Är det nödvändigt att utföra CNC-precisionsbearbetning efter 3D-utskrift av metall?

1. Teknikens kärna: förmågan hos additiva och subtraktiva material att samverka
Den huvudsakliga skillnaden mellan CNC-precisionsbearbetning och 3D-utskrift av metall är det som får dem att arbeta tillsammans i tillverkningsprocessen:
Olika sätt att forma
Metall 3D-utskrift gör saker genom att smälta metallpulver ett lager i taget. Ytan visar typiska lagermönster och spår av smältbassäng. Det kan finnas problem med mikrostrukturen, som pulver som inte har smält och mikroporer. CNC-precisionsbearbetning använder verktygsskärning för att ta bort material, vilket skapar en spegeleffekt med en Ra0,8 μm eller lägre, och den kan hantera dimensionella toleranser inom ± 0,01 mm.
Begränsning av processkapacitet
3D-utskrift har vissa fördelar. Det kan till exempel göra komplicerade strukturer som är svåra att göra med äldre metoder, som konforma kylkanaler, strukturer för viktminskning av galler och hålrum med många vinklar. Till exempel använder ett visst flygmotorblad 3D-utskrift för att göra insidan ihålig, vilket minskar vikten med 40 % samtidigt som strukturens styrka behålls.
Fördelar med CNC-bearbetning: Effektivare bearbetning för vanliga former som plan och cylindrar, och inget behov av att hantera överblivna bärande strukturer. Till exempel gjorde CNC-fräsning ytjämnheten hos en viss biltransmissionsaxel Ra0,4 μm, vilket uppfyllde slitstyrkan för hög-rotation.
Trenden med hybridtillverkning
Hybridmetoden "3D-utskrift + CNC-precisionsbearbetning" håller på att bli standard i branschen. Till exempel använder ett företag som tillverkar precisionsformar 3D-utskrift för att göra en formkärna med tre lager av invändiga kylkanaler. Sedan använder de CNC-bearbetning för att göra kylningsprocessen 30 % effektivare och minska leveranstiden från 14 dagar till 5 dagar.
2. Industrins efterfrågan: olika kriterier för ytjämnhet
distinkta industrier har distinkta behov av ytkvalitet, vilket direkt påverkar behovet av CNC-precisionsbearbetning:
Området för flyg
Delar måste kunna hantera svåra förhållanden (hög temperatur, högt tryck och hög belastning), och ytfel kan leda till utmattningssprickor.
Ett vanligt exempel är att CNC-bearbetning minskar tätningsytans grovhet från Ra12 μm till Ra0,8 μm när en viss typ av raketmotormunstycke 3D-printas. Detta förlänger tätningstiden vid höga temperaturer från 50 gånger till 200 gånger.
Att välja process: Nyckeldelar, såsom tätningsytor och passande ytor, måste CNC-precisionsbearbetas. Icke-bärande ytor kan behålla tryckta texturer för att spara vikt.
Område för medicinska implantat
Väsentligt krav: Ytjämnhet påverkar sannolikheten för bencellsfästning och bakteriell proliferation.
En höftledsprotes av titanlegering behöver ha en ytkvalitet på Ra1,5–2,5 μm för att benet ska växa in i den. Ett visst företag tillverkar proteskroppar med hjälp av 3D-utskrift. Sedan, för att göra ytan slätare till Ra0,8 μm, använder de en kombination av kemisk polering och CNC-polering. Detta behåller den mikroporösa strukturen som skapades genom tryckning, vilket gör kroppen mer kompatibel med levande varelser.
Att välja rätt process: Den funktionella ytan behöver CNC-exakt skärning, medan den strukturella ytan kan behålla den tryckta texturen.
I hemelektronikens värld
Ytans jämnhet är en nyckelfaktor som påverkar hur produkten ser ut och hur bra den fungerar optiskt.
I ett typiskt scenario sänkte CNC-bearbetning ytråheten hos ett 3D--utskrivet mobiltelefonkamerafäste från Ra3,2 μm till Ra0,05 μm. Detta gjorde att fästet reflekterade mer synligt ljus, från 85 % till 92 %, vilket är vad laserkommunikationssystem behöver.
Att välja en process: Den optiska ytan måste bearbetas med CNC-precision, medan den strukturella ytan kan behålla den tryckta texturen.
Energi- och mögelindustri: Ytkvaliteten måste ha en balans mellan att vara motståndskraftig mot korrosion och vara lätt att arbeta med.
En 3D-tryckt formsprutningskärna för en bil användes för att göra en konform kylkanal. Sedan sandblästrades den för att göra ytan mindre grov, från Ra15 μm till Ra6,3 μm. Detta ökade formens livslängd från 100 000 användningar till 500 000 användningar.
Välja en process: För ytor som inte rör vid kan du använda billiga-metoder som sandblästring. För ytor som inte berör, behöver du CNC-precisionsbearbetning.
3. Kostnads-effektivitet: den ekonomiska logiken i att välja en process
För att bestämma om du ska använda CNC-precisionsbearbetning måste du noggrant titta på den tekniska genomförbarheten, leveranscykeln och produktionskostnaden.
Bedömning av teknisk genomförbarhet
Strukturell komplexitet: Om produkten har funktioner som är svåra att tillverka med CNC (såsom tvärhål på insidan eller tunna-väggiga strukturer), kan 3D-utskrift vara det enda valet. Till exempel gör 3D-utskrift hela förbränningskammaren i en given flygplansmotor, vilket undviker de stresskoncentrationssvårigheter som kan inträffa med traditionella svetsmetoder.
Krav på noggrannhet: CNC-precisionsbearbetning behövs om toleranskravet är högre än vad 3D-utskrift kan göra (som ± 0,01 mm). Till exempel görs ett ämne för en hög-precisionsväxel via 3D-utskrift, och CNC-slipning höjer tandprofilens noggrannhet från IT8-nivå till IT5-nivå.
Optimera leveranscykeln
För brådskande beställningar kan 3D-utskrift hoppa över steget för formutveckling och snabbt svara på "designutskriftsleverans". Till exempel använde ett nytt energifordonsföretag 3D-utskrift för att göra en prototyp av ett batteripaket. Hela proceduren, från design till montering, tog bara 48 timmar.
Om batchstorleken är stor (mer än 1000 stycken) kan CNC-bearbetning vara billigare för batchproduktion. Ett företag som tillverkar standarddelar kan använda CNC-batchbearbetning av anslutningar av aluminiumlegeringar för att göra en enskild artikel 60 % billigare än 3D-utskrift.
Kontroll av den totala leveranskostnaden
När du använder CNC-bearbetning måste du tänka på implicita utgifter som programmering, fastspänning och formtestning. Å andra sidan kan 3D-utskrift sänka kostnaden för verktyg och risken för designiterationer. Till exempel kan 3D-utskrift göra en komplicerad strukturell del på en gång, vilket minskar tiden som behövs för att byta verktyg och processvägar med 70 %.
Materialutnyttjandegrad: CNC-bearbetning använder normalt 50 % till 70 % av materialet, medan 3D-utskrift kan använda mer än 90 %. Till exempel gör 3D-utskrift en viss titanlegeringsartikel, som kostar 40 % mindre än CNC-fräsning.