Balansering CNC-bearbetning och 3D-utskrift för metalldelar

Omfamna Yin och Yang av metalltillverkning

Designa metalldelar? Genom att införliva både CNC-bearbetning och 3D-utskrift av metall i din tillverkningsverktygslåda har du inte bara mycket större flexibilitet i deldesignen, utan får också möjlighet att skaffa dem på kortare tid och mer kostnadseffektivt än någonsin tidigare. För att dra nytta av detta måste du dock förstå de delade styrkorna och inneboende skillnaderna i varje process och hur du bäst använder dem till din fördel.

Omfamna Yin och Yang av metalltillverkning

Ingenstans är detta förhållande mer betydelsefullt än det band som finns mellan CNC-bearbetning och direkt metalllaser sintring, den ledande tekniken för 3D-utskrift av komplexa metalldelar. Den senare kan producera praktiskt taget vilken delform som helst med inget annat än en laserstråle och en hög med metallpulver, men det kan vara en långsam process. Bearbetning å andra sidan är mer begränsad när det gäller geometri, men erbjuder mycket snabbare produktionshastigheter. Valet som ska användas är alltså i första hand en fråga om A) kan delen eller delarna bearbetas, och B) hur många delar behöver tillverkas?

I många fall kan de två tillverkningsprocesserna fungera tillsammans. Exempel? Ofta förlitar sig metallbaserad additiv tillverkning på sitt subtraktiva alter ego för att avsluta jobbet. Hål måste borras eller reamed, trådar knackas eller gängfräsas, kritiska ytor fräsas, vändas eller slipas till storlek. Åtminstone behöver 3D-utskrivna delar lite manuell TLC i form av rengöring, blästring och supportborttagning, vilket i stort sett garanterar ett besök i maskinverkstaden.

Vad betyder allt detta för dig eller någon som letar efter det mest effektiva sättet att tillverka funktionella prototyper och lägre mängder slutanvändningsmetalldelar? Tillräcklig.

Genom att anta en strategi där 3D-utskrift och bearbetning av metall kan vara olika steg i samma tillverkningsprocess kan du utnyttja det bästa av två världar, eliminera överraskningar, minska kostnaderna och förbättra deldesignen. Här är en handfull designöverväganden att tänka på innan du dyker in i ditt nästa designprojekt i metalldelar.

Byggnad kontra skärande metalldelar

Som nämnts i början av detta designtips är det viktigt att ha ett fast grepp om de processer som används för att göra dem. Vi vet att detta kan vara allmänt känt för många ingenjörer, så ha tålamod med oss för några stycken.

Av de fem additiva tillverkningstekniker som används på Protolabs (som står för lejonparten av alla 3D-utskriftsprocesser överallt) är DMLS den enda som skriver ut metall. I likhet med alla pulverbäddsutskrifter använder den en laser (eller lasrar) för att smälta mjölstora korn av metallpulver i maskinens byggkammare. Från och med botten och upp smälter maskinen ett papperstunt arbetsstycke i taget, med ett omlacksblad som drar färskt pulver över toppen efter varje pass tills delen är klar.

Som jämförelse använder bearbetning superhårda skärverktyg för att avlägsna metall, antingen genom att rotera nämnda verktyg mot och runt ett fast arbetsstycke (fräsning), eller genom att flytta ett stationärt skärverktyg mot och runt ett roterande arbetsstycke (svarvning). Det finns mycket mer i bearbetningsprocessen än denna mikroförklaring, men det som är viktigt att veta just nu är att bearbetningen tar vid där DMLS slutar. Med andra ord lägger DMLS till material i enstaka lager. Bearbetning tar bort material, ibland i stora hunks, men ibland mycket lätt för att uppnå fina ytresultat.

Noggrannhetsöverväganden för metalldelar

Även om DMLS kan skapa extremt komplexa former som annars skulle vara otillverkbara, är det inte utan begränsningar. Till att börja med sker betydande uppvärmning och kylning av metallen när lasern gör sitt arbete, vilket skapar interna påfrestningar som måste avlägsnas via efterbyggnad av värmebehandling. Detta betyder lite för de människor som utformar delen, förutom att stressavlastning motsvarar en viss mängd delrörelse och därför viss förlust av noggrannhet. Detta är en anledning – men inte den enda – till varför även en väldesignad DMLS-producerad del kräver bearbetning av någon delfunktion där toleranser är snävare än ±0,1 mm krävs.

Avsluta där DMLS lämnar

En annan anledning till att kombinera DMLS och bearbetning är ytfinish. På en vertikal eller horisontell yta ger DMLS en del grovhet ungefär lika med en sandgjutning. Alla andra ytor kommer att se en viss mängd trappsteg, en effekt som till stor del beror på hur delen är placerad i byggkammaren. Om din deldesign kräver en jämn finish måste den blästras, slipas eller eventuellt bearbetas. Den sista delen är ingen stor sak, såvida inte din deldesign kräver en fin finish på en yta som ändfräsen, borren eller svarvningsverktyget inte kan nå. Hur som helst, se till att ropa ut sådana kritiska funktioner på din CAD-modell när du skickar till Protolabs, så att funktionerna som behöver sekundär bearbetning, inklusive bearbetning, kan identifieras.

Ta bort DMLS-stöd

Stödstrukturer bör också beaktas vid utformning av metalldelar vid additiv tillverkning. DMLS är lite som att bygga ett metallsandsslott - utan några snäckskal och kvistar för att hålla ihop saken kommer vallarna att falla, arkitravesna smulas sönder. Med DMLS behövs ställningsliknande stöd för att hålla den halvsmälta metallen från att dregla, curla eller på annat sätt missköta sig. Ofta kan dessa stöd tas bort med ett Dremel-verktyg, men bearbetning kan vara den föredragna metoden där större delvolymer krävs, eller när arbetsstycket ändå är på väg till maskinverkstaden för en av de borrnings-, fräs- eller svarvningsoperationer som nämnts tidigare.

Fixera utskrivna delar

Till skillnad från DMLS, som inte kräver något annat än en enkel "byggplatta" för att bära arbetsstycket till färdigställande, måste bearbetade delar spännas fast, bultas eller på annat sätt fästas säkert på maskinen för att förhindra skärning av verktygsinducerade rörelser. Om ditt 3D-printade arbetsstycke helt består av böjda, organiska former (vilket är en av 3D-utskriftens största tilltalar), hur ska maskinisten hålla fast vid det för svarvning eller fräsning? Kontrollera med en applikationsingenjör på Protolabs, men du kan behöva designa i ett par parallella ytor eller några monteringshål för att klämma fast det 3D-utskrivna arbetsstycket för bearbetning.

Fräsning över bearbetningsförmåga

Slutligen finns det metallen att tänka på. De lasrar som används av DMLS bryr sig inte riktigt om hur hård eller tuff en metall är, men skärverktyg gör säkert. DMLS är känt för sin förmåga att 3D-printa flyg- och medicinska metaller som titan, Inconel, koboltkrom och andra, och även om olika laserparametrar och bygghastigheter kan krävas, gör det det med relativ straffrihet. Bearbetning av samma metaller kräver å andra sidan lättare skärdjup, långsammare hastigheter och matningar (lite bearbetnings-tala här), och kommer att förbruka fler skärverktyg och bearbetningstid. För att se alla Protolabs metallalternativ för bearbetning och 3D-utskrift, gå över till materialjämförelseguiden. Utöver guidens lista kan du ha andra materialrelaterade frågor. Om Protolabs till exempel inte bearbetar ett visst material betyder det inte nödvändigtvis att vi inte heller skulle eftermaskina det i 3D-utskrifter – det kan vi. För dessa specifika frågor, kontakta en av våra applikationsingenjörer på +46 (0) 8408 391 86 eller customerservice@protolabs.se.

Kombinera komplexa metalltillverkningsprocesser

Den övergripande punkten är följande: Du kan faktiskt utnyttja det bästa av två världar – 3D-utskrift och bearbetning – tillsammans för metalldelar, men noga överväga de designalternativ som beskrivs i det här tipset. Bearbetning och 3D-utskrift av metall är djup, komplex teknik, och det är bara genom att förstå hur var och en kommer att påverka ditt designprojekt som framgång kommer att uppnås. Ställ frågor, omfamna varje process och förstå att båda är nära sammansvetsade partners inom tillverkning.

Om du har en metalldelsdesign som kan dra nytta av att kombinera 3D-utskrift och CNC-bearbetning kan du ange det under 3D-utskriftsprocessen. När du laddar upp CAD-filen väljer du alternativet för anpassad finish och lägger till anteckningar som anger vilka funktioner eller ytor som kräver ytterligare efterbehandling. Du kan också bifoga dokument, till exempel en ritning, för att identifiera toleranser, ytans slutprocess och andra tillverkningskrav.

2021-11-23 - Industritorget

Kontaktinformation

Protolabs

08408 391 86

Se hemsida

Skicka e-post

Kontakter

Länkar

Filmer

Karta

Skriv ut
Tipsa

Postadress
Halesfield 8
TF74QN Telford

Besöksadress
C/o The Works Medborgarplatsen 25
11872 Stockholm

Region
Storbritannien

Organisationsnummer:
5366160

Grundat: Ej angivet
Anställda: Ej angivet

Kontakter

Länkar

Filmer

Karta

Välkommen till Protolabs!

Företaget grundades 1999 av Larry Lukis, en framgångsrik entreprenör och datanörd. Han ville radikalt minska tidsåtgången för att ta fram formsprutade prototypsdelar.

Hans lösning var att automatisera den traditionella produktionsprocessen genom att utveckla en komplex mjukvara som kommunicerade med ett nätverk av fräsar och pressar. Till följd av detta kunde plast- och metalldelar produceras på en bråkdel av den tid det tidigare hade tagit.

Hur vi kan hjälpa
Snabbare produktutveckling, minskade kostnader och optimerad leveranskedja med 3D-utskrifter, CNC-bearbetning och formsprutning som tekniken möjliggör.

Välkommen att kontakta oss!

Skicka förfrågan