3 dingen die precisiemetalen nauwkeurig maken

Wat zijn "precisiemetalen"?

In de wereld van metaalbewerking zijn mensen vaak op zoek naar wat ze precisiemetalen noemen. Maar wat houdt dat precies in?

Afhankelijk van de toepassing kan de term precisie betrekking hebben op een aantal kenmerken:

• De precisie van de afmetingen van een metaal
• De precisie van de compositie
• De precisie van de prestaties van het metaal.

Wat is dan belangrijk om te overwegen over precisiemetalen voor uw product- of fabricagebehoefte in termen van deze belangrijke kenmerken?

Afmetingen van precisiemetalen

Voor onze klanten staan ​​afmetingen centraal als het gaat om precisiemetalen. Bij Metal Cutting, waar onze zeer krappe snijtoleranties kunnen resulteren in hoge Cpk/Ppk-waarden, leveren onze methoden zelfs een niveau van dimensionale precisie dat zelfs groter kan zijn dan wat een klant nodig heeft.

Over het algemeen zijn precieze afmetingen en kosten sterk gecorreleerd, in die zin dat grotere precisie gepaard gaat met een hoger prijskaartje. Dat komt omdat het bereiken van nauwkeurige afmetingen meestal machines vereist die zelf de kleinste toleranties hebben, gemaakt van componenten met de kleinste toleranties

Om de ultieme resultaten uit deze machine te halen, zijn bovendien jarenlange ervaring en de beste operators nodig. Daarom zijn de kosten van machines en arbeid - en uiteindelijk de kosten van precisiemetalen met afmetingen met de kleinste toleranties - hoog.

Is de precisie van laser de kosten waard?

Een goed voorbeeld is laserbewerking. Hoewel het veelzijdig en nauwkeurig kan zijn, met nauwe toleranties en kleine kerven, is lasersnijden over het algemeen traag en duur, vooral voor 2-assig snijden.

Hoewel lasers met groot vermogen sneller kunnen snijden, produceren ze daarbij ruwe eindafwerkingen en brede, diepe, door hitte beïnvloede zones - waarschijnlijk niet de resultaten die u zoekt in de afmetingen van precisiemetalen.

Voor het lasersnijden van buizen moet de binnenkant van de buis worden gecoat met anti-spatvloeistof en moeten de materialen één voor één met de laser worden gesneden, wat beide de productietijd verlengt en de kosten verhoogt.

Is 3D alles wat het is?

Een ander voorbeeld van de afweging tussen kosten en afmetingen is 3D-productie. Hier is het lasersinterproces afhankelijk van een aantal variabelen, waaronder:

• De grootte van de laservlek
• De microngrootte van het metaalpoeder
• De hoogte-intervallen van de "lift"-stappen die het verse poeder presenteren dat met de laser moet worden gesinterd

In de begindagen van het lasersinteren waren deze gradaties - vooral de hoogte-intervallen van de lifttrappen - vrij groot in vergelijking met de ultramoderne draai- en freesmachines in Zwitserse stijl uit dezelfde tijd.

Dus hoewel de 3D-methode metaalkenmerken kon toevoegen die niet konden worden bereikt door middel van aftrekken met conventionele bewerking, zag het eindproduct er verrassend ruw uit. Dit was te wijten aan de relatief slechte resolutie van het vroege 3D-printen.

Hoewel de precisie van de intervallen, poedergrootte en lasergrootte aanzienlijk is verbeterd in het huidige directe metaallaser-sinteren, blijven enkele van die fundamentele compromissen bestaan.

Er zijn bijvoorbeeld enkele buitengewone vorderingen gemaakt bij het verkleinen van de laserspotgrootte. Dit gaat echter gepaard met een toename van de tijd die nodig is om een ​​onderdeel additief te construeren.

Dat zorgt voor hogere onderdeelprijzen - en nog een voorbeeld van waar grotere precisie correleert met hogere kosten.

Bovendien, met de aard van sinteren en de uitdagingen van gloeien, blijft lasersinteren van een materiaal zoals wolfraam een ​​werk in uitvoering.

Hoewel er enige vooruitgang is geboekt - bijvoorbeeld bij het testen van de eigenschappen van 3D-geprint wolfraam voor gebruik in medische stralingsafscherming en nucleaire beeldvorming - blijft succes voorlopig ongrijpbaar.

Samenstelling van precisiemetalen

Er zijn veel gemanipuleerde metalen en legeringen waarvan de samenstelling ze 'nauwkeurig' maakt.

Een bekend voorbeeld is een nikkel-titaniumlegering. Voor het eerst in de volksmond gebruikt om brilmonturen te maken, heeft NiTi (of Nitinol) de monturen vormgeheugen en superelasticiteit gegeven - waardoor de robuuste monturen bestand zijn tegen buigen en weer in vorm komen.

Tegenwoordig wordt NiTi veel gebruikt voor slangen in de industrie voor medische hulpmiddelen. (U kunt meer te weten komen over NiTi en andere slangmaterialen voor medische apparatuur in onze gratis whitepaper.)

Een ander voorbeeld is het wolfraamelement, dat een nauwkeurige samenstelling vereist om de gewenste en zeer specifieke prestatiedoelen te bereiken

Voor bijvoorbeeld geautomatiseerde laswerkzaamheden met hoge snelheid die een hoge mate van thermische en elektrische geleidbaarheid en superieure hardheid vereisen, biedt Metal Cutting hoogwaardige elektroden gemaakt van puur wolfraam.

Wolfraamelement en NiTi illustreren netjes de fundamentele dichotomie in de chemische samenstelling van precisiemetalen:namelijk zuiverheid versus receptuur. Voor sommige toepassingen is een precisiemetaal een puur element, zoals een wolfraamelement. Maar voor andere toepassingen is het een melange die een specifiek recept vereist.

Het recept zal variëren, maar de resultaten moeten nauwkeurig zijn.

Zuiverheidstests worden uitgevoerd met zowel pure precisiemetalen als die uit een recept komen, waarbij het aantal decimale punten van zuiverheid wordt bepaald (bijv. 99,95% tot 99,99%) en de exacte percentages ingrediënten (bijv. 55% nikkel op gewichtsbasis).

NiTi is bijvoorbeeld een op maat gemaakt mengsel dat per fabrikant verschilt en nooit precies een 50/50 mengsel van nikkel en titanium is.

Hoewel er ASTM-specificaties voor alle metalen zouden moeten zijn, zijn er uitzonderingen en NiTi is daar een goed voorbeeld van:er is geen ASTM-specificatie voor. Zelfs "zuivere" metalen, zoals puur titanium, kunnen verschillende recepten hebben (in principe legeringen) en verkrijgbaar zijn in verschillende kwaliteiten.

Een ander goed voorbeeld is roestvast staal, dat vaak wordt gelegeerd met andere metalen. Verschillende fabrikanten produceren hun eigen unieke merk roestvrij staal volgens een geheim recept dat precisie vereist.

Op dezelfde manier waarop niet alle pindakaas hetzelfde is - zelfs als ze dezelfde ingrediënten gebruiken - zijn niet alle roestvrij staalsoorten hetzelfde. Elk recept moet voldoen aan de vereisten voor zuiverheidstests voor een bepaalde verhouding van ingrediënten, consistent en herhaaldelijk samengesteld, om precisiemetalen te produceren.

Zuiverheid kan ook de resultaten bepalen.

In onze branche is er veel vraag naar ons pure wolfraamelement voor gebruik in projectorlampen. Deze worden nog steeds gebruikt in toepassingen zoals kleine, draagbare, op zichzelf staande projectoren die soms door zakenmensen worden gebruikt om presentaties van een laptop of notebook op een scherm weer te geven.

Deze kleine eenheden vereisen een zeer intense lamp en het gebruikte wolfraamelement moet zeer zuiver zijn om dat prestatieniveau te bereiken.

Metal Cutting heeft 99,999% puur wolfraampoeder, dat bij verkoop in staafvorm 99,99% puur wolfraamelement levert. Deze licht verminderde zuiverheid (<100%) is te wijten aan een kleine hoeveelheid onzuiverheid van de verwerkingsapparatuur.

Prestaties van precisiemetalen

Prestaties kunnen nauw verband houden met de samenstelling van een metaal. Er kan bijvoorbeeld een nieuw metaal worden uitgevonden of een legering die speciaal is ontwikkeld om een ​​bepaalde prestatie te leveren. Een goed voorbeeld is NiTi, het uithangbord voor vormgeheugen, superelastische legeringen.

Een toepassing die de prestaties van wolfraam met een hoog smeltpunt vereist - zoals de beroemde gloeilamp - vereist het zuiverste wolfraamelement. Anders zou het materiaal niet correct presteren en voortijdig falen.

De prestaties van metalen kunnen ook worden beïnvloed door het productieproces. Het proces van het vormen van een metaal in de gewenste vorm, zoals draad, verandert bijvoorbeeld de hardheid van het materiaal.

Dat betekent dat als een specifieke treksterkte is vereist voor het einddoel, de manier waarop de draad wordt geproduceerd dienovereenkomstig moet worden aangepast - misschien door een gloeiproces toe te voegen om de noodzakelijke trekprestaties te behouden.

Een ander precisiemetaal dat voor zijn prestaties wordt gebruikt, is magnesium, dat samen met ijzer, zink en mangaan een brede toepassing vindt in medische hulpmiddelen vanwege zijn biologisch absorbeerbare eigenschappen.

Hoewel we ons misschien kunnen voorstellen dat de prestaties betrekking hebben op ruimtevaartuigen, satellieten en andere complexe, energierijke processen en apparatuur, is er waarschijnlijk geen belangrijker toepassing dan ervoor te zorgen dat het magnesium dat wordt gebruikt in bioabsorbeerbare stents nauwkeurig wordt gemaakt en veilig in het lichaam wordt afgebroken als ontworpen.

Specificeer welke precisie is voor uw productiebehoeften.

Het belangrijkste kenmerk van precisiemetalen - datgene wat een bepaald metaal precies maakt - zal variëren, afhankelijk van uw toepassing en uw productiedoelen.

Of uw nadruk nu ligt op afmetingen (zoals hier bij Metal Cutting), samenstelling of prestaties, u kunt helpen om de beste resultaten te garanderen en de maakbaarheid te optimaliseren door zorgvuldig uw onderdeelspecificaties op te stellen.