Có cần thiết phải thực hiện gia công chính xác CNC sau khi in 3D kim loại không?

1. Cốt lõi của công nghệ: khả năng phối hợp của các vật liệu cộng và trừ
Sự khác biệt chính giữa gia công chính xác CNC và in 3D kim loại là điều khiến chúng hoạt động cùng nhau trong quy trình sản xuất:
Những cách khác nhau để hình thành
In 3D kim loại tạo ra mọi thứ bằng cách làm tan chảy từng lớp bột kim loại. Bề mặt thể hiện các mẫu lớp điển hình và dấu vết của bể tan chảy. Có thể có vấn đề với cấu trúc vi mô, chẳng hạn như bột không kết dính và có lỗ nhỏ. Gia công chính xác CNC sử dụng công cụ cắt để loại bỏ vật liệu, tạo hiệu ứng gương có Ra0,8 μm trở xuống và có thể quản lý dung sai kích thước trong khoảng ± 0,01 mm.
Giới hạn khả năng xử lý
In 3D có một số lợi ích. Ví dụ, nó có thể tạo ra các cấu trúc phức tạp khó thực hiện bằng các phương pháp cũ hơn, như các kênh làm mát phù hợp, cấu trúc giảm trọng lượng mạng và các khoang có nhiều góc. Ví dụ, một cánh động cơ hàng không sử dụng công nghệ in 3D để làm rỗng bên trong, giúp giảm 40% trọng lượng trong khi vẫn giữ được độ bền của cấu trúc.
Lợi ích của gia công CNC: Gia công hiệu quả hơn đối với các dạng phổ biến như mặt phẳng và hình trụ và không cần phải xử lý các cấu trúc hỗ trợ còn sót lại. Ví dụ: phay CNC đã tạo ra độ nhám bề mặt của một trục truyền động ô tô nhất định Ra0,4 μm, đáp ứng nhu cầu chống mài mòn khi quay tốc độ-cao.
Xu hướng sản xuất lai
Phương pháp kết hợp "in 3D + gia công chính xác CNC" đang trở thành tiêu chuẩn trong ngành. Ví dụ: một công ty sản xuất khuôn mẫu chính xác sử dụng công nghệ in 3D để tạo lõi khuôn với ba lớp kênh làm mát bên trong. Sau đó, họ sử dụng công nghệ CNC để làm cho quá trình làm mát hiệu quả hơn 30% và giảm thời gian giao hàng từ 14 ngày xuống còn 5 ngày.
2. Nhu cầu công nghiệp: các tiêu chí khác nhau về độ nhám bề mặt
Các ngành công nghiệp riêng biệt có nhu cầu riêng về chất lượng bề mặt, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến nhu cầu gia công chính xác CNC:
Lĩnh vực hàng không vũ trụ
Các bộ phận phải có khả năng xử lý các điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ cao, áp suất cao và ứng suất cao) và các khuyết tật trên bề mặt có thể dẫn đến các vết nứt do mỏi.
Một ví dụ phổ biến là gia công CNC làm giảm độ nhám của bề mặt bịt kín từ Ra12 μm xuống Ra0,8 μm khi một loại vòi phun động cơ tên lửa nhất định được in 3D. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ bịt kín ở nhiệt độ cao từ 50 lần đến 200 lần.
Chọn quy trình: Các bộ phận chính, chẳng hạn như bề mặt bịt kín và bề mặt tiếp xúc, phải được gia công chính xác bằng CNC. Các bề mặt không{1}}chịu lực có thể giữ lại họa tiết in để tiết kiệm trọng lượng.
Lĩnh vực cấy ghép y tế
Yêu cầu thiết yếu: Độ nhám bề mặt ảnh hưởng đến khả năng bám dính của tế bào xương và khả năng sinh sôi của vi khuẩn.
Khớp háng giả bằng hợp kim titan cần phải có chất lượng bề mặt Ra1,5–2,5 μm để xương phát triển vào đó. Một công ty nào đó chế tạo cơ thể giả bằng cách sử dụng in 3D. Sau đó, để làm cho bề mặt mịn hơn tới Ra0,8 μm, họ sử dụng kết hợp đánh bóng hóa học và đánh bóng CNC. Điều này giữ lại cấu trúc vi mô được tạo ra bằng cách in, giúp cơ thể tương thích hơn với các sinh vật sống.
Chọn quy trình phù hợp: Bề mặt chức năng cần cắt CNC chính xác, trong khi bề mặt kết cấu có thể giữ nguyên họa tiết in.
Trong thế giới điện tử tiêu dùng
Độ mịn của bề mặt là yếu tố chính ảnh hưởng đến hình thức của sản phẩm và hiệu quả hoạt động của sản phẩm về mặt quang học.
Trong trường hợp điển hình, gia công CNC đã giảm độ nhám bề mặt của giá đỡ máy ảnh điện thoại di động in 3D-từ Ra3,2 μ m xuống Ra0,05 μ m. Điều này làm cho ngàm phản chiếu ánh sáng nhìn thấy được nhiều hơn, từ 85% đến 92%, đây là mức độ mà hệ thống liên lạc laser cần.
Lựa chọn quy trình: Bề mặt quang học cần được gia công với độ chính xác CNC, trong khi bề mặt kết cấu có thể giữ nguyên họa tiết in.
Công nghiệp năng lượng và khuôn mẫu: Chất lượng bề mặt phải đạt được sự cân bằng giữa khả năng chống ăn mòn và dễ gia công.
Lõi khuôn phun in 3D-cho ô tô được sử dụng để tạo kênh làm mát phù hợp. Sau đó, nó được phun cát để làm cho bề mặt bớt gồ ghề hơn, từ Ra15 μm đến Ra6,3 μm. Điều này đã tăng tuổi thọ của khuôn từ 100.000 lần sử dụng lên 500.000 lần sử dụng.
Chọn quy trình: Đối với các bề mặt không tiếp xúc, bạn có thể sử dụng các phương pháp-chi phí thấp như phun cát. Đối với các bề mặt tiếp xúc, bạn cần gia công chính xác bằng CNC.
3. Hiệu quả về chi phí-: Logic kinh tế của việc chọn quy trình
Để quyết định có nên sử dụng gia công chính xác CNC hay không, bạn cần xem xét cẩn thận tính khả thi về mặt kỹ thuật, chu kỳ giao hàng và chi phí sản xuất.
Đánh giá tính khả thi về mặt kỹ thuật
Độ phức tạp về cấu trúc: Nếu sản phẩm có các đặc điểm khó sản xuất bằng CNC (chẳng hạn như các lỗ chéo ở bên trong hoặc cấu trúc thành{0}}mỏng), thì in 3D có thể là lựa chọn duy nhất. Ví dụ, in 3D tạo ra buồng đốt hoàn toàn của một động cơ máy bay nhất định, giúp tránh được những khó khăn về tập trung ứng suất có thể xảy ra với các phương pháp hàn truyền thống.
Yêu cầu về độ chính xác: Cần gia công chính xác CNC nếu yêu cầu về dung sai cao hơn mức mà in 3D có thể làm được (như ± 0,01mm). Ví dụ: phôi cho bánh răng có độ chính xác cao-được tạo ra thông qua in 3D và quá trình mài CNC sẽ nâng độ chính xác của mặt cắt răng từ cấp IT8 lên cấp IT5.
Tối ưu hóa chu kỳ giao hàng
Đối với những đơn hàng gấp, in 3D có thể bỏ qua bước phát triển khuôn và phản hồi nhanh chóng việc “giao in thiết kế”. Ví dụ, một công ty xe năng lượng mới đã sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo khung pin nguyên mẫu. Toàn bộ quy trình, từ thiết kế đến lắp ráp, chỉ mất 48 giờ.
Nếu kích thước lô lớn (hơn 1000 chiếc), gia công CNC có thể rẻ hơn khi sản xuất hàng loạt. Một công ty sản xuất linh kiện tiêu chuẩn có thể sử dụng phương pháp xử lý hàng loạt các kết nối hợp kim nhôm bằng CNC để tạo ra một sản phẩm rẻ hơn 60% so với in 3D.
Kiểm soát tổng chi phí giao hàng
Khi sử dụng gia công CNC, bạn phải nghĩ đến các chi phí tiềm ẩn như lập trình, kẹp và kiểm tra khuôn. Mặt khác, in 3D có thể giảm chi phí công cụ và rủi ro lặp lại thiết kế. Ví dụ: in 3D có thể tạo ra một bộ phận cấu trúc phức tạp cùng một lúc, giảm 70% thời gian cần thiết để thay đổi công cụ và đường dẫn xử lý.
Tỷ lệ sử dụng vật liệu: Gia công CNC thường sử dụng 50% đến 70% vật liệu, trong khi in 3D có thể sử dụng hơn 90%. Ví dụ: in 3D tạo ra một mặt hàng hợp kim titan cụ thể, có giá thấp hơn 40% so với phay CNC.