Hoe het beste materiaal te selecteren voor uw CNC-bewerkingsprojecten

Computer Numerical Control (CNC) bewerking is een veelzijdig, hoogprecies traditioneel productieproces dat ideaal is voor medium tot hoge productievolumes van complexe delen. CNC-bewerking is een subtractief proces, wat betekent dat de machine wegknipt aan een vast blok materiaal om het afgewerkte deel te creëren – in plaats van geleidelijk materiaal te depositeren, zoals gezien in additieve productiemethoden. Met CNC-bewerking kunnen fabricanten snel prototypes en duurzame delen voor specifieke toepassingen produceren.

Materiaalkeuze is een ongelooflijk belangrijk onderdeel van elk productieproces, maar ingenieurs en productteams moeten met name zorgvuldig zijn bij het selecteren van materialen voor CNC-bewerking. Aangezien dit proces compatibel is met een brede verscheidenheid aan materialen – van metaal tot glasvezel tot hout – is het gemakkelijk om per ongeluk een materiaal te kiezen dat voldoende is voor het project maar niet het best geschikt. In dit artikel zullen we aanraken van sleuteloverwegingen voor CNC-bewerking materiaalkeuze en een overzicht geven van enkele veelvoorkomende opties.

Belangrijke overwegingen voor het kiezen van CNC-bewerking materialen

Voordat we in de bijzonderheden van materiaalkeuze duiken, moeten productteams eerst hun projectvereisten inventariseren. Begin met het overwegen van deze vier vragen:

1. Hoe zal het deel gebruikt worden?

Ingenieurs moeten rekening houden met het eindgebruik van hun deel en waar het gebruikt zal worden, aangezien deze factoren een significante impact zullen hebben op materiaalkeuze. Roestvrij staal en koolstofstaal zijn bijvoorbeeld beide geschikt voor CNC-bewerking, maar alleen roestvrij staal is van nature corrosiebestendig. Het kiezen van het verkeerde soort staal hier zou de levensduur van een deel compromitteren. FDA, FAA, evenals eventuele industrie-specifieke regelgeving zouden ook top of mind moeten zijn.

2. Speelt gewicht een rol?

Als een deel licht moet zijn – een veelvoorkomende vereiste bij productie voor auto- en luchtvaarttoepassingen – zijn er veel lage-dichtheid metaalopties beschikbaar. Fabrikanten zouden ook kunnen overwegen een plastic zoals ABS te gebruiken om het gewicht laag te houden als ze bereid zijn sterkte op te offeren.

3. Vereist het deel hoge sterkte of hittebestendigheid?

Sterkte kan op veel verschillende manieren gemeten worden (trekkingssterkte, slijtvaste, etc.), dus ingenieurs moeten bepalen welke soort sterkte – en in welke mate het belangrijk is – vereist is voor hun deel. Deze parameters zullen de grootte van de pool van haalbare materialen beïnvloeden. Op dezelfde manier zullen temperatuurvereisten bepaalde materialen van het begin af uitsluiten. Ingenieurs zouden ook moeten nadenken over of hun deel blootgesteld zal zijn aan wisselende temperaturen, aangezien bijna alle materialen uitdijen of krimpen in reactie op temperatuurveranderingen.

4. Wat is het projectbudget?

Materiaalkosten beïnvloeden bijna altijd materiaalkeuze. Het doel van de meeste productteams is om een materiaal te selecteren dat gewenste materiaaleigenschappen en prestaties maximaliseert terwijl uitgaven geminimaliseerd worden. Materiaalkosten zijn met name belangrijk bij CNC-bewerking omdat dit proces een relatief grote hoeveelheid afvalmateriaal produceert. Sommige materialen – zoals specialiteitsmetalen – zijn extreem duur, wat een grote impact kan hebben op de kostenefficiëntie van het gehele project, rekening houdend met afvalmateriaaloutput. Ingenieurs zouden hun budget zorgvuldig moeten evalueren voordat ze enige finale beslissingen nemen.

5 veelvoorkomende CNC-bewerking materialen

Aangezien elk materiaal – metaal of plastic – dat hard genoeg is voor bewerking gebruikt kan worden voor CNC-productie, worden productteams gespoild voor keuze. Deze korte lijst biedt een snel overzicht van enkele van de meest voorkomende materialen die vandaag in CNC-productie gebruikt worden.

1. Aluminium

Aluminiumlegeringen zijn gemakkelijk te bewerken in grote volumes, hebben een goede sterkte-gewichtsverhouding, en hoge thermische en elektrische geleiding. Ze zijn ook van nature bestendig tegen corrosie. Aluminium 6061 is een alround aluminiumlegering die vaak gebruikt wordt voor CNC-bewerking. Het wordt typisch gevonden in autodelens, fietsonderdelen, sportartikelen en andere recreatieve items. Dit materiaal is hoog bewerkbaar; echter, het kan duurder zijn dan andere metalen en houdt niet goed stand in de aanwezigheid van zoutwater of bepaalde chemicaliën. Aluminium 7075 is een stap hoger dan 6061. Ideaal voor luchtvaartframes en hoogpresterende recreatieve apparatuur, is het de sterkste commercieel beschikbare aluminiumlegering.

2. Roestvrij staal

Roestvrij staal legeringen zijn sterk en bestendig tegen vervorming, slijtage en corrosie. 303 roestvrij staal bevat zwavel voor verbeterde bewerkbaarheid, maar dit materiaal heeft een aantal beperkingen die ingenieurs in gedachten moeten houden.

303 kan niet koudgevormd, warmtebehandeld, of gelast worden, en bijzondere zorg moet genomen worden met snelheid/voeding en de scherpte van snijgereedschappen tijdens CNC-productie. Dat gezegd, maakt 303 uitstekende moeren, bouten, niet-marine grade fittingen, assen en tandwielen.

304 roestvrij staal is een niet-magnetische, alround staal voor CNC-bewerking bekend om zijn veerkracht. Het is gemakkelijk bewerkbaar en corrosiebestendig als 303, maar het kan gelast worden. 304 is goed geschikt voor een breed scala aan consumenten- en industriële toepassingen, keukenaccessoires, tanks en pijpen, architectuur, en meer. 316 roestvrij staal is nog meer corrosiebestendig dan 304 of 303 dankzij de toevoeging van molybdeen. Het is sterk, lasbaar, en een van de weinig marine grade roestvrije stalen.

Omdat het onmogelijk is roestvrije stalen uit elkaar te houden op basis van zicht alleen, zouden ingenieurs ervoor moeten zorgen het rauwmateriaal te testen om de kenmerken van het staal dat ze gebruiken te bevestigen.

3. Koolstofstaal

Koolstofstaal 1045 is een zachte graad koolstofstaal. Fabrikanten bewerken vaak met dit materiaal omdat het goedkoper is dan de meeste roestvrije stalen maar sterker en zwaarder. 1045 is gemakkelijk te bewerken, lasbaar, en kan verhard of warmtebehandeld worden om diverse hardheden te bereiken.

Dit materiaal is ideaal voor moeren, bouten, tandwielen, assen, verbindingsstangen en andere sterke, kleine mechanische delen. 1045 kan ook gebruikt worden voor architecturale toepassingen, maar het moet oppervlaktebehandeld worden om roest en corrosie te voorkomen.

4. Titanium

Bekend om zijn hoge sterkte, veerkracht en corrosiebestendigheid, wordt titanium vaak ingezet om delen te fabriceren voor de meest eisende luchtvaart, militair en industriële toepassingen. Dit materiaal is ook biocompatibel en geschikt voor gebruik in medische hulpmiddelenproductie.

Echter, titanium is duurder dan elk ander metaal in zijn commerciële vorm, polijst niet goed, en is een slechte geleider van elektriciteit. Ingenieurs zouden ook bewust moeten zijn dat titanium uitdagend is om te bewerken, en speciale snijgereedschappen vereist.

5. Nylon

Nylon is een alround, laag-wrijving thermoplast die vaak gebruikt wordt als alternatief voor metaal in CNC-geproduceerde delen. Dit materiaal is stijf, sterk, impactbestendig, chemisch bestendig, maar verrassend elastisch. Nylon reageert goed op additieven en vulstoffen, dus ingenieurs kunnen zich vrij voelen om dit materiaal te manipuleren om hun gewenste eigenschappen te bereiken.

Populaire toepassingen voor nylon zijn elektrische gietvorming, brandstofsysteemcomponenten, tandwielen, voedselverpakking, stof, en meer. Echter, nylon absorbeert vocht gemakkelijk, wat negatief de dimensionale stabiliteit van een deel kan beïnvloeden.

Expert advies inschakelen voor materiaalkeuze

Dit is geen uitputtende lijst, maar het is duidelijk dat CNC-bewerking een extreem veelzijdig productieproces is dat grondige evaluatie van projectvereisten vereist om een materiaal te selecteren dat het best past bij het desbetreffende deel. Toch kan het bereiken van de ideale balans van kosten, kwaliteit en tijd uitdagend zijn.

Met een betrouwbare on-demand productiepartner als Fast Radius, wordt materiaalkeuze eenvoudig. Onze productie-experts hebben jarenlange ervaring in het begeleiden van productteams door het gehele productontwikkelings- en productieproces, beginnend met ontwerp en materiaalkeuze. Laten we iets ongelooflijks samen maken – neem contact met ons op om te starten.

Voor meer sleuteloverwegingen en gidsen over het kiezen van het juiste materiaal voor verschillende productieprocessen, raadpleeg andere recente artikelen in het Fast Radius leercentrum.