Prototypování z plechu vs. 3D tisk kovů u funkčních kovových prototypů: jak si vybrat

Vylučte procesy, které nedokáží vytvořit vnitřní geometrii dílu

Začněte otázkou splní/nesplní, nikoli cenou. Plech je omezen na ohyby, řezy a tvarované tvary a nedokáže vytvořit plnohodnotné 3D vnitřní dutiny^3,6.

3D tisk kovů je opačný případ: podporuje vnitřní kanály, mřížky, podřezy a složité dutiny^3,10. Právě tato asymetrie dělá z geometrie bránu, nikoli kompromis.

Díl, jehož funkce závisí na kanále, ke kterému se vrták ani tvarovaný plech nedostane, není kandidátem pro ohybový lis a laser, jakkoli levně vypadá jeho rozvinutý tvar¹⁰. Naopak díl, který je v podstatě ohnutým nebo vystřiženým výřezem s funkčními montážními prvky, leží přímo v teritoriu plechu¹⁰.

Vlastní limity plechu leží na stejném místě: nedokáže vytvořit silné 3D prvky, ohyby jsou omezeny tloušťkou plechu a s pružinou po ohybu (springback) je nutné počítat⁶. Limity tisku kovů jsou jiné povahy — přilnavost vrstev a anizotropie, plus povrchová úprava, která obvykle vyžaduje následné zpracování⁶.

Žádný zdroj v tomto souboru neuvádí číselnou minimální velikost prvku pro žádný z procesů, takže brána je geometrická, nikoli rozměrová. Má-li konstrukce kanál nebo dutinu, požádejte dodavatele tisku o potvrzení, že je vytisknutelná, a dodavatele plechu o potvrzení, že není zhotovitelná.

Přiřaďte toleranci a finální úpravu, které prototyp skutečně potřebuje

Jakmile geometrie dovolí obě cesty, oddělí je tolerance a finální úprava. Plech drží zhruba ±0.1–0.2 mm na ohybech a otvorech a dosahuje 0.5–2 µm Ra po ohýbání a ořezání, a může stále potřebovat sekundární finální úpravu¹⁴.

Kovové tisky jsou uváděny jako přesnější, ±0.02–0.05 mm¹⁴, ale aditivní výroba má obecně nižší přesnost ve stavu po tisku a následné zpracování je často nutné¹⁰.

Tyto hodnoty pocházejí z jediné srovnávací tabulky úrovně dodavatelů a nejsou vázány na pojmenovanou slitinu ani stroj, proto je berte jako prohlášení daného dodavatele o jeho schopnostech, nikoli jako oborový limit¹⁴.

Obecné tolerance publikované plechárenským dodavatelem jsou užitečnějším výchozím bodem pro výkres: ±0.010" na plochých prvcích a rozměrech hrana–otvor či otvor–otvor, ±0.030" na ohýbaných dílech s více rovinami a ±1° na ohybových úhlech³¹.

Prakticky to znamená, že prototyp vyžadující přísnou vzájemnou polohu otvorů přes několik ohybů žádá po plechu něco nad rámec jeho obecné tolerance a dodavatel vám řekne, že otvory je po tvarování nutné vystružovat. Prototyp, jehož kritickým rozměrem je profil nebo stěna dutiny, si lépe počíná tiskem a následnou úpravou.

Drsnost povrchu a tolerance DMLS jsou popisovány jako srovnatelné s litými díly — to je rámec pro posouzení, zda je tisk ve stavu po vytištění dost dobrý pro test¹⁸. Po obou dodavatelích požádejte o toleranci, kterou udrží na vašich konkrétních prvcích, nikoli o jejich katalogovou obecnou toleranci.

Zkontrolujte, zda vámi vybraný proces zvolenou slitinu skutečně nabízí

Dostupnost slitin je druhou branou a nahrává proti tisku. Plech pokrývá hliník, ocel, nerezovou ocel, měď a mosaz³.

Kovová aditivní výroba je užší: DMLS dokáže vyrábět díly z AlSi10Mg, nerezové oceli a Inconelu a výběr materiálů pro DMLS je výrazně menší než u jiných výrobních procesů kovů^11,18. Tato úzkost automaticky neznamená vyřazení.

DMLS je běžně používán pro funkční prototypy tam, kde záleží na tom, aby byl materiál co nejbližší výrobnímu materiálu, což umožňuje testovat pevnost dílu nebo proudový profil¹⁸. Pozice jednoho dodavatele říká, že DMLS prototypy jsou životaschopné zástupce výrobních dílů a mohou validovat následné obrábění, lešticí trumlování nebo povlaky¹⁸.

Kontrola je tedy konkrétní: pojmenujte slitinu, ze které má být prototyp vyroben, a potvrďte, že vybraný proces ji nabízí. Je-li výrobní díl z tvářené automobilové oceli nebo hliníkové slitiny, plech je bližší shoda²¹.

Je-li výrobní díl z Inconelu nebo titanu a geometrie je složitá, tisk může být jediná cesta, která daný tvar vůbec vytvoří¹⁸. Žádný zdroj v tomto souboru nesrovnává stejnou slitinu v obou procesech, takže srovnání materiálů na stejné úrovni musí pocházet od dodavatelů.

Zvolte proces, jehož cenová křivka odpovídá kusovníku

Chování nákladů se liší podle kusovníku a mechanismem jsou výrobní prostředky. Kovová aditivní výroba má prakticky nulové nástroje, takže cena na díl zůstává plochá bez ohledu na kusovník, zatímco plech a CNC nesou náklady na přestavbu, které se amortizují do šarže²⁵.

Proto se levnější cesta překlápí s rostoucí objednávkou a proč se bod překlopení posouvá se slitinou: jednoduchý hliník se překlápí brzy, zatímco komplexní titan nebo Inconel práh posouvá výrazně výš²⁵. Níže uvedené objemy bodu zvratu jsou orientační data platformy, nikoli závazný standard, a posouvají se s geometrií a slitinou²⁵.

Stanovte termín dodání tak, aby zahrnoval skryté kroky

Obě cesty mohou funkční kovový prototyp dodat do dnů, ale citované číslo je zřídka celý příběh. Prototypování z plechu trvá 2–7 dnů u jednotlivých dílů, vícerybé přestavby přidávají hodiny a standardní dodací lhůta začíná na 3 pracovních dnech^3,31.

3D tisk trvá hodiny až dny, řízený typem tiskárny, výškou vrstvy a následným zpracováním, s typickými dodacími lhůtami od stejného dne do 3 dnů, přičemž čekací doba ve frontě a následné zpracování jsou jmenovány jako skryté faktory^3,27. Skryté kroky se liší podle procesu.

Na straně plechu je každý další ohyb další přestavba a odhrotování, svařování, nýtování nebo šroubování sestav každé přidává manipulaci a kontrolu³. Na straně tisku vyžaduje vytlačování kovů 24–72 hodin odvápnění a slinování, což je největší přispěvatel k finální ceně¹.

Každá z cest se může protáhnout na asi tři týdny, jakmile do rozsahu vstoupí speciální finální úpravy, tepelné zpracování nebo složité sestavy, a prémiová dodací lhůta 1–3 pracovních dnů je možná, má-li prioritu rychlost²⁹. Před závazkem k termínu se dodavatele zeptejte, které z těchto kroků se týkají vašeho dílu.

Ověřte, že díl zapadá do obálek velikosti a tloušťky

Plech má širokou, ale ohraničenou obálku: rozměr výstřižku až 10' x 20' (3.05 m x 6.10 m), typická tloušťka plechu 0.024"–0.250", silnější či tenčí tloušťky a větší objemy na požádání³¹.

V rámci této obálky se minimální hodnoty prvků škálují s tloušťkou materiálu, nikoli jsou pevnými čísly — šířka zářezu by neměla být užší než 1.5násobek tloušťky, výstupky potřebují alespoň dvojnásobek tloušťky nebo 3.2 mm a zářezy musí být od ohybu vzdáleny alespoň trojnásobek tloušťky plus poloměr ohybu³².

Právě toto škálování je mechanismem za častým selháním: konstrukce, která funguje v plechu 1 mm, nemusí být technologicky vyrobitelná v plechu 3 mm, protože tentýž zářez nebo výstupek je nyní pod minimem.

Žádný zdroj v tomto souboru neuvádí maximální ani minimální velikost či tloušťku dílu pro 3D tisk kovů, takže srovnání obou procesů podle velikosti nelze z tohoto důkazu provést. Je-li díl velký a tenký, obálka plechu je zdokumentovaná; je-li velký a tisknutý, zeptejte se dodavatele tisku přímo.

Rozpočtujte následné zpracování a certifikaci ověřte u dodavatele

Následné zpracování se liší podle cesty a certifikaci tento důkaz vůbec nezodpovídá. Plech může po ohýbání a ořezání potřebovat sekundární finální úpravu a jeho přestavba zahrnuje ohybový lis, laserové či vodotriskové řezání a přípravky, s více přestavbami u složitých ohybů¹⁴.

Tisk kovů má minimální přestavbu — nastavení tiskárny, odstranění podpor, dosvit u pryskyřic nebo slinování u kovů — ale obvykle vyžaduje následné zpracování¹⁴. DMLS prototypy mohou validovat následné obrábění, lešticí trumlování nebo povlaky, což je užitečné, bude-li je výrobní díl dostávat¹⁸.

Žádný zdroj v tomto souboru se nezabývá certifikací či kvalifikací aerospace, medical ani ITAR pro žádný z procesů, takže jakýkoli požadavek na certifikaci je nutné ověřit přímo u dodavatele, nikoli z volby procesu odvozovat.

Kde se zdroje rozcházejí a co ověřit

Hodnoty, které řídí tuto volbu, pocházejí ze zdrojů na úrovni dodavatelů a nesměřují všechny stejně. Níže uvedené řádky zachovávají obě strany viditelné, namísto aby je sloučily do jednoho čísla.

What the sources do not establish

• Číselná minimální velikost prvku (minimální tloušťka stěny nebo minimální šířka vnitřního kanálu) není udána pro plech ani pro 3D tisk kovů.
• Jakostní třída IT ani ekvivalentní třída tolerance není uvedena pro žádný z procesů.
• Mechanické vlastnosti (mezní klzání, tažnost, únava) nejsou udány pro konkrétní plechové slitiny ani slitiny kovové aditivní výroby, jako jsou Ti-6Al-4V, AlSi10Mg nebo 316L.
• Není poskytnuta cena plechárenského razicího či děrovacího nářadí, takže nelze provést úplné srovnání nákladů nářadí versus cena na díl.
• Maximální ani minimální velikost či tloušťka dílu není udána pro 3D tisk kovů.
• Žádná informace o certifikaci či kvalifikaci (aerospace, medical, ITAR) není poskytnuta pro žádný z procesů; ověřte přímo u dodavatele.
• Neexistuje srovnání dodací lhůty ani ceny na stejné geometrii dílu v obou procesech na stejné úrovni.
• Žádná data o ceně či dodací lhůtě následného zpracování specifická pro 3D tisk kovů nad rámec odvápnění a slinování a obecných tvrzení o finální úpravě.