CNC czy druk 3D z metalu dla funkcjonalnych prototypów metalowych: gdzie dowody przemawiają za każdym z tych kierunków

Dlaczego twierdzenia o wytrzymałości nie wybierają trasy

Łatwo znaleźć strony branżowe, które w kwestii wytrzymałości drukowanego metalu wskazują przeciwne kierunki. Jedna stwierdza, że druk 3D nadaje się do skomplikowanej geometrii i cech wewnętrznych, ale może mieć niewystarczającą wytrzymałość mechaniczną¹¹.

Inna donosi, że DMLS jest powszechnie stosowany dla prototypów funkcjonalnych, gdy materiał musi być maksymalnie zbliżony do produkcji, co pozwala badać takie właściwości jak wytrzymałość części. I że prototypy DMLS w realny sposób zastępują części produkcyjne¹⁰.

Oba stanowiska są odnotowane i żadne nie jest poparte liczbą, na której można by oprzeć projekt.

To jest praktyczny problem: żadne źródło w tym zestawie nie podaje wartości UTS, plastyczności ani zmęczenia w podziale na stopy dla którejkolwiek z tras, a żadne nie omawia orientacji budowania, anizotropii ani wpływu HIP i obróbki cieplnej na właściwości drukowanego materiału. Twierdzenie o wytrzymałości z którejkolwiek strony jest więc deklaracją intencji, a nie porównaniem.

Jeżeli zadaniem prototypu jest potwierdzenie przypadku obciążenia, zapytaj dostawcę o dowody badań, jakie może przedstawić dla konkretnego stopu i orientacji budowania. I zaplanuj badanie fizyczne, zamiast polegać na etykiecie procesu.

Tolerancje i chropowatość powierzchni: weryfikacja, która zwykle rozstrzyga

Tolerancje i wykończenie to obszar, w którym źródła dają coś do porównania. Obróbkę CNC opisuje się jako dokładniejszą i dającą gładszą powierzchnię prosto z maszyny, natomiast drukowany metal bywa przedstawiany jako podobny do odlewu i zwykle wymagający obróbki wykończeniowej, by osiągnąć porównywalne wykończenie^5101421.

Podawane przedziały leżą w różnych miejscach, co wystarcza do skierowania prototypu na odpowiednią trasę, ale nie wystarcza, by traktować którąkolwiek z nich jako gwarantowaną zdolność.

Kiedy geometria przeważa nad preferencją tolerancji

Zanim zdecydujesz się na CNC ze względu na dokładność, sprawdź, czy narzędzie skrawające w ogóle dosięgnie tych cech. Wytwarzanie przyrostowe charakteryzuje się doskonałą swobodą projektową, obejmującą wewnętrzne kanały i kratownice, natomiast obróbka ubytkowa jest ograniczona dostępem narzędzia skrawającego⁵⁶.

Część z konforemnymi kanałami chłodzącymi lub rdzeniem kratownicowym może po prostu nie dać się obrabiać jako jednego elementu, i to ograniczenie przeważa nad zaletą tolerancji. Jeżeli geometria jest osiągalna, o wyborze powinno decydować porównanie tolerancji i wykończenia z poprzedniego kroku.

Jeśli nie jest, druk jest trasą popartą dowodami, a krytyczne powierzchnie współpracy należy zaplanować z myślą o docelowej obróbce skrawaniem, by nadal spełniały rysunek¹⁰.

Koszt przy ilości prototypowej: ustalony jest tylko kierunek

Przy małych ilościach prototypowych źródła branżowe konsekwentnie sytuują druk 3D poniżej CNC pod względem kosztu. Podaje się, że wytwarzanie przyrostowe jest zwykle tańsze niż CNC przy ilościach poniżej 10 sztuk⁵, a druk 3D opisuje się jako ogólnie tańszy w fazie prototypowania²¹.

Mechanizm to amortyzacja przygotowania: koszty setupu, programowania i kalibracji CNC rozkładają się przy małym wolumenie na niewiele części, więc cena jednostkowa rośnie²². Dokładają się do tego wąskie tolerancje, bo wymagają wolniejszego skrawania i dodatkowej kontroli²².

Tego, czego źródła nie dają, to porównania kosztu całkowitego przy Twojej ilości. Nie ma tu pozycjonowanego rozbicia kosztów programowania, oprzyrządowania, czasu maszynowego, proszku, podpór, HIP ani docelowego skrawania dla którejkolwiek trasy, więc na podstawie tych dowodów nie wyliczysz punktu przecięcia kosztów.

Poproś każdego dostawcę o wycenę z rozbiciem na pozycje przy rzeczywistej ilości i porównuj sumy, a nie etykiety procesów.

Czas realizacji pierwszej funkcjonalnej części

Obie trasy są opisywane jako zdolne dostarczyć pierwsze części w skali około doby. Druk 3D może dostarczyć prototypy w ciągu 24 godzin⁵ i jest przedstawiany jako najszybszy proces na starcie, bo nie wymaga narzędzia²⁸.

Frezowanie CNC oferowane jest nawet w 1 dzień²⁶ i opisywane jako szybka realizacja części funkcjonalnych²⁸. Wartość w skali doby dotyczy tylko procesu zasadniczego.

Obróbka poselekementna, wykańczanie powierzchni i operacje drugie, takie jak obróbka cieplna i kontrola, mogą istotnie zwiększyć zarówno koszt, jak i czas realizacji, a często są zlecane na zewnątrz, co dokłada logistyki, manipulacji i czasu planowania²⁸. Obróbka cieplna może też wymagać późniejszej dodatkowej obróbki skrawaniem²².

Jeżeli Twój prototyp wymaga powłoki, cyklu HIP lub obrobionej powierzchni współpracy, zapytaj dostawcę o czas realizacji z tymi etapami, a nie tylko o czas budowania lub skrawania.

Zanim się zdecydujesz: weryfikacja dostawcy i materiału

Zakres materiałów i dokumentacja różnią się wyraźnie między trasami, więc potwierdź to, zanim zwolnisz rysunek.

• ✓Potwierdź, że konkretny stop, którego potrzebujesz, jest dostępny w wybranej trasie — dobór materiałów DMLS jest opisywany jako znacznie mniejszy niż w innych procesach metalowych.
• ✓Zapytaj, czy dostawca może dostarczyć certyfikaty materiałowe i raport z kontroli pierwszej sztuki (FAI) dla prototypu.
• ✓W przypadku części drukowanej potwierdź, jakie etapy obróbki wykończeniowej (wykańczanie wibracyjne, powłoki, docelowa obróbka skrawaniem) dostawca może wykonać lub skoordynować.
• ✓Zapytaj o czas realizacji wraz z wykańczaniem i wszelkimi zewnętrznymi operacjami drugimi, a nie tylko o czas zasadniczego budowania lub skrawania.

Gdzie źródła się różnią albo milczą

Skorzystaj z tej tabeli, aby zobaczyć, które wartości są sporne lub jednoźródłowe, i co należy zweryfikować u dostawcy zamiast ufać stronie.

Co potwierdzić przed zapytaniem ofertowym

• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak wartości UTS, plastyczności i zmęczenia w podziale na stopy dla CNC (metal przerobiony plastycznie) versus drukowanego metalu oraz brak danych o anizotropii, orientacji budowania, HIP i wpływie obróbki cieplnej na właściwości drukowanego materiału.
• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak minimalnego rozmiaru cechy dla każdego procesu oraz brak tolerancji utrzymanej po docelowym skrawaniu drukowanych powierzchni współpracy.
• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak kosztu i czasu realizacji wykończenia drukowanej części do docelowego Ra.
• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak pozycjonowanego rozbicia kosztów (programowanie, oprzyrządowanie, czas maszynowy, proszek, podpory, HIP, docelowa obróbka skrawaniem) oraz kosztu na część przy określonej ilości.
• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak danych o czasie realizacji HIP lub czasie oczekiwania w kolejce.
• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak ograniczeń podpór i otworów odwadniających oraz danych o minimalnych cechach dla druku.
• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak informacji o stanie proszku (pierwotny/recyklingowany), identyfikowalności i dostępności kontroli CT/rentgenowskiej.
• Public sources do not settle this — put it to the supplier: brak skwantyfikowanego wpływu HIP lub obróbki cieplnej na właściwości i koszt drukowanej części.