Wat is het verschil tussen 3D-printen van metaal en traditionele CNC-bewerking bij de matrijzenbouw?

一, Technisch principe: een paradigmaverschuiving in additieve en subtractieve productie
Metaal 3D-printen maakt gebruik van de "laag voor laag stapelen"-methode van additieve productie. Het smelt metaalpoeder, zoals een titaniumlegering of gegoten staal, met behulp van een laser- of elektronenstraal en bouwt vervolgens ingewikkelde geometrische vormen rechtstreeks op uit drie-dimensionale digitale modellen. Het belangrijkste voordeel is dat het de problemen met traditionele machinale bewerking overwint, waardoor het lastig is om bij het gereedschap te komen en klemmen te gebruiken. Het kan ook topologische optimalisatieontwerpen uitvoeren, inclusief het uithollen van de binnenkant, het opvullen van het rooster en het maken van passende koelwaterkanalen. Zo maakte Zhongrui Technology op maat gemaakte spuitgietinzetstukken voor de auto-industrie. Deze inzetstukken verhoogden de hechting tussen het koelwatercircuit en het productoppervlak tot 95% door middel van 3D-printen, verkortten de spuitgietcyclus met 42% en verminderden het kromtrekken van het product met 67%.
Bij subtractieve productie werkt traditionele CNC-bewerking door 'materiaal te verwijderen'. Het maakt gebruik van gekoppelde snijgereedschappen op veel assen om metalen knuppels te snijden, frezen, boren en andere dingen te doen. Zijn technologische volwassenheid blijkt uit zijn vermogen om precisie op micrometerniveau (± 0,005 mm) en gladheid van het oppervlak (Ra0,8 μm) te beheren. Dit maakt het perfect voor het bewerken van producten met hoge-sterkte en regelmatige vormen. De keramische snij- en freesmachine van Xintenghui CNC kan bijvoorbeeld de randbreuksnelheid van keramische mallen onder de 0,3% houden door gebruik te maken van een speciaal beschermingssysteem en precisieslijptechnologie. Dit voldoet aan de strenge eisen van halfgeleiderverpakkingen op het gebied van slijtvastheid.
2, Toepassingsscenario: de grens tussen ingewikkelde constructies en massaproductie
Baanbrekende toepassingen bij het maken van ingewikkelde structuren
Metaal 3D-printen heeft een grote impact op het maken van matrijzen op drie belangrijke gebieden:
Vormvolgend koelsysteem: Traditionele koelwaterkanalen voor mallen worden beperkt door boorprocedures, waardoor het moeilijk is om een ​​perfecte pasvorm te krijgen met de productcontour. Door de vloeistofdynamica na te bootsen, verbetert de 3D-printtechnologie de uniformiteit van het matrijstemperatuurveld met meer dan 50%. Een bepaald bedrijf dat huishoudelijke apparaten maakt, gebruikte deze techniek en het rendement voor het spuitgieten van airconditioningschalen ging van 89% naar 98%. De jaarlijkse besparing op stroom voor een enkele set mallen bedroeg meer dan 120.000 yuan.
Lichtgewicht constructie: door de topologie te optimaliseren, wordt 30% tot 60% van de niet-last-dragende materialen verwijderd en wordt het gewicht van 3D-geprinte mallen met 45% verminderd vergeleken met traditionele ontwerpen, terwijl de sterkte van de constructie behouden blijft. Een nieuwe accubeugel voor een energievoertuig, gemaakt van een 3D-geprint raamwerk van een aluminiumlegering, heeft een overbelastingstest van 150% doorstaan, 38% van zijn gewicht verloren en 8% van zijn bereik gewonnen.
Geïntegreerd gieten van gecompliceerde onderdelen: bij traditionele methoden, waaronder vormpatroonblokken van rubberen banden en mallen voor schoenzoolpatronen, moeten onderdelen afzonderlijk worden verwerkt en in elkaar worden gezet.. 3D-printen kan een hele mal maken en fouten bij de montage voorkomen. Deze technologie werd gebruikt in een bandenbedrijf en de tijd die nodig was om mallen te maken ging van 45 dagen naar 12 dagen, met een patroonnauwkeurigheid van 0,02 mm.
3, het belangrijkste voordeel van massaproductie
Dat CNC-bewerkingen bij het maken van matrijzen niet kunnen worden vervangen, blijkt uit:
Aanpassingsvermogen van materialen: het kan werken met materialen die behoorlijk hard zijn, zoals gehard staal en harde legeringen (HRC55 of hoger), en dat is wat spuit-gietmatrijzen moeten kunnen. Een specifieke gieterij-maakt gebruik van CNC-verwerkte matrijzen-magnesiumlegeringen die 200.000 keer meegaan, wat drie keer langer is dan 3D-geprinte mallen.
Kwaliteit van het oppervlak: Een spiegel-vlak oppervlak (Ra0,2 μm) kan worden bereikt met behulp van na-bewerkingstechnieken, waaronder precisiefrezen en polijsten. Hiermee wordt voldaan aan de hygiënenormen voor optische matrijzen en matrijzen voor voedselverpakkingen. Een cosmeticaverpakkingsbedrijf gebruikte CNC-bewerkte voorvormen voor PET-flessen, waardoor het product transparanter werd (92%) en de hoeveelheid afval werd verminderd (0,5%).
Batcheconomie: Voor mallen die meer dan 5000 stuks per jaar maken, kost CNC-bewerking 60% tot 70% minder per stuk dan 3D-printen. Een bepaalde leverancier van auto-onderdelen maakt gebruik van CNC-massaproductie voor hun bumpermatrijs. De kosten van een enkele mal worden beperkt tot 800.000 yuan, terwijl de kosten van 3D-printen 1,2 miljoen yuan bedragen.
4, Kostenstructuur: een evenwichtsspel tussen snelheid en nauwkeurigheid
1. Kosten van apparatuur en benodigdheden
3D-printen met metaal: gereedschappen van industriële-kwaliteit kosten gewoonlijk tussen de 2 en 8 miljoen yuan, en poeder van titaniumlegeringen kost tussen de 800 en 1200 yuan per kilogram. De materiaalbenuttingsgraad bedraagt ​​daarentegen maar liefst 90%, wat 40 procentpunten hoger is dan bij CNC-bewerking. Een bepaald luchtvaartbedrijf heeft 3D-printen gebruikt om motorbladen te maken, waardoor de materiaalprijzen met 35% zijn gedaald in vergelijking met traditioneel gieten.
CNC-bewerking: bewerkingscentra met vijf- assen kosten tussen de 1,5 en 5 miljoen yuan, en grofweg 15% tot 20% van die kosten is voor gereedschap. Eén matrijzenfabriek verlaagde de kosten van een enkele set matrijzen van 120.000 yuan naar 70.000 yuan door het snijpad te optimaliseren en omkeerbare messen te gebruiken.
2. Tijdkosten 3D-printen: De tijd die nodig is om mallen met complexe structuren te maken, wordt met de helft tot 70% teruggebracht in vergelijking met traditionele methoden. Een medisch bedrijf kan in slechts 72 uur een op maat gemaakte orthopedische implantaatmal maken, wat 80% sneller is dan de 15-daagse cyclus van CNC-bewerking.
CNC-bewerking: De verwerkingstijd van matrijzen kan met 30% tot 40% worden verkort door gebruik te maken van High-Speed ​​Cutting (HSC)-technologie. Dankzij een spindelbewerkingscentrum met een toerental van 8000 tpm kon een 3C-productmatrijzenbedrijf de tijd die nodig was om een ​​matrijs voor een telefoonframe te maken, terugbrengen van 18 uur naar 11 uur.