È necessario eseguire lavorazioni meccaniche di precisione CNC dopo la stampa 3D in metallo?

1. Il nucleo della tecnologia: la capacità dei materiali additivi e sottrattivi di lavorare insieme
La principale distinzione tra la lavorazione di precisione CNC e la stampa 3D in metallo è ciò che le fa lavorare insieme nel processo di produzione:
Diversi modi di formarsi
La stampa 3D in metallo crea oggetti sciogliendo la polvere metallica uno strato alla volta. La superficie mostra tipici modelli di strati e tracce di pozze di fusione. Potrebbero esserci problemi con la microstruttura, come polvere che non si è fusa e micropori. La lavorazione di precisione CNC utilizza il taglio dell'utensile per rimuovere materiali, creando un effetto specchio con Ra 0,8 μm o inferiore e può gestire tolleranze dimensionali entro ± 0,01 mm.
Limite delle capacità del processo
La stampa 3D presenta alcuni vantaggi. Ad esempio, può realizzare strutture complicate difficili da realizzare utilizzando metodi più vecchi, come canali di raffreddamento conformati, strutture di riduzione del peso del reticolo e cavità con molti angoli. Ad esempio, la pala di un certo motore aeronautico utilizza la stampa 3D per rendere l’interno cavo, riducendone il peso del 40% mantenendo la resistenza della struttura.
Vantaggi della lavorazione CNC: lavorazione più efficiente per forme comuni come piani e cilindri e nessuna necessità di gestire strutture di supporto rimanenti. Ad esempio, la fresatura CNC ha reso la rugosità superficiale di un determinato albero di trasmissione di un'auto Ra 0,4 μm, soddisfacendo le esigenze di resistenza all'usura per la rotazione ad alta-velocità.
La tendenza della produzione ibrida
Il metodo ibrido di "stampa 3D + lavorazione di precisione CNC" sta diventando uno standard nel settore. Ad esempio, un’azienda che produce stampi di precisione utilizza la stampa 3D per realizzare un nucleo dello stampo con tre strati di canali di raffreddamento interni. Quindi, utilizzano la lavorazione CNC per rendere il processo di raffreddamento più efficiente del 30% e ridurre i tempi di consegna da 14 a 5 giorni.
2. Domanda del settore: vari criteri per la rugosità superficiale
settori distinti hanno esigenze distinte in termini di qualità della superficie, che influiscono direttamente sulla necessità di lavorazione di precisione CNC:
Settore aerospaziale
Le parti devono essere in grado di sopportare condizioni difficili (alta temperatura, alta pressione e stress elevato) e i difetti superficiali possono portare a cricche da fatica.
Un esempio comune è che la lavorazione CNC riduce la rugosità della superficie di tenuta da Ra12 μm a Ra0,8 μm quando un certo tipo di ugello del motore a razzo viene stampato in 3D. Ciò prolunga la durata della tenuta ad alte temperature da 50 a 200 volte.
Scelta di un processo: le parti chiave, come le superfici di tenuta e le superfici di accoppiamento, devono essere lavorate con precisione CNC. Le superfici non-portanti possono mantenere le texture stampate per risparmiare peso.
Campo degli impianti medici
Requisito essenziale: la rugosità superficiale influenza la probabilità di adesione delle cellule ossee e di proliferazione batterica.
Una protesi dell'articolazione dell'anca in lega di titanio deve avere una qualità della superficie di Ra1,5–2,5 μm per consentire la crescita dell'osso al suo interno. Una certa azienda produce corpi protesici utilizzando la stampa 3D. Quindi, per rendere la superficie più liscia fino a Ra0,8 μm, utilizzano una combinazione di lucidatura chimica e lucidatura CNC. Ciò mantiene la struttura microporosa creata dalla stampa, che rende il corpo più compatibile con gli esseri viventi.
Scelta del processo giusto: la superficie funzionale necessita di un taglio preciso CNC, mentre la superficie strutturale può mantenere la trama stampata.
Nel mondo dell'elettronica di consumo
La levigatezza della superficie è un fattore chiave che influisce sull'aspetto del prodotto e sul suo funzionamento ottico.
In uno scenario tipico, la lavorazione CNC ha ridotto la rugosità superficiale del supporto per fotocamera di un telefono cellulare stampato in 3D-da Ra3,2 μm a Ra0,05 μm. Ciò ha fatto sì che la montatura riflettesse più luce visibile, dall'85% al ​​92%, che è ciò di cui hanno bisogno i sistemi di comunicazione laser.
Scelta di un processo: la superficie ottica deve essere lavorata con precisione CNC, mentre la superficie strutturale può mantenere la trama stampata.
Industria dell'energia e degli stampi: la qualità della superficie deve trovare un equilibrio tra la resistenza alla corrosione e la facilità di lavorazione.
Per creare un canale di raffreddamento conforme è stato utilizzato un nucleo di stampo a iniezione stampato in 3D-per un'auto. Successivamente è stata sabbiata per rendere la superficie meno ruvida, passando da Ra15 μm a Ra6,3 μm. Ciò ha aumentato la durata dello stampo da 100.000 a 500.000 utilizzi.
Scelta di un processo: per le superfici che non si toccano, puoi utilizzare metodi a basso-costo come la sabbiatura. Per le superfici che si toccano, è necessaria una lavorazione di precisione CNC.
3. Efficacia in termini di costi-: la logica economica della scelta di un processo
Per decidere se utilizzare la lavorazione di precisione CNC, è necessario esaminare attentamente la fattibilità tecnica, il ciclo di consegna e il costo di produzione.
Valutazione della fattibilità tecnica
Complessità strutturale: se il prodotto presenta caratteristiche difficili da realizzare con il CNC (come fori trasversali all'interno o strutture a pareti sottili-), la stampa 3D potrebbe essere l'unica scelta. Ad esempio, la stampa 3D realizza l’intera camera di combustione di un determinato motore di aereo, evitando le difficoltà di concentrazione delle sollecitazioni che potrebbero verificarsi con i metodi di saldatura tradizionali.
Requisito di precisione: è necessaria una lavorazione di precisione CNC se il requisito di tolleranza è superiore a quello che può fare la stampa 3D (come ± 0,01 mm). Ad esempio, un pezzo grezzo per un ingranaggio ad alta-precisione viene realizzato tramite stampa 3D e la rettifica CNC aumenta la precisione del profilo del dente dal livello IT8 al livello IT5.
Ottimizzazione del ciclo di consegna
Per gli ordini urgenti, la stampa 3D può saltare la fase di sviluppo dello stampo e rispondere rapidamente alla "consegna della stampa del progetto". Ad esempio, un’azienda di veicoli a nuova energia ha utilizzato la stampa 3D per realizzare un prototipo di staffa per pacco batteria. L'intera procedura, dalla progettazione all'assemblaggio, ha richiesto solo 48 ore.
Se la dimensione del lotto è grande (più di 1000 pezzi), la lavorazione CNC potrebbe essere più economica per la produzione in lotti. Un’azienda produttrice di componenti standard può utilizzare l’elaborazione batch CNC di connessioni in lega di alluminio per rendere un singolo articolo più economico del 60% rispetto alla stampa 3D.
Controllo del costo totale della consegna
Quando si utilizza la lavorazione CNC, è necessario pensare alle spese implicite come la programmazione, il bloccaggio e il test dello stampo. D’altro canto, la stampa 3D può ridurre il costo degli strumenti e il rischio di iterazioni di progettazione. Ad esempio, la stampa 3D può realizzare una parte strutturale complicata tutta in una volta, riducendo del 70% il tempo necessario per cambiare strumenti e percorsi di processo.
Tasso di utilizzo del materiale: la lavorazione CNC normalmente utilizza dal 50% al 70% del materiale, mentre la stampa 3D può utilizzarne più del 90%. Ad esempio, la stampa 3D realizza un particolare articolo in lega di titanio, che costa il 40% in meno rispetto alla fresatura CNC.