Levymetalliprototyyppi vai metallin 3D-tulostus toiminnallisiin metalliprototyyppeihin: miten valitset

Sulje pois prosessit, jotka eivät pysty tekemään osan sisäistä geometriaa

Aloita läpäisy/hylkäys-kysymyksellä, ei hinnasta. Levymetalli rajoittuu taivutuksiin, leikkauksiin ja muotoiltuihin kappaleisiin eikä pysty tuottamaan täysin kolmiulotteisia sisäonteloita^3,6.

Metallin 3D-tulostus on vastakkainen tapaus: se tukee sisäisiä kanavia, hilarkentoita, alileikkauksia ja monimutkaisia onteloita^3,10. Tämä epäsymmetria on syy siihen, että geometria on portti eikä kompromissi.

Osa, jonka toiminta riippuu kanavasta, jota pora tai muotoiltu levy ei tavoita, ei ole ehdokas taivutuspuristimelle eikä lasersahaukselle, miten halpa taivutuskappale näyttääkin¹⁰. Vastavuoroisesti osa, joka on olennaisesti taivutettu tai leikattu kappale toiminnallisilla kokoonpanopiirteillä, on suoraan levymetallin aluetta¹⁰.

Levymetallin omat rajat ovat samassa paikassa: se ei pysty tuottamaan paksuja 3D-piirteitä, taivutukset rajoittuvat levyn paksuuteen, ja joustus on otettava huomioon⁶. Metallitulostuksen rajat ovat laadultaan toisenlaiset — kerrosidoksen ja anisotropian lisäksi pintalaatu, joka yleensä vaatii jälkikäsittelyä⁶.

Mikään tämän aineiston lähde ei anna numeerista pienintä piirtekokoa kummallekaan prosessille, joten portti on geometrinen, ei dimensioihin perustuva. Jos suunnittelussa on kanava tai ontelo, pyydä tulostustoimittajaa vahvistamaan, että se on toteutettavissa, ja levymetallipajaa vahvistamaan, ettei se ole.

Sovita yhteen prototyypin todellisuudessa vaatima toleranssi ja pintalaatu

Kun geometria sallii molemmat reitit, toleranssi ja pintalaatu erottavat ne toisistaan. Levymetalli pitää suunnilleen ±0.1–0.2 mm:n taivutuksissa ja rei'issä ja saavuttaa 0.5–2 µm Ra:n taivutuksen ja reunustyöstön jälkeen, ja se voi silti tarvita jälkikäsittelyä¹⁴.

Metallitulosteet on raportoitu tiukemmiksi, ±0.02–0.05 mm¹⁴, mutta lisäainevalmistuksen rakennustarkkuus on yleisesti alhaisempi ja jälkikäsittelyä tarvitaan usein¹⁰. Nämä luvut ovat peräisin yhden toimittajatason vertailutaulukosta, eivätkä ne sidota nimettyyn seokseen tai koneeseen, joten käsittele niitä pajan omana kykyilmoituksena, ei toimialan rajana¹⁴.

Levymetallipajan julkaisemat yleistoleranssit ovat hyödyllisempi lähtökohta piirustukselle: ±0.010" tasopiirteille ja reuna-reikä- tai reikä-reikä-mitoille, ±0.030" monitasoisille taivutetuille osille ja ±1° taivutuskulmille³¹. Käytännön seurauksena prototyyppi, joka vaatii kireän reikä-reikä-suhteen usean taivutuksen yli, pyytää levymetallilta jotakin sen yleistoleranssin yli, ja paja kertoo, että reiät on edestettävä muotoilun jälkeen.

Prototyyppi, jonka kriittinen mitta on profiili tai ontelon seinämä, saa paremman lopputuloksen tulostuksella ja sitä seuraavalla jälkikäsittelyllä. DMLS:n pinnan karheus ja toleranssit on kuvattu valettuja osia vastaaviksi, ja se on kehys, jota käyttää arvioidessaan, riittääkö rakennettu tuloste testiin¹⁸.

Pyydä molemmilta toimittajilta toleranssia, jonka he pitävät juuri sinun piirteissäsi, ei heidän luettelon yleistoleranssia.

Tarkista, että valitsemasi prosessi todella tarjoaa kyseisen seoksen

Seosvalikoima on toinen portti, ja se kääntyy tulostusta vastaan. Levymetalli kattaa alumiinin, teräksen, ruostumattoman teräksen, kuparin ja messingin³.

Metallin lisäainevalmistus on kapeampi: DMLS voi tuottaa osia AlSi10Mg:stä, ruostumattomasta teräksestä ja Inconelista, ja DMLS:n materiaalivalinta on huomattavasti pienempi kuin muissa metallin valmistusprosesseissa^11,18. Kapeus ei ole automaattisesti hylkäävä tekijä.

DMLS:tä käytetään yleisesti toiminnallisiin prototyyppeihin silloin, kun on tärkeää, että materiaali on mahdollisimman lähellä tuotantomateriaalia, mikä mahdollistaa osan lujuuden tai virtausprofiilin testaamisen¹⁸. Eräs toimittajakanta esittää, että DMLS-prototyypit käyvät tuotanto-osien sijasta ja voivat validoida jälkikoneistuksen, värähtelyhionnan tai pinnoitukset¹⁸.

Tarkistus on siis täsmällinen: nimeä seos, josta prototyypin on valmistuttava, ja varmista, että valittu prosessi tarjoaa sen. Jos tuotanto-osa on muotoiltu autoteollisuusluokan teräs- tai alumiiniseos, levymetalli on lähempi vastaavuus²¹.

Jos tuotanto-osa on Inconelia tai titaania ja geometria on monimutkainen, tulostus voi olla ainoa reitti, joka tuottaa muodon ylipäätään¹⁸. Mikään tämän aineiston lähde ei vertaile samaa seosta molemmissa prosesseissa, joten vastaavuusvertailu materiaalin suhteen on saatava toimittajilta.

Valitse prosessi, jonka kustannuskäyrä sopii määrään

Kustannuskäytös eroaa määrän mukaan, ja mekanismi on työkalu. Metallin lisäainevalmistuksella on käytännössä nolla työkalukustannusta, joten kustannus per osa pysyy tasaisena määrästä riippumatta, kun taas levymetalli ja CNC kantavat asetuskustannuksia, jotka amortisoituvat erän yli²⁵.

Siksi halvempi reitti kääntyy tilauksen kasvaessa, ja siksi kääntymiskohta siirtyy seoksen mukaan: yksinkertainen alumiini ylittää nollakohdan varhain, kun taas monimutkainen titaani tai Inconel työntää kynnyksen paljon korkeammalle²⁵. Alla olevat nollakohtavolyymit ovat suuntaa-antavia alustadataa, eivät hallitseva standardi, ja ne siirtyvät geometrian ja seoksen mukaan²⁵.

Aseta toimituspäivä, johon sisältyvät piilovaiheet

Molemmat reitit voivat saattaa toiminnallisen metalliprototyypin käsiisi päivissä, mutta tarjouksen luku on harvoin koko tarina. Levymetalliprototyyppien valmistus kestää 2–7 päivää yksittäisosiin, monitaivutusasetukset lisäävät tunteja, ja standarditoimitusaika alkaa 3 arkipäivästä^3,31.

3D-tulostus kestää tunteista päiviin, ja siihen vaikuttavat tulostintyyppi, kerroskorkeus ja jälkikäsittely; saman päivän – 3 päivän toimitukset ovat tyypillisiä, ja jonotusaika ja jälkikäsittely on nimetty piilokustannustekijöiksi^3,27. Piilovaiheet eroavat prosessin mukaan.

Levymetallin puolella jokainen lisätaivutus on yksi asetus lisää, ja purseenpoisto, hitsaus, niittaus tai pultti kokoonpanoissa lisää kumpikin käsittelyä ja tarkastusta³. Tulostuksen puolella metallin extruusiotulostus vaatii 24–72 tuntia sidontasaineen poistoa ja sintrausta, mikä on suurin lopullisen kustannuksen tekijä¹.

Kumpikin reitti voi venyä noin kolmeen viikkoon, kun räätälöidyt pintakäsittelyt, lämpökäsittelyt tai monimutkaiset kokoonpanot tulevat mukaan, ja 1–3 arkipäivän pikatoimitus on mahdollista, kun nopeus on etusijalla²⁹. Kysy toimittajalta, mitkä näistä vaiheista koskevat juuri sinun osaasi, ennen kuin sitoudut päivämäärään.

Varmista, että osa mahtuu koon ja paksuuden kehykseen

Levymetallin kehys on leveä mutta rajattu: kappaleen koko enintään 10' x 20' (3.05 m x 6.10 m), tyypillinen levynpaksuus 0.024"–0.250", paksummat tai ohuemmat levyt ja suuremmat määrät pyynnöstä³¹.

Kehyksen sisällä piirteiden minimiarvot skaalautuvat materiaalin paksuuden mukaan kiinteiden lukujen sijaan — lovileveyden ei tulisi olla kapeampi kuin 1.5 kertaa paksuus, kielekkeiden on oltava vähintään kahdesti paksuus tai 3.2 mm, ja lovien on sijaittava vähintään kolme kertaa paksuus plus taivutussäde päässä taivutuksesta³².

Tämä skaalautuminen on mekanismi yleisen vikatilan takana: suunnittelu, joka toimii 1 mm:n levyllä, ei välttämättä ole valmistettavissa 3 mm:n levyllä, koska sama lovi tai kieleke on nyt minimin alapuolella. Mikään tämän aineiston lähde ei anna enimmäis- tai vähimmäisosakokoa tai paksuutta metallin 3D-tulostukselle, joten kokoon perustuvaa vertailua kahden prosessin välillä ei voida tehdä tämän aineiston perusteella.

Jos osa on suuri ja ohut, levymetallin kehys on dokumentoitu; jos se on suuri ja tulostettu, kysy suoraan tulostustoimittajalta.

Budjetoikaa jälkikäsittely ja varmistakaa sertifiointi toimittajan kanssa

Jälkikäsittely eroaa reitin mukaan, eikä sertifiointi ratkea tästä aineistosta lainkaan. Levymetalli voi tarvita jälkikäsittelyä taivutuksen ja reunustyöstön jälkeen, ja sen asetus sisältää taivutuspuristimen, laserssahauksen tai vesisuihkuleikkauksen ja kiinnittimet, ja monimutkaiset taivutukset vaativat useita asetuksia¹⁴.

Metallitulostuksessa asetus on minimaalinen — tulostimen asetus, tukirakenteiden poisto, jälkikovetus hartsille tai sintraus metallille — mutta yleensä vaaditaan jälkikäsittely¹⁴. DMLS-prototyypit voivat validoida jälkikoneistuksen, värähtelyhionnan tai pinnoitukset, mikä on hyödyllistä, kun tuotanto-osa saa ne¹⁸.

Mikään tämän aineiston lähde ei käsittele ilmailu-, lääketeollisuus- tai ITAR-sertifiointia tai -kvalifiointia kummallekaan prosessille, joten mikä tahansa sertifiointivaatimus on varmistettava suoraan toimittajan kanssa sen sijaan, että se pääteltäisiin prosessivalinnasta.

Missä lähteet eriävät ja mitä on varmistettava

Tätä valintaa ohjaavat luvut ovat peräisin toimittajatason lähteistä, eivätkä ne kaikki oso samaan suuntaan. Alla olevat rivit pitävät molemmat puolet näkyvillä sen sijaan, että sulauttaisivat ne yhdeksi luvuksi.

What the sources do not establish

• Numeerista pienintä piirtekokoa (pienin seinämapaksuus tai pienin sisäkanavan leveys) ei ole annettu levymetallille eikä metallin 3D-tulostukselle.
• IT-luokkaa tai vastaavaa toleranssiluokkaa ei ole esitetty kummallekaan prosessille.
• Mekaanisia ominaisuustietoja (myötöraja, venymä, väsymys) ei ole annettu tietyille levymetalliseoksille tai metallin lisäainevalmistuksen seoksille, kuten Ti-6Al-4V, AlSi10Mg tai 316L.
• Levymetallin muotti- tai stanssityökalukustannuslukuja ei ole annettu, joten täydellistä työkalun ja kappalekohtaisen kustannuksen vertailua ei voida tehdä.
• Enimmäis- tai vähimmäisosakokoa tai paksuutta ei ole annettu metallin 3D-tulostukselle.
• Sertifiointi- tai kvalifiointitietoja (ilmailu, lääketiede, ITAR) ei ole annettu kummallekaan prosessille; varmista suoraan toimittajalta.
• Vastaavaa toimitusaika- tai kustannusvertailua samalle osageometrialle molemmissa prosesseissa ei ole olemassa.
• Metallin 3D-tulostuksen jälkikäsittelyn kustannus- tai toimitusaikatietoja depolymerisoinnin ja sintrauksen ja yleisten jälkikäsittelyilmoitusten ohella ei ole annettu.