Kiezen tussen CNC-bewerking en 3D-printen voor masterpatroonproductie

De productie van onderdelen vereist vaak een vorm die gevuld kan worden met het gietmateriaal. Deze vormen worden gemaakt met een masterpatroon, wat essentieel een replica is van het eindproduct – hoewel meestal iets groter dan de beoogde grootte van het eindobject om rekening te houden met een zekere mate van krimp van het gietmateriaal.

Patronen moeten volgens exacte standaarden worden gemaakt om twee primaire redenen. Ten eerste zullen gegoten objecten alleen zo nauwkeurig zijn als de vormen waaruit ze gemaakt zijn, dus patronen moeten goed geconstrueerd zijn. Ten tweede moet een patroon herbruikbaar zijn; hoogwaardige constructie zorgt ervoor dat ze herhaaldelijk gebruikt kunnen worden om dimensionaal nauwkeurige vormen te creëren.

Vanwege deze eisen zijn ingenieurs traditioneel gegaan naar de diensten van patroonmakers, hooggeschoolde werknemers met kennis van gereedschappen, stempelmaken en vormmaken. Echter, ontwikkelingen in productie stellen ingenieurs nu in staat om masterpatronen te maken met behulp van traditionele subtractieve methodes zoals CNC-bewerking, of 3D-printen.

Bij het beslissen welk productieproces te gebruiken bij het maken van een masterpatroon, zijn er enkele belangrijke overwegingen om in gedachten te houden. Deze omvatten ontwerpspecificaties – zoals de grootte, geometrische complexiteit en mate van specialisatie van het patroon – evenals het volume van de productierun, de beoogde toepassing van het onderdeel en de productmaterialen.

Masterpatronen maken met CNC-bewerking

CNC-bewerking is een subtractief productieproces, dat snijgereedschappen of boren gebruikt om een onderdeel te vormen door materiaal te verwijderen uit een groter blok. CNC-gewerkte masterpatronen worden gemaakt met behulp van tooling boards, of bewerkbare platen van materiaal die snel en gemakkelijk in patronen gesneden kunnen worden. Meerdere tooling boards kunnen samen worden bevestigd om grote masterpatronen te creëren, wat CNC-bewerking een nuttig proces maakt voor patronen die gebruikt zullen worden in metaal- of kunststofgieten of om prototypes te maken.

Er zijn een paar verschillende typen tooling boards, waaronder polyurethaan, epoxy, urethane en renshape. Deze tooling boards komen in een reeks dichtheden en zijn doorgaans lichtgewicht, wat ze nuttig maakt voor auto-prototypes alsmede gietereipatronen en snelle gereedschapsapplicaties. Sommige varianten bieden hoge temperatuurbestendigheid, wat een voordeel is bij het maken van masterpatronen voor industriële productieonderdelen in vliegtuigen, auto's, boten en andere voertuigen.

CNC-gewerkte masterpatronen kunnen striktere dimensionale tolerantievereisten halen dan hun 3D-geprinte tegenhangers, wat nuttig is bij het maken van vormen voor luchtvaart- en medische onderdelen, waar minimale dimensionale variatie cruciaal is. CNC-bewerking stelt de constructie van strategische vormkenmerken zoals luchtdoorgangen in het masterpatroon in, terwijl tegelijkertijd de hoeveelheid na-productie oppervlakteafwerking wordt verminderd.

Een belangrijke beperking van CNC-bewerking is echter dat complexe interne geometrieën moeilijk en kostbaar te creëren zijn, omdat de snijgereedschappen op zeer precieze hoeken gepositioneerd moeten worden. Sommige geometrieën zijn zo complex dat ze opgesplitst moeten worden in meerdere kleinere, eenvoudigere stukken die geassembleerd moeten worden, wat kosten toevoegt en de algehele sterkte van de assemblage vermindert.

Masterpatronen maken met 3D-printen

De primaire voordelen die 3D-printen biedt ten opzichte van CNC-bewerking zijn efficiëntie, snelheid en ontwerpvrijheid. Omdat 3D-printen een additief proces is, kunnen complexe ontwerpen in een enkele build worden gecreëerd, wat de noodzaak voor extra bewerking of assemblage elimineert. In de meeste gevallen maakt dit 3D-printen een betere optie voor patronen met ingewikkelde geometrieën die organische vormen, meerdere gaten, kleinere details of strategische vormkenmerken bevatten. Verder neigen 3D-geprinte stukken ertoe een hoge oppervlakteresolutie te bieden – een belangrijke overweging voor onderdelen met ingewikkelde ontwerpen.

Omdat 3D-geprinte patronen worden gecreëerd met ontwerpbestanden, kan het vormproductieproces beginnen zodra het ontwerp gefinaliseerd is. CNC-gewerkte patronen hebben daarentegen veel langere leidtijden en kunnen meerdere testrondes vereisen voordat productie kan beginnen. Een gewerkt patroon kan weken of maanden duren om te produceren, terwijl een 3D-geprint patroon in een paar dagen gemaakt kan worden. Bovendien, omdat de ontwerpbestanden voor 3D-geprinte patronen digitaal opgeslagen worden, kunnen masterpatronen op verzoek worden gereproduceerd.

Echter, 3D-geprinte masterpatronen zijn niet zo duurzaam als die gecreëerd door CNC-bewerking. Om die reden zijn 3D-geprinte masterpatronen zelden zo kosteneffectief voor grote productieruns die meerdere vormen vereisen. Voor meer duurzame en hittebestendige patronen is CNC-bewerking vaak een betere keuze.

De voor- en nadelen van elk proces afwegen

Uiteindelijk staat het aan ingenieurs, gietereien en patroonmakers om de belangrijkste voor- en nadelen van alle beschikbare opties te sorteren voordat ze beslissen welk proces het meest zinvol is voor het patroon dat ze van plan zijn te maken.

CNC-gewerkte patronen zijn duurder en tijdrovender om te creëren, maar initiële kosten worden vaak verdeeld over meerdere onderdelen, wat ze een goede keuze maakt voor hoge-volume productieruns. 3D-printen kan hoog gedetailleerde patronen met snelheid produceren, wat flexibele prototypingopties biedt – met name voor onderdelen met ingewikkelde geometrieën.

Wanneer u kiest om met Fast Radius te werken, helpen we u door deze beslissingen te navigeren om ervoor te zorgen dat uw onderdelen betaalbaar, betrouwbaar en op tijd worden geproduceerd – van het ontwerpen van masterpatronen tot na-productie afwerking.

Om meer te leren over CNC-bewerking, 3D-printen en de andere diensten die we aanbieden, bezoek ons kenniscentrum, waar u ook kunt lezen over de verschillende productiematerialen die voor elk proces gebruikt kunnen worden.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?