Technologieoverzicht:wanneer u echt voor metaal 3D-printen moet gaan

Sinds het begin heeft additieve productie van metaal de aandacht getrokken van ingenieurs en tech-enthousiastelingen vanwege de onconventionele bottom-up-benadering en de buzz rond waartoe het in staat is. Is het echt voordelig om additieve fabricage te gebruiken voor een onderdeel dat al jaren op betrouwbare wijze wordt geproduceerd via subtractieve processen? Dit artikel bespreekt deze vraag en wijst op gevallen waarin 3D-printen van metaal een goede keuze kan zijn voor de productie van onderdelen en wanneer niet.

Metaal 3D-printen (DMLS):procesoverzicht

Conventionele productietechnologieën zoals CNC-bewerking zijn normaal gesproken subtractieve processen, wat betekent dat het materiaal verwijdert om een ​​product te vormen, terwijl 3D-printtechnologie voor metaal additief is. Een van de meest voorkomende en populaire metaal 3D-printtechnologieën is direct metal laser sintering (DMLS).

Het typische DMLS-proces begint met het opdelen van de CAD-bestandsgegevens van het 3D-ontwerp in extreem dunne lagen, waardoor voor elke laag effectief een 2D-model wordt gegenereerd.

De machine maakt gebruik van een krachtige optische laser. In het gebied van de bouwkamer bevindt zich een materiaalafgifteplatform en een bouwplatform samen met een rol die wordt gebruikt om nieuw poeder over het bouwplatform te verplaatsen. De technologie versmelt metaalpoeder tot een vast onderdeel door het plaatselijk te smelten met behulp van de gefocusseerde laserstraal. Onderdelen worden laag voor laag additief opgebouwd.

Gevallen wanneer te kiezen voor 3D-printen met metaal

Metaal 3D-printen heeft zijn eigen voordelen ten opzichte van traditionele bewerkingen. We hebben hier een paar gevallen genoemd waarin het de moeite waard is om 3D-printen van metaal te overwegen boven CNC-bewerking.

Uw ontwerp is complex

Als het gaat om ontwerpcomplexiteit en vrijheid, heeft 3D-printen met metaal een enorme voorsprong op conventioneel. Veel complexe ontwerpen kunnen niet zo gemakkelijk met conventionele technologieën worden gemaakt als met 3D-printen. Bekijk het onderstaande voorbeeld

Dit type complex ontwerp kan zeer moeilijk te bewerken zijn met conventionele technologieën, zelfs met 5-assige CNC-machines.

Een ander voordeel hierbij is de lage complexiteit. Het maken van complexe mechanische onderdelen via traditionele fabricage vereist precisie en vaardigheden, vooral voor de assemblage van complexe onderdelen, wat betekent dat de prijs stijgt met de complexiteit. Dit is niet het geval met 3D-printen, waarbij een heel stuk in één proces wordt gemaakt, in plaats van elk onderdeel te maken voordat het wordt geassembleerd. Daarom zijn er geen extra kosten voor complexiteit.

Je hebt dringend metalen prototypes nodig

Als het aantal benodigde onderdelen minder is, zeg 1 tot 5 of zo of voor prototyping, is metaal AM veel voordeliger. Aangezien de kosten voor elke toegevoegde eenheid bijna hetzelfde zijn, is het mogelijk om het benodigde aantal wijzigingen aan het onderdeel aan te brengen. Het kan worden gebruikt voor prototyping:je zou 3D-printen gebruiken om een ​​prototype te maken en het prototype bij te werken totdat aan de vereiste functies is voldaan. Dit is een cruciale stap voordat het product in massaproductie wordt gebracht. Het kan ook tijdens de rest van het productieproces worden gebruikt om unieke stukken te maken die beter kunnen beantwoorden aan uw behoeften.

Het kan ook sneller zijn om metalen 3D-prints te krijgen in plaats van CNC-gefreesde onderdelen. CNC-bewerking vereist normaal gesproken meer tijd om materialen op te slaan, de machine in te stellen en de juiste gereedschappen te krijgen. Hierdoor kan het enkele weken duren voordat het eerste deel in huis is. Voor 3D-printen, zelfs voor DMLS, dat complexer is dan traditionele, kan het onderdeel on-demand worden geprint en verzonden zonder aanloop of gereedschap, wat resulteert in een kortere doorlooptijd in vergelijking met conventionele technologieën. De combinatie van de kortere doorlooptijd en het efficiëntere prototypingproces verkort de doorlooptijd. Dit is een van de grootste voordelen van 3D-metaalprinten.

U wilt lichtgewicht en duurzame componenten

Lucht- en ruimtevaart en medische industrieën hebben natuurlijk lichtgewicht maar duurzame onderdelen nodig. Superlegeringen zoals Inconel 718, AlSi10Mg en kobaltchroom staan ​​bekend als lichtgewicht in vergelijking met hun conventioneel bewerkte tegenhangers. Het vervaardigen van een onderdeel met deze legeringen maakt ze natuurlijk relatief licht van gewicht. Zo werden GE's befaamde 3D-geprinte brandstofsproeiers voor zijn LEAP-motorenfamilie gemaakt van 20 afzonderlijke onderdelen van onafhankelijke leveranciers, maar het gebruik van direct metal laser sintering (DMLS) resulteerde in een onderdeel uit één stuk dat 25 procent lichter is en vijf keer sterker dan de originele onderdelen. Klik hier voor meer informatie.

U wilt verspilling van materiaal voorkomen

3D-printen is ongelooflijk efficiënt met hulpbronnen, aangezien het enige materiaal dat wordt verbruikt het materiaal is dat onder de laser doorgaat (of door de extruder, enz.), terwijl traditionele CNC-bewerking chips en kleine stukjes metaal achterlaat die moeten worden gerecycled. Het feit dat fabrikanten niet zoveel van een bepaald product hoeven te produceren om de opstartkosten te rechtvaardigen, vermindert ook de verspilling.

Nadelen van het kiezen van metaal 3D-printen

Afgezien van de voordelen die 3D-printen met metaal heeft ten opzichte van conventionele technologieën, zijn er een paar overwegingen waarbij de voorkeur wordt gegeven aan het laatste.

Korrelige oppervlakteafwerking

3D-printen is een additief proces, wat betekent dat oppervlakken niet zo glad zullen zijn als bij CNC-bewerkingen, en dat het niet zo eenvoudig zal zijn om de gewenste oppervlaktestructuren te produceren. Dus als de oppervlaktetextuur belangrijk voor u is, moet u in plaats daarvan CNC-bewerking overwegen. Desalniettemin zijn er veel nabewerkingstechnieken die beschikbaar zijn om ondersteunende structuren te verwijderen, de afwerking te verbeteren en de esthetiek te verbeteren, de kosten nemen ook dienovereenkomstig toe.

Minder sterkere onderdelen

Vanwege de additieve technologie zelf kunnen 3D-geprinte metalen onderdelen niet zo sterk zijn als die uit een massief metalen blok. De uiteindelijke sterkte hangt af van het ontwerp, de maat en het materiaal, maar over het algemeen is de druksterkte van metalen 3D-prints gemiddeld 40-50% lager dan van CNC-gefreesde onderdelen.

Dure serieproductie

Het wordt goedkoper om in massa te produceren door middel van CNC-bewerking. Massaproductie is nog steeds een enorme beslissende factor in alle industrieën en dit is waar 3D-printen achterblijft en de snelheid waarmee een 3D-printer een object kan assembleren vaak verbleekt in vergelijking met de traditionele assemblagelijn.

Beperkt buildvolume

Wanneer een groot onderdeel nodig is, is het altijd beter om te kiezen voor CNC-bewerking. De maximale onderdeelgrootte die met DMLS wordt bereikt, is bijvoorbeeld 250 x 250 x 325 mm en voor CNC-bewerking 2000 x 800 x 1000 mm. De maatvergelijking toont duidelijk het onvermogen van 3D-printen bij het vervaardigen van grote onderdelen vanwege de beperkte grootte van het poederbed.

Beperkte materiaalkeuze

Conventionele productie-opties zoals spuitgieten en CNC-bewerking kunnen een hoge materiaalkeuze bieden. Als het gaat om metaal 3D-printen, is de materiaalkeuze lager, wat een beperkende factor kan zijn wanneer specifieke materialen nodig zijn voor het vereiste onderdeel en waarmee rekening moet worden gehouden bij het bepalen van welke technische eigenschappen u uw product wilt hebben. Vanaf nu hebben we bij Xometry vijf metaal-/legeringspoeders die DMLS ondersteunen, terwijl als het vereiste onderdeel ander materiaal nodig heeft, er geen andere optie is dan traditionele bewerkingsprocessen.

Samenvatting

Het kan niet gezegd worden dat 3D-printen met metaal de traditionele productietechnologieën in alle opzichten vervangt, aangezien beide hun eigen voordelen hebben waar ze uitblinken en nadelen waar ze dat niet doen. Hier is een korte samenvatting van wat de sterke punten zijn van beide technologieën:

Als u kant-en-klare ontwerpen heeft, vraag dan gerust een offerte aan voor zowel CNC-bewerking als DMLS 3D-printen in onze Instant Quoting Engine om de prijzen en levertijd te vergelijken.