Kleinserien-Metal-3D-Druckservice im Vergleich zu CNC und Guss
Ein Kleinserien-Metal-3D-Druckservice sollte vor der Festlegung des Fertigungswegs gegen CNC-Bearbeitung und Guss abgewogen werden. Der niedrigste Rohlingspreis ist nicht immer der niedrigste Preis für das Fertigteil, und der beste Weg kann sich zwischen einem 1-teiligen Prototyp, einer 20-teiligen Pilotserie und einer 300-teiligen Wiederholungsbestellung ändern.
Für Neway lautet die entscheidende Frage nicht, ob ein Teil gedruckt werden kann. Es geht darum, ob die additive Metallfertigung Werkzeuge einspart, Bearbeitungsabfälle reduziert, interne Geometrien ermöglicht oder Teile so kombiniert, dass dies die Bauzeit im Pulverbett, die Stützstrukturentfernung, die Wärmebehandlung, die CNC-Nachbearbeitung und die Inspektion ausgleicht. Handelt es sich bei dem Teil um eine einfache Platte, Welle, Distanzscheibe oder einen Flansch, kann CNC weiterhin die sauberere Beschaffungsoption sein.
Dieser Vergleich richtet sich an Einkäufer, die ein Angebot für Metal-3D-Druck, ein CNC-Angebot oder ein Gussangebot für dasselbe Industrieteil vorbereiten. Die Anfrage (RFQ) sollte Menge, Geometrie, Material, Toleranz, bearbeitete Schnittstellen sowie den Status als Prototyp, Pilotlauf oder Wiederholungsproduktionsserie enthalten.
Die Losgröße ändert den Weg vor der Geometrie
Die Menge ist der erste kommerzielle Filter, da jeder Weg unterschiedliche Fixkosten mit sich bringt. Die Metall-AM durch Pulverbettfusion vermeidet Gusswerkzeuge und kann Einzelstücke komplexer Teile ohne spezielle Vorrichtungen für jede Oberfläche herstellen. CNC hat bei einfachen Formen einen geringen Rüstaufwand, kann jedoch teuer werden, wenn viel Material entfernt werden muss. Beim Guss kommen Werkzeug- und Gießereiplanung hinzu, sodass er sich erst leichter rechtfertigen lässt, wenn Design und Nachfrage stabil sind.
Für 1 bis 5 Stück lohnt sich eine Prüfung der AM, wenn das Teil interne Kanäle, gitterartige Gewichtsreduzierungen, integrierte Halterungen, konforme Durchgänge oder eine Geometrie aufweist, die mehrere CNC-Aufspannungen erfordern würde. CNC ist oft besser für massive Blöcke, Platten, Wellen, Flansche und Teile geeignet, bei denen die eingekaufte Rohlingsform nahe an der Endgeometrie liegt. Ein Guss macht in diesem Stadium selten Sinn, es sei denn, der Käufer testet einen zukünftigen Gussweg.
Für 10 bis 50 Stück wird die Entscheidung weniger automatisch. Ein genesteter AM-Aufbau kann die Rüstkosten auf eine Charge verteilen, aber die Entfernung von Stützstrukturen, Spannungsarmglühen, HIP (Heißisostatisches Pressen), falls erforderlich, CNC-Nachbearbeitung und Inspektion bleiben bestehen. CNC kann gewinnen, wenn das Material als Stange, Platte, Rohr oder Schmiedestück verfügbar ist und das Design einen offenen Werkzeugzugang bietet. Ein Guss kann in Betracht gezogen werden, wenn die Geometrie bereits einer stabilen Produktionsabsicht entspricht und Werkzeugänderungen unwahrscheinlich sind.
Für 50 bis 500 Stück werden Wiederholgenauigkeit und Kosten für das Fertigteil wichtiger als die Geschwindigkeit beim Erstteil. AM kann weiterhin die richtige Wahl sein für konsolidierte Teile, interne Strömungswege oder Kleinserien in der Luftfahrt, Energiebranche, Robotik und medizintechnischen Vorrichtungen, die keine guten Kandidaten für Guss oder Bearbeitung sind. Der Guss kann konkurrieren, wenn die Werkzeugkosten auf das Los verteilt werden können und das Teil Gießzugaben, Anschnitte und nachgelagerte Bearbeitung tolerieren kann.
Bestellsituation | Metal-AM-Weg | CNC-Weg | Gussweg | Käuferentscheidung vor dem Angebot |
|---|---|---|---|---|
1 bis 5 Prototypen | Starke Eignung für interne Kanäle, Leichtbaustrukturen, konsolidierte Teile und schnelle Designprüfungen. | Starke Eignung für einfache Blöcke, Platten, Wellen, Flansche und rohlingfreundliche Geometrien. | Wird normalerweise nur verwendet, wenn der Prototyp dazu dient, einen zukünftigen Gussweg zu verifizieren. | Entscheiden Sie, ob Funktion oder Simulation des Produktionswegs wichtiger sind. |
10 bis 50 Pilotstücke | Nützlich, wenn Nesting, Designkomplexität und geringes Werkzeugrisiko die Bau- und Nachbearbeitungskosten ausgleichen. | Nützlich, wenn wiederholte Aufspannungen einfach und der Bearbeitungszugang offen ist. | Möglich, wenn das Design stabil ist und das Werkzeugrisiko akzeptabel ist. | Vergleichen Sie die Kosten für das Fertigteil, nicht nur den Baupreis oder den Rohmaterialpreis. |
50 bis 500 Wiederholungsstücke | Immer noch praktikabel für komplexe Kleinserienproduktion mit AM-spezifischer Geometrie. | Praktikabel für präzise einfache Teile, wenn Materialverschrottung akzeptabel ist. | Kann attraktiv werden, wenn die Werkzeugkosten amortisiert sind und die Anforderungen an die Gussqualität klar definiert sind. | Bestätigen Sie, ob zukünftige Designrevisionen wahrscheinlich sind, bevor Sie Werkzeugkosten zahlen. |
Geometrien, die eine Prüfung der AM lohnenswert machen
Der Metal-3D-Druck in kleinen Serien ist besonders überzeugend, wenn die Geometrie einen Wert schafft, den CNC oder Guss nicht leicht bieten können. Interne Kühlkanäle, Verteiler, Leichtbauhalterungen, integrierte Befestigungsmerkmale, gekrümmte Leitungen und Teilekonsolidierung sind häufige Auslöser. Wenn ein Design eine Baugruppe aus geschweißten oder verschraubten Teilen in einen einzigen gedruckten Körper verwandelt, sollte der Käufer neben dem Stückpreis auch Montageaufwand, Leckagerisiko, Toleranzkumulation und Inspektionsaufwand vergleichen.
Die Pulverentfernung muss Teil dieser Prüfung sein. Ein versiegelter interner Hohlraum, ein Sacklochkanal oder ein langer, schmaler Kanal kann die AM riskant machen, wenn das Pulver nicht entweichen kann. Ein Käufer sollte Ablassöffnungen, Inspektionserwartungen und den Zweck des internen Merkmals (funktional, kosmetisch oder nur zur Gewichtsreduzierung) aufzeigen. Einige Kanäle erfordern möglicherweise Designänderungen, das Aufteilen zur Inspektion oder einen anderen Fertigungsweg.
Dünne Rippen, hohe ungestützte Wände, breite flache Flächen und Übergänge von schwer zu dünn können die Bauorientierung und Verzug beeinflussen. Ein Teil benötigt möglicherweise zusätzliche Stützstrukturen, Spannungsarmglühen oder Bearbeitungsübermaß. Wenn eine kritische Dichtfläche, ein Lagersitz, ein Gewinde, eine Bohrung oder ein Bezugspunkt vorhanden ist, sollte diese als bearbeitete Oberfläche spezifiziert und nicht im „wie-gedruckt“-Zustand belassen werden.
Individuelle metallische 3D-gedruckte Teile sollten nicht allein wegen der geringen Stückzahl ausgewählt werden. Handelt es sich bei dem Teil um eine einfache rechteckige Abdeckplatte mit Löchern, eine gedrehte Buchse, eine gerade Welle oder einen flachen Flansch, kann CNC schneller angeboten und einfacher inspiziert werden. AM wird stärker, wenn das Design den Prozess nutzt, anstatt ihn lediglich als Ersatz für einen bearbeiteten Rohling zu betrachten.
Bereiche, in denen CNC die sauberere Beschaffung bleibt
CNC-Bearbeitung ist oft der richtige Weg, wenn die Geometrie einfach ist, die Rohlingsform verfügbar ist und die Fertigtoleranzen den Hauptwerttreiber darstellen. Sie kann auch besser sein, wenn alle kritischen Merkmale über konventionelle Aufspannungen zugänglich sind und kein internes AM-Merkmal benötigt wird.
CNC vermeidet zudem einige AM-spezifische Schritte. Es gibt möglicherweise keine Entfernung von Stützstrukturen, keinen Pulverumschlag, keine Trennung von der Bauplatte und keine Anforderung an das AM-Spannungsarmglühen. Für einen kleinen Edelstahlblock, eine Aluminiumhalterung mit einfachen Taschen oder einen Stahlfansch mit präzisen Lochkreisen kann CNC einen direkten Weg vom Rohling zum Fertigteil bieten.
Materialverschwendung ist der Gegenpunkt. Eine Leichtbauhalterung, die aus einem großen Block geschnitten wird, entfernt möglicherweise den Großteil des eingekauften Materials. Ein komplexer Verteiler erfordert möglicherweise mehrere Aufspannungen und verschlossene querbohrte Löcher. In solchen Fällen kann das CNC-Angebot zunächst einfach erscheinen und dann wachsen, sobald Vorrichtungen, Werkzeugzugang, tiefe Löcher, Entgraten, Inspektion und Montage einberechnet werden.
Neway bittet Käufer üblicherweise, die Oberflächen zu markieren, die wirklich bearbeitet werden müssen. Wenn jeder Oberfläche eine enge Toleranz oder eine feine Oberflächengüte zugewiesen wird, können sowohl AM plus CNC als auch Voll-CNC teuer werden. Die Trennung von funktionalen Flächen und unkritischen Oberflächen hilft, die beiden Wege fair zu vergleichen.
Wann der Guss zu konkurrieren beginnt
Der Guss wird praktischer, wenn die Geometrie stabil ist, die Menge die Werkzeugkosten absorbieren kann und der Käufer Gießzugaben akzeptiert. Er kann für Wiederholkomponenten geeignet sein, bei denen die Near-Net-Shape-Fertigung Materialverschwendung reduziert und das Fertigteil nur eine selektive Bearbeitung benötigt. Feinguss oder andere Gussverfahren können auch Formen unterstützen, die schwierig aus massivem Rohmaterial zu bearbeiten sind.
Der Kompromiss besteht darin, dass Werkzeug, Musterkontrolle, GussSchwindung, Anschnitte, Schalen- oder Formprozess, Gießereiausbeute, Wärmebehandlung und Bearbeitungsübermaß früher definiert werden müssen. Wenn der Käufer nach den ersten Stücken Designänderungen erwartet, kann der Guss teuer werden, da Werkzeugänderungen jeder Revision folgen. Metal-AM kann für frühe Pilot-Hardware besser geeignet sein, bei der die Geometrie noch getestet wird.
Der Guss sollte als Fertigungsweg und nicht nur als günstigerer Rohling angeboten werden. Der Käufer sollte fragen, welche Oberflächen im Guszzustand verbleiben, welche Flächen bearbeitet werden, welche Inspektion den Guss bestätigt und ob Fehler gemäß Zeichnung oder Spezifikation akzeptabel sind. Dasselbe Fertigteil kann einen anderen Abnahmeweg haben, je nachdem, ob es gedruckt, bearbeitet oder gegossen wurde.
Die Kosten für das Fertigteil sind nicht die Kosten für den Rohrohling
Ein Angebot für einen Kleinserien-Metal-3D-Druckservice sollte an der Grenze des Fertigteils verglichen werden. Die AM-Kosten können Arbeiten zur Bauorientierung, Maschinenzeit, Stützvolumen, Pulververbrauch, Entfernen von der Bauplatte, Spannungsarmglühen, Entfernen von Stützstrukturen, HIP (falls erforderlich), CNC-Bearbeitungsübermaß, Oberflächenbehandlung und Inspektion umfassen. Die CNC-Kosten können Rohlingsgröße, Aufspannungen, Vorrichtungszeit, Werkzeugzugang, Entgraten, Gewindefräsen oder Gewindebohren und KMG-Zeit umfassen. Die Gusskosten können Werkzeug, Musterwartung, Gießereiprozess, Wärmebehandlung, Gussreinigung, Bearbeitungsübermaß und Fehlerinspektion umfassen.
Auch die Fertigtoleranz verändert den Vergleich. AM kann die Near-Net-Shape-Form drucken, während CNC Bezüge, Bohrungen, Gewinde, Dichtflächen und Lagersitze nachbearbeitet. CNC kann jede Oberfläche aus dem Rohling bearbeiten. Beim Guss muss möglicherweise nur an ausgewählten Schnittstellen bearbeitet werden, jedoch müssen Gussstreuungen und die Planung der Zugaben einbezogen werden.
Kostenelement | AM-Kostentreiber | CNC-Kostentreiber | Guss-Kostentreiber |
|---|---|---|---|
Geometrieerstellung | Bauhöhe, Orientierung, Stützstrukturen, Nesting und Pulverentfernung. | Materialabtrag, Anzahl der Aufspannungen, Werkzeugreichweite und Vorrichtungszugang. | Muster- oder Werkzeugdesign, Anschnitte, Formprozess und Gießereiausbeute. |
Funktionale Schnittstellen | CNC-Übermaß für Löcher, Gewinde, Bezüge, Dichtflächen und Lagersitze. | Direkte Bearbeitung aller funktionalen Flächen aus dem Rohling. | Bearbeitungsübermaß nach dem Guss und Reinigung kritischer Flächen. |
Chargenwirtschaftlichkeit | Nesting-Effizienz und Planung wiederholter Bauten für Pilot- oder Wiederholungschargen. | Wiederholbarkeit der Aufspannung und Zykluszeit über die Charge hinweg. | Amortisation der Werkzeugkosten und Wiederholgenauigkeit der Gießerei. |
Verifizierung | Maßprüfung sowie ggf. CT oder Prüfung interner Merkmale. | KMG, Gewindelehren, Oberflächenprüfungen und Entgratkontrolle. | Gussinspektion, Bearbeitungsinspektion und Fehlerakzeptanz. |
Zu sichernde Wegnachweise vor Freigabe der Bestellung
Bevor Sie ein endgültiges Angebot anfordern, senden Sie die STEP-Datei, die 2D-Zeichnung, die Materialgüte, Mengenbreakpoints, den Status als Prototyp oder Wiederholungsproduktion, kritische Oberflächen, erforderliche Toleranzen, Oberflächengüte, Erwartungen an die Wärmebehandlung, Inspektionsunterlagen und etwaige Präferenzen für den Fertigungsweg. Wenn Sie Metal-3D-Druck im Vergleich zu CNC-Bearbeitung gegenüberstellen, senden Sie bitte auch die aktuelle CNC-Zeichnung, falls vorhanden.
Identifizieren Sie für AM interne Kanäle, Pulveraustrittspfade, bearbeitetes Übermaß und Oberflächen, die im „wie-gedruckt“-Zustand verbleiben können. Für CNC identifizieren Sie die verfügbare Rohlingsform, die Bezugsstrategie, tiefe Merkmale und Gewindeanforderungen. Für den Guss geben Sie an, ob Werkzeuge akzeptabel sind, ob sich das Design ändern kann und welche Flächen nach dem Guss bearbeitet werden. Käufer, die von der Prototypen- zur Kleinserienproduktion übergehen, können auch die Anforderungen an Rapid Prototyping heranziehen, wenn die erste Charge dazu dient, Passform oder Funktion zu verifizieren.
Wenn dieselbe Zeichnung an mehrere Lieferanten gesendet wird, vergleichen Sie nicht nur die erste Zahl im Angebot. Fragen Sie, ob jedes Angebot fertige Bearbeitung, Wärmebehandlung, Entfernung von Stützstrukturen oder Angüssen, Oberflächenbehandlung, Inspektionsunterlagen und Verpackungsanforderungen umfasst. Nur so kann ein Angebot für einen Kleinserien-Metal-3D-Druckservice mit CNC und Guss auf derselben Akzeptanzbasis verglichen werden.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
