Услуги малосерийной 3D-печати металлом в сравнении с ЧПУ и литьем

Прежде чем покупатель выберет маршрут производства, услугу малосерийной 3D-печати металлом следует сравнить с механической обработкой на станках с ЧПУ и литьем. Самая низкая цена заготовки не всегда означает самую низкую цену готовой детали, и оптимальный маршрут может меняться в зависимости от того, является ли заказ прототипом в одном экземпляре, пробной партией из 20 штук или повторным заказом на 300 единиц.

Для компании Neway важный вопрос заключается не в том, можно ли напечатать деталь. Вопрос в том, устраняет ли аддитивное производство металлом необходимость в оснастке, снижает ли отходы при механической обработке, позволяет ли создавать внутреннюю геометрию или объединять детали таким образом, чтобы компенсировать время построения в слое порошка, удаление поддержек, термообработку, финишную обработку на ЧПУ и контроль качества. Если деталь представляет собой простую пластину, вал, проставку или фланец, покупка услуги ЧПУ может быть более целесообразным решением.

Это сравнение предназначено для покупателей, готовящих запрос коммерческого предложения (RFQ) на 3D-печать металлом, обработку на ЧПУ или литье для одной и той же промышленной детали. В RFQ должны быть указаны количество, геометрия, материал, допуски, обрабатываемые интерфейсы, а также тип заказа: прототип, пробная партия или серийное производство.

Размер партии влияет на выбор маршрута раньше, чем геометрия

Количество является первым коммерческим фильтром, поскольку каждый маршрут несет различные постоянные издержки. Аддитивное производство металлом методом сплавления в порошковом слое исключает необходимость в литейной оснастке и позволяет изготавливать единичные сложные детали без специализированных приспособлений для каждой поверхности. Обработка на ЧПУ имеет низкие затраты на наладку для простых форм, но может стать дорогостоящей при большом объеме удаляемого материала. Литье требует создания оснастки и планирования литейного процесса, поэтому его использование становится более оправданным после стабилизации конструкции и спроса.

Для партий от 1 до 5 штук стоит рассмотреть аддитивное производство (AM), если деталь имеет внутренние каналы, решетчатые структуры для облегчения веса, интегрированные кронштейны, конформные каналы или геометрию, требующую нескольких установок на ЧПУ. ЧПУ часто лучше подходит для сплошных блоков, пластин, валов, фланцев и деталей, где форма закупленного материала близка к конечной геометрии. Литье редко имеет смысл на этом этапе, если только покупатель не тестирует будущий литейный маршрут.

Для партий от 10 до 50 штук решение становится менее очевидным. Пакетная сборка в AM может распределить затраты на наладку на всю партию, но удаление поддержек, снятие напряжений, горячее изостатическое прессование (HIP) при необходимости, финишная обработка на ЧПУ и контроль качества все равно остаются необходимыми этапами. ЧПУ может выиграть, когда материал доступен в виде прутка, плиты, трубы или поковки, а конструкция обеспечивает открытый доступ инструмента. Литье можно рассмотреть, если геометрия уже соответствует стабильным производственным намерениям и изменения оснастки маловероятны.

Для партий от 50 до 500 штук повторяемость и стоимость готовой детали становятся важнее скорости изготовления первого образца. AM все еще может быть правильным выбором для консолидированных деталей, внутренних путей потока или малосерийных изделий для аэрокосмической отрасли, энергетики, робототехники и медицинских применений, которые не подходят для литья или механической обработки. Литье может начать конкурировать, когда стоимость оснастки распределяется на всю партию, а деталь может допускать литейные припуски, литниковую систему и последующую механическую обработку.

Геометрия, делающая рассмотрение AM целесообразным

Малосерийная 3D-печать металлом имеет веские преимущества, когда геометрия создает ценность, которую ЧПУ или литье не могут обеспечить легко. Внутренние каналы охлаждения, коллекторы, легкие кронштейны, интегрированные крепежные элементы, изогнутые воздуховоды и консолидация деталей являются распространенными триггерами. Если конструкция превращает сборку сварных или болтовых деталей в единое печатное тело, покупатель должен сравнить трудозатраты на сборку, риск утечек, накопление допусков и нагрузку на контроль качества, а также цену за единицу.

Удаление порошка должно быть частью этого анализа. Герметичная внутренняя полость, глухой канал или длинный узкий проход могут сделать AM рискованным, если порошок не может быть удален. Покупатель должен указать дренажные отверстия, ожидания по контролю качества и то, является ли внутренняя особенность функциональной, декоративной или используется только для снижения веса. Некоторые каналы могут потребовать изменений в конструкции, разделения для инспекции или выбора другого производственного маршрута.

Тонкие ребра, высокие неопираемые стенки, широкие плоские грани и переходы от массивных к тонким сечениям могут влиять на ориентацию построения и деформацию. Деталь может потребовать дополнительных поддержек, снятия напряжений или припуска на финишную механическую обработку. Если присутствует критическая уплотняющая поверхность, посадочное место подшипника, резьба, отверстие или база, она должна быть обозначена как обработанная поверхность, а не оставлена в состоянии «как напечатано».

Индивидуальные детали, напечатанные на 3D-принтере из металла, не следует выбирать только потому, что количество мало. Если деталь представляет собой простую прямоугольную крышку с отверстиями, точеную втулку, прямой вал или плоский фланец, ЧПУ может быть быстрее в расчете стоимости и проще в контроле. AM становится сильнее, когда конструкция использует возможности процесса, а не рассматривает его просто как замену механически обработанной заготовке.

Где ЧПУ остается более чистым решением

Механическая обработка на ЧПУ часто является правильным маршрутом, когда геометрия проста, доступна соответствующая форма заготовки, а основные драйверы ценности — это готовые допуски. Это также может быть лучше, когда все критические особенности доступны при стандартных установках и не требуются внутренние функции, характерные для AM.

ЧПУ также позволяет избежать некоторых этапов, специфичных для AM. Может не потребоваться удаление поддержек, работа с порошком, отделение от платформы построения и снятие напряжений, характерное для AM. Для небольшого блока из нержавеющей стали, алюминиевого кронштейна с простыми карманами или стального фланца с точными отверстиями под болты ЧПУ может обеспечить прямой путь от заготовки к готовой детали.

Отходы материала являются обратной стороной. Легкий кронштейн, вырезанный из крупной заготовки, может привести к удалению большей части закупленного материала. Сложный коллектор может потребовать нескольких установок и заглушенных перекрестных отверстий. В таких случаях предложение по ЧПУ может сначала выглядеть простым, но вырасти в цене, когда будут учтены приспособления, доступ инструмента, глубокие отверстия, удаление заусенцев, контроль качества и сборка.

Компания Neway обычно просит покупателей отмечать поверхности, которые действительно нуждаются в механической обработке. Если каждому поверхностному элементу задан жесткий допуск или чистота обработки, как комбинация AM плюс ЧПУ, так и полное ЧПУ могут стать дорогими. Разделение функциональных граней от некритических поверхностей помогает справедливо сравнить два маршрута.

Когда литье начинает конкурировать

Литье становится более практичным, когда геометрия стабильна, количество позволяет амортизировать стоимость оснастки, и покупатель принимает литейные припуски. Оно может подходить для повторяющихся компонентов, где форма, близкая к чистой (near-net shape), снижает отходы материала, а готовая деталь требует лишь выборочной механической обработки. Литье по выплавляемым моделям или другие литейные методы также могут поддерживать формы, которые трудно изготовить механической обработкой из сплошной заготовки.

Компромисс заключается в том, что оснастка, контроль модели, усадка при литье, литниковая система, процесс изготовления оболочки или формы, выход годного литья, термообработка и припуск на механическую обработку должны быть определены на более раннем этапе. Если покупатель ожидает изменений в конструкции после изготовления первых деталей, литье может стать дорогим, поскольку изменения оснастки следуют за каждым изменением конструкции. Металлическое AM может быть лучше для раннего опытного оборудования, где геометрия все еще тестируется.

Литье следует запрашивать как производственный маршрут, а не только как более дешевую заготовку. Покупатель должен уточнить, какие поверхности остаются в состоянии «как отлито», какие грани подвергаются механической обработке, какой контроль подтверждает качество литья и допустимы ли какие-либо дефекты согласно чертежу или спецификации. Один и тот же готовый продукт может иметь разные пути приемки в зависимости от того, напечатан ли он, обработан механически или отлит.

Стоимость готовой детали не равна стоимости сырой заготовки

Предложение на услугу малосерийной 3D-печати металлом следует сравнивать на уровне границ готовой детали. Стоимость AM может включать работу по ориентации построения, время работы машины, объем поддержек, использование порошка, удаление с платформы построения, снятие напряжений, удаление поддержек, горячее изостатическое прессование (HIP) при необходимости, припуск на механическую обработку ЧПУ, поверхностную обработку и контроль качества. Стоимость ЧПУ может включать размер заготовки, количество установок, время на приспособления, доступ инструмента, удаление заусенцев, фрезерование или нарезку резьбы и время работы КИМ. Стоимость литья может включать оснастку, обслуживание моделей, литейный процесс, термообработку, очистку отливок, припуск на механическую обработку и контроль дефектов.

Готовые допуски также меняют сравнение. AM может печатать форму, близкую к чистой, в то время как ЧПУ обрабатывает базы, отверстия, резьбы, уплотняющие поверхности и посадочные места подшипников. ЧПУ может обрабатывать каждую поверхность из заготовки. Литье может требовать механической обработки только на выбранных интерфейсах, но необходимо учитывать вариативность литья и планирование припусков.

Доказательства выбора маршрута перед выпуском заказа на покупку (PO)

Перед запросом окончательного коммерческого предложения отправьте STEP-файл, 2D-чертеж, марку материала, точки изменения количества, этап (прототип или серийное производство), критические поверхности, требуемые допуски, чистоту поверхности, ожидания по термообработке, записи контроля качества и любые предпочтения по маршруту. При сравнении 3D-печати металлом и механической обработки на ЧПУ, также отправьте текущий чертеж для ЧПУ, если он существует.

Для AM определите внутренние каналы, пути выхода порошка, припуск на механическую обработку и поверхности, которые могут остаться в состоянии «как напечатано». Для ЧПУ определите доступную форму заготовки, стратегию базирования, глубокие элементы и требования к резьбе. Для литья укажите, приемлема ли оснастка, возможны ли изменения в конструкции и какие поверхности будут обрабатываться после литья. Покупатели, готовящиеся к переходу от прототипирования к малосерийному производству, также могут ссылаться на требования быстрого прототипирования, когда первая партия предназначена для проверки посадки или функции.

Если один и тот же чертеж отправляется нескольким поставщикам, не сравнивайте только первую цифру в предложении. Уточните, включает ли каждое предложение финишную механическую обработку, термообработку, удаление поддержек или литников, поверхностную обработку, записи контроля качества и требования к упаковке. Это единственный способ сравнить предложение на малосерийную 3D-печать металлом с ЧПУ и литьем на одинаковой основе приемки.

Связанные часто задаваемые вопросы

1. Каково главное преимущество использования DMLS для металлических деталей по сравнению с традиционными методами производства?

2. Как оценивается стоимость 3D-печати металлом?

3. Когда металлическому AM требуется механическая обработка на ЧПУ?

4. Как стоимость 3D-печати соотносится с традиционным производством при малосерийном выпуске?

5. Может ли 3D-печать из AlSi10Mg заменить алюминиевые детали, обработанные на ЧПУ?

6. Можно ли использовать DMLS для высокопроизводительных деталей конечного использования?