CNC obrada u odnosu na 3D printanje: Šta je bolje za vaš projekat

Između kojeg birate CNC usluge obrade Aditivna proizvodnja se oslanja na potrebe vašeg projekta. CNC obrada najbolje funkcionira kada su potrebne tačne specifikacije, čvrstoća materijala i završna obrada površine. To je čini savršenom za izradu korisnih metalnih dijelova za automobile i avione. S druge strane, 3D printanje vam daje veću slobodu dizajna i brži razvoj, posebno za oblike koji nisu jednostavni. U BOEN Prototype-u smo pomogli velikom broju proizvođača originalne opreme (OEM), startupova za električna vozila i proizvođača medicinskih uređaja da naprave ovaj izbor razmatrajući šest glavnih faktora: potreban nivo tačnosti, količinu dijelova koje je potrebno napraviti, specifikacije korištenih materijala, budžet, očekivano vrijeme isporuke i potrebe za naknadnom obradom.

Razumijevanje CNC obrade i tehnologija 3D printanja

Šta je CNC obrada i kako funkcioniše?

CNC rezanje koristi automatizirane subtraktivne procese koje obrađuje G-kod softver za pretvaranje čvrstih blokova materijala u gotove dijelove. Za početak procesa koristi se 3D CAD model. Zatim se koriste glodalice za uklanjanje materijala dok se ne postigne željeni oblik. Ovaj način izrade koristi različite vrste mašina, kao što su sistemi za žičanu erozijsku obradu, vertikalni i horizontalni centri za glodanje i višeosni alati za tokarenje. Svaka vrsta mašine je najbolja za izradu različitih vrsta složenih dijelova.

Vidjeli smo da timovi za nabavku ne shvataju koliko su fleksibilni moderni alati za obradu. CNC mašine sa pet osi mogu napraviti složene oblike u jednom postavljanju, što smanjuje greške u rukovanju i poboljšava tačnost mjerenja. Možete birati između aluminijumskih legura, različitih vrsta nehrđajućeg čelika, titana, mesinga, inženjerskih plastika poput PEEK-a i Delrina, pa čak i rijetkih metala koji su potrebni u avionima.

Osnove aditivnih proizvodnih tehnologija

Aditivna proizvodnja koristi digitalne datoteke za izradu dijelova sloj po sloj, omogućavajući izradu oblika koji se ne bi mogli napraviti ni na koji drugi način. U industriji se koriste tri glavne tehnologije: modeliranje taloženjem spajanjem (FDM) topi termoplastične filamente, stereolitografija (SLA) koristi UV lasere za stvrdnjavanje tekuće smole, a selektivno lasersko sinteriranje (SLS) spaja čestice najlonskog ili poliamidnog praha.

Karakteristike materijala se veoma razlikuju kod ovih metoda. Glatke površine mogu se napraviti sa SLA materijalima, koji su dobri za izradu uzoraka koji izgledaju dobro i kućišta za potrošačku elektroniku. Za provjeru uzoraka u robotima i projektima automatizacije, SLS najlon je dovoljno jak da obavi posao. Međutim, njihove mehaničke kvalitete još uvijek nisu tako dobre kao kod mašinski obrađenih metalnih dijelova, što ograničava njihovu upotrebu u situacijama gdje je važna stabilnost strukture izložene naprezanju.

CNC obrada u odnosu na 3D printanje – ključne razlike i prednosti

Preciznost, tolerancije i kvalitet površine

Tolerancije se uvijek održavaju unutar ±0.005 inča uz CNC rezanje, što ispunjava stroge standarde potrebne za dijelove automobila i medicinskih uređaja. Vrijednosti hrapavosti površine mogu biti Ra 0.8 mikrona ili niže ako se koriste pravi alati i postavke rezanja su ispravno postavljene. Napravili smo desetine hiljada funkcionalnih validacijskih dijelova za proizvođače automobila prvog nivoa koji su morali ispuniti ove zahtjeve.

Tolerancije za aditivne metode su obično oko ±0.010 inča, što je u redu za provjeru dizajna, ali obično zahtijeva CNC usluge obrade nakon toga kako bi se dobile konačne mjere. Linije slojeva koje dolaze s 3D printanjem stvaraju površinske teksture koje zahtijevaju dodatnu završnu obradu, poput brušenja, zaglađivanja parom ili farbanja, posebno za kućišta rasvjete i prototipove za tržišnu robu koja bi trebala izgledati dobro.

Razmatranja brzine i skalabilnosti proizvodnje

Kada je potrebno brzo izvršiti promjene u dizajnu, 3D printanje odlično funkcionira za brzo testiranje. Izrada preko noći omogućava kompanijama za električna vozila da poboljšaju oblike kućišta baterija, a programerima pametnih kuća da provjere da li su fizički faktori ispravni sljedeći dan. Budući da nisu potrebni nikakvi pribori ili alati, vrijeme postavljanja je svedeno na minimum.

Prednosti skalabilnosti CNC obrade idu dalje od veličine uzorka. Nakon podešavanja koda i pribora, moguće je napraviti srednje velike proizvodne serije. Pomogli smo kompanijama za medicinske uređaje da pređu sa testiranja 50 jedinica odjednom na predproizvodne serije od 500 jedinica bez potrebe za preuređivanjem alata, a kvalitet je ostao isti cijelo vrijeme.

Spektar materijala i mehaničkih svojstava

Širok raspon materijala koji se mogu obrađivati ​​zadovoljava potrebe mnogih različitih industrija. Aluminij 7075-T6 je ono što kupci u zrakoplovnoj industriji traže kada im je potreban visok omjer čvrstoće i težine za dijelove strukture bespilotnih letjelica. Kompanijama koje rade s biotehnologijom potrebni su uzorci hirurških alata izrađeni od biokompatibilnog titana 5. stupnja. Kaljeni alatni čelici koriste kompanije koje proizvode industrijsku opremu za izradu dijelova koji se ne raspadaju lako.

Aditivni materijali se stalno poboljšavaju, ali imaju svoja ograničenja. Tehnologije 3D printanja metala postoje, ali većina sredstava za izradu prototipova ne može pokriti troškove alata i poteškoće rukovanja metalnim prahom. Mašinski obrađena industrijska plastika bolje podnosi visoke temperature, rad s hemikalijama i traje duže od običnih polimernih materijala za printanje.

Analiza strukture troškova kroz životne cikluse projekta

Razumijevanje uzroka troškova pomaže timovima za nabavku da najbolje iskoriste svoja sredstva. Sa 3D printanjem ne morate plaćati alate, tako da je izrada jednog uzorka jeftina. Međutim, cijena po dijelu ostaje gotovo ista bez obzira na to koliko se kupi, jer svaki dio zahtijeva vlastito vrijeme izrade.

CNC obrada zahtijeva unose u kodu i priboru unaprijed, ali kako se broj izrađenih dijelova povećava, cijena po dijelu znatno opada. Kada postoji više od 25 do 30 sličnih dijelova, obrada je često jeftinija od štampanja, posebno kada se uzmu u obzir bolji kvaliteti materijala i tačnost mjerenja.

Kako odlučiti koja metoda proizvodnje odgovara potrebama vašeg B2B projekta

Prvo definiranje zahtjeva specifičnih za projekat

Jasnoća je prvi korak ka uspješnom proizvodnom odnosu. Prije nego što zatraže ponude, inženjerski timovi trebaju zapisati šest važnih detalja: potrebne tolerancije za dimenzije, očekivane količine proizvodnje, specifikacije materijala sa zahtjevima za performanse, budžet, ciljeve vremenskog okvira projekta i sve potrebne industrijske certifikate.

Kada ispitni laboratoriji certificiraju dijelove unutrašnjosti automobila, moraju razmišljati o drugačijim stvarima nego kada vojni timovi odobravaju dijelove kritične za let. Predlažemo da napravite tabelu potreba koja pokazuje koliko je svaki faktor važan za vašu prijavu.

Evaluacija metrika vremena isporuke i isplativosti

Očekivano vrijeme isporuke je veoma različito za svaku tehnologiju. Za jednostavne oblike, SLA štampa može isporučiti prototipove za tri do pet radnih dana. CNC mašinski obrađeni metalni dijelovi obično traju 10 do 15 radnih dana, što uključuje nabavku materijala, podešavanje mašina i poštivanje pravila kontrole kvaliteta.

Isplativost je više od same cijene na početku. Dijelovi koji su mašinski obrađeni obično ne zahtijevaju nikakvu dodatnu završnu obradu. Dolaze spremni za sastavljanje i testiranje, a njihove mehaničke kvalitete su odgovarajuće za njihovu konačnu upotrebu. Prije nego što se mogu pustiti u proizvodnju, odštampani uzorci mogu zahtijevati obradu površine, ojačanje ili čak zamjenu mašinski obrađenim verzijama.

Sposobnosti dobavljača i zahtjevi za certifikaciju

Ljudi koji rade u nabavci trebaju se pobrinuti da njihovi poslovni partneri imaju odgovarajuće standarde kvalitete. Prototipovi medicinskih uređaja obično moraju biti u skladu s ISO 13485, dijelovi aviona možda moraju biti certificirani prema AS9100, a dobavljači automobilskoj industriji obično očekuju registraciju prema IATF 16949.

Procjena tehničkih vještina je također vrlo važna. Može li pružatelj usluga koristiti obje tehnologije i omogućiti hibridne metode sa CNC usluge obrade Kada imaju smisla? Da li daju preglede dizajna za proizvodnost (DFM) koji osiguravaju da je oblik dijela savršen prije nego što se napravi? Ove stvari razlikuju prave proizvodne partnere od transakcijskih dobavljača.

Kada hibridni pristupi proizvodnji optimiziraju rezultate

Pametno kombinovanje oba alata je dobro za strateške projekte. Pomogli smo proizvođačima dronova da 3D štampaju aerodinamične oklope organskih oblika i CNC mašinski obrađuju metalne nosače motora koji moraju savršeno da se uklapaju oko ležajeva. Ova metoda koristi najbolje dijelove svakog pristupa umesto da tjera ljude da se smire.

Proizvođači robota često štampaju komplikovana kućišta senzora kako bi bili sigurni da odgovaraju i izgledaju kako treba. Zatim mašinski izrađuju konačne proizvodne verzije od ABS-a inženjerskog kvaliteta kako bi ih učinili otpornijim na udarce. Ova postepena metoda postiže ravnotežu između brzine rasta i potreba za korisnim performansama.

Studije slučaja i svjedočanstva iz stvarnog svijeta

CNC obrada koja pruža preciznost i isplativost

Jedan dobavljač automobila Tier-1 došao je kod nas i zatražio testiranje 200 aluminijskih kućišta mjenjača kako bi se uvjerio da su ispravni. Prve cijene 3D printanja na metalu bile su mnogo veće od onoga što je bilo moguće u okviru budžeta. Predložili smo CNC rezanje aluminija 6061-T6, što bi omogućilo da važna područja montaže imaju tolerancije od ±0.003 inča. Projekat je završen na vrijeme i u okviru budžeta, a obrađeni uzorci imali su mehaničke kvalitete koje su bile iste kao i proizvodni dijelovi. To je značilo da su se mogli koristiti za validaciju bez potrebe za ponovnom izradom.

Grupi letačkih inženjera bili su potrebni nosači od titana 5. klase za postavljanje korisnog tereta na bespilotne letjelice. Dizajn je imao prostore koji su održavali strukturu čvrstom pod opterećenjima ubrzanja od 8G, a istovremeno smanjivali težinu. Dijelovi izrađeni CNC obradom ispunjavali su AMS standarde i imali su certifikate materijala koji su se mogli pokazati. To je nešto što aditivne metode nisu mogle obećati na vrijeme.

3D printanje omogućava brzu izradu prototipa i složenih geometrija

Klijentu u sektoru robe široke potrošnje koji je pravio pametni zvučnik bilo je potrebno 15 promjena dizajna kako bi se postigao najbolji kvalitet zvuka i izgled. Korištenjem SLA štampe i CNC usluge obrade, napravili smo nekoliko primjeraka kućišta za samo nekoliko dana, što je omogućilo brzo testiranje. Budući da je bilo tako teško postaviti, komplicirana unutrašnja rebrasta struktura koja je držala dijelove zvučnika na mjestu bila bi preskupa za izradu.

Kompanija za medicinske uređaje koja je pravila ergonomsku dršku za hirurški alat morala ga je testirati na ljudima s različitim veličinama ruku. U roku od sedmice, SLS najlonska štampa je napravila radne prototipove koji su omogućavali doktorima da daju komentare tokom razvoja. U poređenju sa standardnim metodama rezanja, ovaj brzi ciklus iteracija skratio je vrijeme izlaska na tržište za nekoliko mjeseci.

Praktični savjeti za saradnju sa pružaocima usluga CNC obrade

Zahtjev za tačne ponude i izbjegavanje uobičajenih zamki

Detaljne specifikacije vode do tačnih cijena i sprječavaju kašnjenja. Uključite 3D CAD datoteke u izvornom ili STEP formatu, 2D crteže sa GD&T opisima za važne karakteristike, specifikacije materijala kao što su kvaliteta i stanje čvrstoće, potreban broj komada s mogućim budućim količinama, potrebno vrijeme isporuke i sve potrebne certifikate.

Neke uobičajene greške su nedavanje dovoljno informacija o tolerancijama, izostavljanje standarda za površinsku obradu i neodvajanje korisnih površina od estetskih površina. Bilo je slučajeva kada su projekti odgađani sedmicama jer je tim za nabavku mislio da se primjenjuju standardna ograničenja, a zapravo nisu.

Optimizacija dizajna za proizvodnost i uštedu troškova

Troškovi se znatno smanjuju kada se dizajn koristi za koncepte proizvodnosti. Troškovi izrade prilagođenih alata eliminiraju se standardnim oblicima glodala. Ispravne krivulje uglova sprječavaju lom alata i poboljšavaju završnu obradu površine. Olakšavanjem pristupa elementima, podešavanja se mogu svesti na minimum. To smanjuje vrijeme pisanja i rukovanja.

Nudimo besplatne DFM preglede koji pronalaze mogućnosti prije početka rada. Jednostavne promjene, poput promjene uglova džepova kako bi se prilagodili dostupnim radijusima alata ili veličinama rupa standardnim dužinama svrdla, često mogu smanjiti troškove bez utjecaja na korisnost.

Očekivanja od kompletnih CNC usluga obrade po sistemu "ključ u ruke"

Profesionalni proizvođači nude širok spektar usluga, ne samo rezanje metala. Možete očekivati ​​materijale s odobrenim izvještajima o ispitivanju u mlinu, stroge provjere kvalitete korištenjem preciznih mjernih alata, detaljne izvještaje o inspekciji prvog artikla koji pokazuju usklađenost s dimenzijama i pažljivo pakirane dijelove kako bi se zaštitili tokom transporta.

BOEN Prototype je certificiran prema ISO 9001 standardu i svi njihovi projekti ispunjavaju standarde kvalitete za avione. Na zahtjev, naši inspekcijski zapisi uključuju mjerenja važnih karakteristika, certifikate materijala koji sežu do originalnih zagrijavanja u valjaonici i mjerenja površinske obrade. Ova dokumentacija daje timovima za nabavku dokaz koji im je potreban za vlastite procese validacije.

zaključak

Izbor između CNC obrade i aditivne proizvodnje zavisi od toga koliko dobro se mogu uravnotežiti potrebe za preciznošću, performansama materijala, brojem izlaznih podataka i vremenskim okvirom projekta. CNC usluge obrade nude najviši nivo preciznosti, svestranosti materijala i mehaničkih kvaliteta koji su neophodni za praktično testiranje i proizvodnju malog obima. 3D printanje najbolje funkcioniše u ranoj fazi procesa dizajniranja, kada su brzina iteracije i složenost oblika najvažnije. Strateški kreatori znaju da ove dvije tehnologije rade zajedno, a ne jedna protiv druge, i koriste svaku tamo gdje može najbolje pomoći projektu da ostvari svoje ciljeve. Kada timovi za nabavku znaju ove razlike, mogu donositi odluke koje istovremeno poboljšavaju kvalitet, pravovremenost i budžet.

ČESTA PITANJA

Mogu li se CNC obrada i 3D printanje kombinirati u jednom projektu?

Naravno. Hibridne metode koriste najbolje karakteristike obje tehnologije na pametan način. Kada obrađujemo osnovne ploče i strukturne dijelove koji moraju biti vrlo precizni i čvrsti, često koristimo 3D printanje za stvari poput složenih poklopaca ili dekorativnih dijelova gdje je sloboda dizajna važnija od kvaliteta materijala. Ova kombinacija postiže najbolji omjer cijene i performansi u svim dijelovima.

Koja su tipična vremena isporuke za CNC obradu u odnosu na 3D printanje?

U zavisnosti od složenosti geometrije i odabrane tehnologije štampe, 3D printani prototipovi se obično isporučuju u roku od 3 do 7 radnih dana. Za dijelove obrađene CNC mašinama obično je potrebno 10 do 15 radnih dana, što uključuje nabavku materijala, podešavanje mašina i provjeru kvaliteta. Kada posao treba brzo obaviti zbog njegove važnosti, hitne usluge mogu skratiti te rokove.

Kako da osiguram kvalitet prilikom međunarodne nabavke dijelova?

Pobrinite se da dobavljači imaju barem ISO 9001 certifikat, kao i certifikate specifične za industriju koji zadovoljavaju potrebe vaše primjene. Prije pune proizvodnje, trebali biste zatražiti evidenciju inspekcije prve stavke koja pokazuje da su dimenzije ispunjene. Odmah postavite jasna pravila za komunikaciju i prihvatanje kvalitete, a ako je potrebno, razmislite o korištenju usluga inspekcije treće strane za važne dijelove.

Započnite svoj sljedeći projekt u BOEN Prototypeu

Odabir pravog dobavljača usluga CNC obrade može biti presudan za uspjeh projekta, a kašnjenja mogu biti veoma skupa. BOEN Prototype podržava cijeli vaš proces razvoja proizvoda kombinirajući moćnu višeosnu obradu sa širokim rasponom tehnologija aditivne proizvodnje. Naš inženjerski tim pomaže s DFM-om, odabirom materijala i osiguravanjem da metode kontrole kvalitete zadovoljavaju najviše standarde u poslovanju. Posjedujemo vještine i pouzdanost koje su potrebne vašim projektima, bilo da im je potreban brz razvoj kako bi se osiguralo da dizajn funkcionira ili precizna proizvodnja za funkcionalno testiranje. Kontaktirajte naš tim na kontakt@boenrapid.com da razgovaramo o vašim jedinstvenim potrebama i dobijemo kompletnu ponudu.

reference

Kalpakjian, S. i Schmid, SR (2020). Proizvodno inženjerstvo i tehnologija (8. izdanje). Pearson Education Limited.

Gibson, I., Rosen, D. i Stucker, B. (2021). Tehnologije aditivne proizvodnje: 3D štampanje, brza izrada prototipa i direktna digitalna proizvodnja (3. izdanje). Springer.

Groover, MP (2019). Osnove moderne proizvodnje: Materijali, procesi i sistemi (7. izdanje). John Wiley & Sons.

Američko društvo mašinskih inženjera. (2018). ASME Y14.5-2018: Dimenzionisanje i tolerancija. ASME International.

Deutsches Institut für Normung. (2019). DIN 4760: Geometrijske specifikacije proizvoda—površinska tekstura. Beuth Verlag GmbH.

SAE International. (2021). AMS 4911: Legura titana, lim, traka i ploča 6Al-4V žarena. SAE Standards Publications.