Is het nodig om CNC-precisiebewerkingen uit te voeren na het 3D-printen van metaal?

1. De kern van technologie: het vermogen van additieve en subtractieve materialen om samen te werken
Het belangrijkste onderscheid tussen CNC-precisiebewerking en 3D-metaalprinten is wat ze samen laat werken in het productieproces:
Verschillende manieren om te vormen
Metaal 3D-printen maakt dingen door metaalpoeder laag voor laag te smelten. Het oppervlak vertoont typische laagpatronen en sporen van smeltbaden. Er kunnen problemen zijn met de microstructuur, zoals poeder dat niet is gesmolten en microporiën. Bij CNC-precisiebewerking wordt gebruik gemaakt van gereedschapssnijden om materialen te verwijderen, waardoor een spiegeleffect ontstaat met een Ra0,8 μm of lager, en maattoleranties tot op ± 0,01 mm kunnen worden beheerd.
Beperking van procesmogelijkheden
3D-printen heeft enkele voordelen. Het kan bijvoorbeeld ingewikkelde structuren maken die moeilijk te maken zijn met behulp van oudere methoden, zoals conforme koelkanalen, gewichtsreductiestructuren met roosters en holtes met veel hoeken. Een bepaald vliegtuigmotorblad maakt bijvoorbeeld gebruik van 3D-printen om de binnenkant hol te maken, waardoor het gewicht met 40% wordt verminderd terwijl de sterkte van de structuur behouden blijft.
Voordelen van CNC-bewerking: Efficiëntere bewerking van veel voorkomende vormen zoals vlakken en cilinders, en geen noodzaak om te werken met overgebleven ondersteunende structuren. Door CNC-frezen werd de oppervlakteruwheid van een bepaalde transmissieas van een auto bijvoorbeeld Ra0,4 μm, wat voldeed aan de slijtvastheidsbehoeften voor rotatie op hoge- snelheid.
De trend van hybride productie
De hybride methode van ‘3D-printen + CNC-precisiebewerking’ wordt standaard in de industrie. Een bedrijf dat precisiemallen maakt, maakt bijvoorbeeld gebruik van 3D-printen om een ​​matrijskern te maken met drie lagen interne koelkanalen. Vervolgens maken ze gebruik van CNC-bewerkingen om het koelproces 30% efficiënter te maken en de levertijd te verkorten van 14 dagen naar 5 dagen.
2. Vraag vanuit de industrie: verschillende criteria voor oppervlakteruwheid
verschillende industrieën hebben verschillende behoeften aan oppervlaktekwaliteit, die rechtstreeks van invloed zijn op de behoefte aan CNC-precisiebewerking:
Gebied van de lucht- en ruimtevaart
Onderdelen moeten bestand zijn tegen zware omstandigheden (hoge temperatuur, hoge druk en hoge spanning), en oppervlaktefouten kunnen leiden tot vermoeiingsscheuren.
Een bekend voorbeeld is dat CNC-bewerking de ruwheid van het afdichtingsoppervlak vermindert van Ra12 μm naar Ra0,8 μm wanneer een bepaald type raketmotormondstuk 3D-geprint wordt. Dit verlengt de levensduur van de afdichting bij hoge temperaturen van 50 keer naar 200 keer.
Een proces kiezen: Belangrijke onderdelen, zoals afdichtingsoppervlakken en pasvlakken, moeten met CNC-precisie worden bewerkt. Niet-dragende oppervlakken kunnen gedrukte texturen behouden om gewicht te besparen.
Gebied van medische implantaten
Essentiële vereiste: Oppervlakteruwheid beïnvloedt de waarschijnlijkheid van botcelhechting en bacteriële proliferatie.
Een heupgewrichtsprothese van titaniumlegering moet een oppervlaktekwaliteit van Ra1,5–2,5 μm hebben om het bot erin te laten groeien. Een bepaald bedrijf maakt prothesen met behulp van 3D-printen. Om het oppervlak vervolgens gladder te maken tot Ra0,8 μm, gebruiken ze een combinatie van chemisch polijsten en CNC-polijsten. Hierdoor blijft de microporeuze structuur behouden die door het printen is ontstaan, waardoor het lichaam beter compatibel is met levende wezens.
Het juiste proces kiezen: Het functionele oppervlak moet CNC-precies worden gesneden, terwijl het structurele oppervlak de gedrukte textuur kan behouden.
In de wereld van consumentenelektronica
The smoothness of the surface is a key factor that impacts how the product looks and how well it works optically.
In een typisch scenario verlaagde CNC-bewerking de oppervlakteruwheid van een 3D-geprinte camerahouder voor een mobiele telefoon van Ra3,2 μm naar Ra0,05 μm. Hierdoor reflecteerde de houder meer zichtbaar licht, van 85% naar 92%, wat lasercommunicatiesystemen nodig hebben.
Een proces kiezen: Het optische oppervlak moet met CNC-precisie worden bewerkt, terwijl het structurele oppervlak de gedrukte textuur kan behouden.
Energie- en matrijzenindustrie: De oppervlaktekwaliteit moet een evenwicht vinden tussen corrosiebestendig en gemakkelijk te verwerken zijn.
Een 3D-geprinte spuitgietkern voor een auto werd gebruikt om een ​​conformeel koelkanaal te maken. Vervolgens werd het gezandstraald om het oppervlak minder ruw te maken, gaande van Ra15 μm tot Ra6,3 μm. Hierdoor werd de levensduur van de mal verlengd van 100.000 keer naar 500.000 keer gebruik.
Een proces kiezen: voor oppervlakken die elkaar niet raken, kunt u goedkope- methoden gebruiken, zoals zandstralen. Voor oppervlakken die elkaar wel raken, heb je CNC-precisiebewerking nodig.
3. Kosten-effectiviteit: de economische logica van het kiezen van een proces
Om te beslissen of u gebruik wilt maken van CNC-precisiebewerking, moet u zorgvuldig kijken naar de technische haalbaarheid, leveringscyclus en productiekosten.
Beoordeling van de technische haalbaarheid
Structurele complexiteit: als het product kenmerken heeft die moeilijk met CNC te vervaardigen zijn (zoals kruisgaten aan de binnenkant of dun-wandige structuren), kan 3D-printen de enige keuze zijn. 3D-printen maakt bijvoorbeeld de volledige verbrandingskamer van een bepaalde vliegtuigmotor, waardoor de problemen met spanningsconcentratie worden vermeden die kunnen optreden bij traditionele lasmethoden.
Vereiste voor nauwkeurigheid: CNC-precisiebewerking is nodig als de tolerantie-eis hoger is dan wat 3D-printen kan doen (zoals ± 0,01 mm). Zo wordt er via 3D-printen een plano voor een tandwiel met hoge{3}}precisie gemaakt, en CNC-slijpen verhoogt de nauwkeurigheid van het tandprofiel van IT8-niveau naar IT5-niveau.
Het optimaliseren van de leveringscyclus
Voor dringende bestellingen kan 3D-printen de matrijsontwikkelingsstap overslaan en snel reageren op "levering van ontwerpprints". Een nieuw energievoertuigbedrijf gebruikte bijvoorbeeld 3D-printen om een ​​prototype van een batterijhouder te maken. De hele procedure, van ontwerp tot montage, duurde slechts 48 uur.
Als de batchgrootte groot is (meer dan 1000 stuks), kan CNC-bewerking goedkoper zijn voor batchproductie. Een standaard onderdelenfabrikant kan CNC-batchverwerking van verbindingen van aluminiumlegeringen gebruiken om één enkel item 60% goedkoper te maken dan 3D-printen.
Controle van de totale bezorgkosten
Bij het gebruik van CNC-bewerkingen moet u rekening houden met impliciete kosten zoals programmeren, opspannen en matrijstesten. Aan de andere kant kan 3D-printen de kosten van gereedschappen en het risico op ontwerpherhalingen verlagen. Met 3D-printen kan bijvoorbeeld een ingewikkeld structureel onderdeel in één keer worden gemaakt, waardoor de tijd die nodig is om van gereedschap en procespaden te wisselen met 70% wordt verkort.
Materiaalbenuttingsgraad: CNC-bewerking gebruikt normaal gesproken 50% tot 70% van het materiaal, terwijl 3D-printen meer dan 90% kan gebruiken. Met 3D-printen wordt bijvoorbeeld een bepaald item van een titaniumlegering gemaakt, dat 40% minder kost dan CNC-frezen.