowiedniego procesu: Powierzchnia funkcjonalna wymaga precyzyjnego cięcia CNC, natomiast powierzchnia strukturalna może zachować wydrukowaną teksturę.
W świecie elektroniki użytkowej
Gładkość powierzchni jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wygląd produktu i jego działanie optyczne.
W typowym scenariuszu obróbka CNC obniżyła chropowatość powierzchni-drukowanego w 3D uchwytu aparatu do telefonu komórkowego z Ra3,2 μm do Ra0,05 μm. Dzięki temu mocowanie odbijało więcej światła widzialnego, od 85% do 92%, czyli tego, czego potrzebują systemy komunikacji laserowej.
Wybór procesu: Powierzchnia optyczna musi być obrobiona z precyzją CNC, podczas gdy powierzchnia strukturalna może zachować wydrukowaną teksturę.
Przemysł energetyczny i formarski: Jakość powierzchni musi zapewniać równowagę pomiędzy odpornością na korozję a łatwością obróbki.
Do wykonania konforemnego kanału chłodzącego wykorzystano wydrukowany w 3D-rdzeń formy wtryskowej samochodu. Następnie poddano go piaskowaniu, aby powierzchnia była mniej chropowata, począwszy od Ra15 μm do Ra6,3 μm. Zwiększyło to żywotność formy ze 100 000 do 500 000 zastosowań.
Wybór procesu: w przypadku powierzchni, które się nie stykają, można zastosować niedrogie-metody, takie jak piaskowanie. W przypadku powierzchni, które dotykają, konieczna jest precyzyjna obróbka CNC.
3.-Opłacalność: ekonomiczna logika wyboru procesu
Aby zdecydować, czy zastosować precyzyjną obróbkę CNC, należy dokładnie przyjrzeć się wykonalności technicznej, cyklowi dostaw i kosztowi produkcji.
Ocena wykonalności technicznej
Złożoność strukturalna: jeśli produkt ma cechy, które są trudne do wytworzenia za pomocą CNC (takie jak otwory poprzeczne wewnątrz lub konstrukcje o cienkich-ściankach), jedynym wyborem może być druk 3D. Na przykład druk 3D pozwala na wykonanie pełnej komory spalania danego silnika samolotu, co pozwala uniknąć problemów z koncentracją naprężeń, które mogłyby wystąpić w przypadku tradycyjnych metod spawania.
Wymóg dokładności: precyzyjna obróbka CNC jest konieczna, jeśli wymagana tolerancja jest wyższa niż to, co może osiągnąć druk 3D (np. ± 0,01 mm). Na przykład półprodukt do-precyzyjnej przekładni jest wytwarzany za pomocą druku 3D, a szlifowanie CNC zwiększa dokładność profilu zęba z poziomu IT8 do poziomu IT5.
Optymalizacja cyklu dostaw
W przypadku pilnych zamówień druk 3D może pominąć etap opracowywania formy i szybko zareagować na „dostawę wydruku projektu”. Na przykład nowa firma produkująca pojazdy energetyczne wykorzystała druk 3D do wykonania prototypowego wspornika akumulatora. Cała procedura od projektu po montaż trwała zaledwie 48 godzin.
Jeśli wielkość partii jest duża (ponad 1000 sztuk), obróbka CNC może być tańsza w przypadku produkcji seryjnej. Firma produkująca standardowe części może zastosować obróbkę wsadową CNC połączeń ze stopu aluminium, aby pojedynczy element był o 60% tańszy niż druk 3D.
Kontrola całkowitego kosztu dostawy
Korzystając z obróbki CNC, należy wziąć pod uwagę ukryte wydatki, takie jak programowanie, mocowanie i testowanie form. Z drugiej strony druk 3D może obniżyć koszt narzędzi i ryzyko iteracji projektu. Na przykład druk 3D może wykonać od razu skomplikowaną część konstrukcyjną, skracając czas potrzebny na zmianę narzędzi i ścieżek przetwarzania o 70%.
Stopień wykorzystania materiału: obróbka CNC zwykle zużywa od 50% do 70% materiału, podczas gdy druk 3D może zużywać ponad 90%. Na przykład druk 3D pozwala uzyskać konkretny przedmiot ze stopu tytanu, który kosztuje o 40% mniej niż frezowanie CNC.