Прототипиране от листов метал срещу метален 3D печат за функционални метални прототипи: как да изберете

Отхвърлете процесите, които не могат да изработят вътрешната геометрия на детайла

Започнете с въпрос „да/не“, а не с цена. Листовият метал е ограничен до гънки, рязане и формовани форми и не може да произведе напълно 3D вътрешни кухини^3,6.

Металният 3D печат е обратният случай: поддържа вътрешни канали, решетъчни структури, подрези и сложни кухини^3,10. Тази асиметрия е причината геометрията да е бариера, а не компромис.

Детайл, чиято функция зависи от канал, до който свредло или формован лист не могат да достигнат, не е кандидат за преса за гъвкане и лазер, колкото и евтин да изглежда разгънатият режим¹⁰. Обратно, детайл, който по същество е огънат или изрязан режим с функционални монтажни елементи, е изцяло в територията на листовия метал¹⁰.

Собствените граници на листовия метал са на същото място: не може да произведе дебели 3D елементи, гънките са ограничени от дебелината на листа, а еластичното връщане (springback) трябва да се отчете⁶. Границите на металния печат са по същество различни — сцепление между слоевете и анизотропия, плюс повърхностно качество, което обикновено изисква последваща обработка⁶.

Нито един източник в този набор не дава числов минимален размер на елемент за нито един от процесите, така че бариерата е геометрична, а не размерна. Ако конструкцията има канал или кухина, поискайте от доставчика на печат да потвърди, че е изпълнима, а от магазина за листов метал — че не е.

Съобразете толеранса и обработката, които прототипът реално изисква

Когато геометрията позволява и двата маршрута, толерансът и обработката ги разделят. Листовият метал държи приблизително ±0.1–0.2 mm върху гънки и отвори и се получава при 0.5–2 µm Ra след гъвкане и рязане на размер, като може още да се нуждае от вторична обработка¹⁴.

Металните отпечатъци се съобщават като по-стегнати, при ±0.02–0.05 mm¹⁴, но адитивните процеси като цяло имат по-ниска точност в отпечатаното състояние и често е необходима последваща обработка¹⁰.

Тези цифри идват от една сравнителна таблица на ниво доставчик и не са обвързани с конкретна сплав или машина, затова ги третирайте като собствено заявление за възможности на този магазин, а не като индустриална граница¹⁴.

Общите толеранси, които магазинът за листов метал публикува, са по-полезна отправна точка за чертеж: ±0.010" върху плоски елементи и размери ръб-до-отвор или отвор-до-отвор, ±0.030" върху многоплоскостни огънати части и ±1° върху ъглите на гъвкане³¹.

Практическият извод е, че прототип, нуждаещ се от стегната връзка отвор-до-отвор през няколко гънки, иска от листовия метал нещо извън неговия общ толеранс, а магазинът ще ви каже, че отворите трябва да се развъртат след формоването. Прототип, чиито критичен размер е профил или стена на кухина, е по-добре обслужен от печат, после довършване.

Повърхностната грапавост и толерансите на DMLS се описват като сравними с ляти части, което е рамката за преценка дали отпечатък в отпечатано състояние е достатъчно добър за теста¹⁸. Поискайте от двата доставчика толеранса, който ще държат върху вашите конкретни елементи, а не каталожния им общ толеранс.

Проверете дали сплавта реално се предлага от избрания процес

Наличността на сплавта е втора бариера и тя бие срещу печатането. Листовият метал покрива алуминий, стомана, неръждавела стомана, мед и месинг³.

Металният AM е по-тесен: DMLS може да произвежда части от AlSi10Mg, неръждавела стомана и Inconel, а изборът материали за DMLS е много по-малък, отколкото при другите металопроизводствени процеси^11,18. Тази теснота не е автоматично дисквалифицираща.

DMLS обикновено се използва за функционални прототипи, когато има значение материалът да е възможно най-близък до производствения материал, което позволява изпитване на якостта на детайла или на профила на потока¹⁸.

Позиция на доставчик твърди, че DMLS прототипите са жизнеспособни заместители на производствени части и могат да валидират последваща обработка на машина, вибрационно полиране или покрития¹⁸. Така че проверката е конкретна: назовете сплавта, от която трябва да е прототипът, и потвърдете, че избраният процес я предлага.

Ако производствената част е формована автомобилна стомана или алуминиева сплав, листовият метал е по-близката съответствия²¹. Ако производствената част е Inconel или титан, а геометрията е сложна, печатът може да е единственият маршрут, който изобщо произвежда формата¹⁸.

Нито един източник в този набор не сравнява една и съща сплав в двата процеса, затова сравнението на материал „едно към едно“ трябва да дойде от доставчиците.

Изберете процеса, чиято крива на разходите пасва на количеството

Поведението на разходите се различава по количество, а механизмът е екипировката. Металният AM на практика няма нулева екипировка, така че цената на част остава плоска независимо от количеството, докато листовият метал и CNC носят разходи за настройка, които се амортизират върху партидата²⁵.

Затова по-евтиният маршрут се обръща, когато поръчката расте, и точката на обръщане се мести със сплавта: простият алуминий пресича рано, а сложният титан или Inconel измества прага далеч нагоре²⁵. Безубедоточните обеми по-долу са ориентировъчни платформени данни, а не наложителен стандарт, и се изместват с геометрията и сплавта²⁵.

Задайте дата на доставка, включваща скритите стъпки

И двата маршрута могат да ви сложат функционален метален прототип в ръцете за дни, но цитираното число рядко е цялата история. Прототипирането от листов метал отнема 2–7 дни за единични части, като настройките с няколко гънки добавят часове, а стандартният срок започва от 3 business days^3,31.

3D печатът отнема часове до дни, определян от типа принтер, височината на слоя и последващата обработка, с типични срокове същия ден до 3 дни, като време в опашка и последваща обработка са назовани като скритите фактори^3,27. Скритите стъпки се различават по процес.

От страната на листовия метал всяка допълнителна гънка е още една настройка, а отстраняването на дебър, заваряването, нитоването или болтовото сглобяване на възли — всяко добавя манипулация и контрол³. От страната на печата металната екструзия изисква 24–72 часа де-свързване и синтероване, което е най-големият принос към крайната цена¹.

И двата маршрута могат да се разтегнат до около три седмици, щом влизат специални покрития, термични обработки или сложни възли, а премиум срок от 1–3 business days е възможен, когато скоростта е приоритет²⁹. Попитайте доставчика кои от тези стъпки важат за вашия детайл, преди да се ангажирате с дата.

Потвърдете, че детайлът се побира в размерния и дебелинения обхват

Листовият метал има широк, но ограничен обхват: размер на режима до 10' x 20' (3.05 m x 6.10 m), типична дебелина на листа 0.024"–0.250", с по-дебели или по-тънки листове и по-големи количества при запитване³¹.

В този обхват минималните размери на елементите се мащабират с дебелината на материала, вместо да са фиксирани числа — ширината на изреза не бива да е по-тясна от 1.5 пъти дебелината, лепенките се нуждаят от поне два пъти дебелината или 3.2 mm, а изрезите трябва да стоят на поне три пъти дебелината плюс радиуса на гъвкането от гънка³².

Това мащабиране е механизмът зад честия провал: конструкция, която работи в 1 mm лист, може да не е изработима в 3 mm лист, защото същият изрез или лепенка вече е под минимума.

Нито един източник в този набор не дава максимален или минимален размер или дебелина на частта за металния 3D печат, така че сравнение между двата процеса по размер не може да се направи от тези доказателства.

Ако частта е голяма и тънка, обхватът на листовия метал е документиран; ако е голяма и печатана, попитайте директно доставчика на печат.

Бюджетирайте последващата обработка и проверете сертификацията при доставчика

Последващата обработка се различава по маршрут, а сертификацията изобщо не се отговоря от тези доказателства. Листовият метал може да се нуждае от вторична обработка след гъвкане и рязане, а настройката му включва преса за гъвкане, лазерно или водно-абразивно рязане и оснастка, с няколко настройки при сложни гънки¹⁴.

Металният печат има минимална настройка — подготовка на принтера, отстраняване на опори, пост-вулканизация за смола или синтероване за метал — но обикновено изисква последваща обработка¹⁴. DMLS прототипите могат да валидират последваща обработка на машина, вибрационно полиране или покрития, което е полезно, когато производствената част ще ги получава¹⁸.

Нито един източник в този набор не засяга аерокосмическа, медицинска или ITAR сертификация или квалификация за нито един процес, така че всяко изискване за сертификация трябва да се провери директно при доставчика, а не да се извежда от избора на процес.

Къде източниците се разминават и какво да проверите

Цифрите, които определят този избор, идват от източници на ниво доставчик и не всички сочат в една посока. Редовете по-долу държат и двете страни видими, вместо да ги слеят в едно число.

What the sources do not establish

• Не е даден числов минимален размер на елемент (минимална дебелина на стена или минимална ширина на вътрешен канал) за нито листовия метал, нито металния 3D печат.
• Не е посочен IT клас или еквивалентен клас толеранс за нито един от процесите.
• Не са дадени данни за механични свойства (граница на провлачване, удължение, умора) за конкретни сплави за листов метал или сплави за метален AM като Ti-6Al-4V, AlSi10Mg или 316L.
• Не са предоставени цифри за цената на щанцова матрица или пуансон за листов метал, така че не може да се направи пълно сравнение екипировка срещу единична цена.
• Не е даден максимален или минимален размер или дебелина на частта за металния 3D печат.
• Не е предоставена информация за сертификация или квалификация (аерокосмическа, медицинска, ITAR) за нито един процес; проверете директно при доставчика.
• Не съществува сравнение „едно към едно“ на срок или цена за една и съща геометрия на частта в двата процеса.
• Няма данни за цена или срок на последващата обработка, специфични за металния 3D печат, освен де-свързване със синтероване и общи твърдения за довършване.