Was ist der Unterschied zwischen Metall-3D-Druck und traditioneller CNC-Bearbeitung im Formenbau?

一, Technisches Prinzip: ein Paradigmenwechsel in der additiven und subtraktiven Fertigung
Der Metall-3D-Druck nutzt die Methode des „Schicht-für-Schicht-Stapelns“ der additiven Fertigung. Es schmilzt Metallpulver wie Titanlegierungen oder Gussstahl mithilfe eines Laser- oder Elektronenstrahls und erstellt dann komplizierte geometrische Formen direkt aus dreidimensionalen digitalen Modellen. Der Hauptvorteil besteht darin, dass die Probleme bei der herkömmlichen Bearbeitung überwunden werden, die den Zugang zu Werkzeugen und die Verwendung von Klemmen erschweren. Es kann auch ein Design zur Topologieoptimierung durchführen, einschließlich der Aushöhlung des Inneren, des Ausfüllens des Gitters und der Herstellung passender Kühlwasserkanäle. Zhongrui Technology fertigte beispielsweise maßgeschneiderte Spritzgussformeinsätze für die Automobilindustrie. Diese Einsätze erhöhten durch den 3D-Druck die Haftung zwischen dem Kühlwasserkreislauf und der Produktoberfläche auf 95 %, verkürzten den Spritzgusszyklus um 42 % und reduzierten die Produktverzugsrate um 67 %.
Bei der subtraktiven Fertigung erfolgt die traditionelle CNC-Bearbeitung durch „Materialabtrag“. Es verwendet verknüpfte Schneidwerkzeuge auf vielen Achsen, um Metallbarren zu schneiden, zu fräsen, zu bohren und andere Dinge damit zu tun. Seine technologische Reife zeigt sich in der Fähigkeit, eine Präzision im Mikrometerbereich (± 0,005 mm) und eine Glätte der Oberfläche (Ra0,8 μm) zu erreichen. Dadurch eignet es sich perfekt für die Bearbeitung hochfester Produkte mit regelmäßigen Formen. Beispielsweise kann die Keramikschnitz- und Fräsmaschine von Xintenghui CNC durch den Einsatz eines speziellen Schutzsystems und einer Präzisionsschleiftechnologie die Kantenbruchrate von Keramikformen unter 0,3 % halten. Dies erfüllt die strengen Anforderungen von Halbleiterverpackungen an die Verschleißfestigkeit der Form.
2, Anwendungsszenario: Die Grenze zwischen komplizierten Konstruktionen und Massenproduktion
Bahnbrechende Anwendungen bei der Herstellung komplizierter Strukturen
Der Metall-3D-Druck hat in drei Hauptbereichen große Auswirkungen auf den Formenbau:
Formfolgendes Kühlsystem: Herkömmliche Kühlwasserkanäle für Formen sind durch Bohrverfahren begrenzt, was eine perfekte Anpassung an die Produktkontur erschwert. Durch die Nachahmung der Fluiddynamik verbessert die 3D-Drucktechnologie die Gleichmäßigkeit des Formtemperaturfelds um mehr als 50 %. Ein bestimmtes Unternehmen, das Haushaltsgeräte herstellt, nutzte diese Technik und die Ausbeute beim Spritzgießen von Klimaanlagengehäusen stieg von 89 % auf 98 %. Die jährliche Energieeinsparung für einen einzelnen Formensatz betrug mehr als 120.000 Yuan.
Leichtbau: Durch die Optimierung der Topologie werden 30 % bis 60 % der nicht-tragenden-Materialien entfernt und das Gewicht 3D-gedruckter Formen wird im Vergleich zu herkömmlichen Designs um 45 % verringert, während die Festigkeit der Struktur erhalten bleibt. Eine neue Batteriehalterung für ein Energiefahrzeug, die aus einem 3D-{9}gedruckten Rahmen aus einer Aluminiumlegierung besteht, hat einen 150-prozentigen Überlastungstest überstanden, 38 % ihres Gewichts verloren und 8 % ihrer Reichweite gewonnen.
Integriertes Formen komplizierter Teile: Bei herkömmlichen Methoden, einschließlich Musterblöcken für Reifenformen aus Gummi und Musterformen für Schuhsohlen, müssen Teile separat verarbeitet und zusammengesetzt werden.{0}}D-Druck kann eine ganze Form herstellen und Fehler beim Zusammenbau vermeiden. Diese Technologie wurde in einem Reifenunternehmen eingesetzt und die Zeit, die für die Herstellung von Formen benötigt wurde, sank von 45 Tagen auf 12 Tage, mit einer Mustergenauigkeit von 0,02 mm.
3, Der Hauptvorteil der Massenproduktion
Dass die CNC-Bearbeitung im Formenbau nicht zu ersetzen ist, zeigt sich an:
Materialanpassungsfähigkeit: Es kann mit ziemlich harten Materialien wie vergütetem Stahl und harten Legierungen (HRC55 oder höher) arbeiten, wofür Druckgussformen in der Lage sein müssen.- Eine spezielle Druckgussanlage verwendet CNC--verarbeitete Druckgussformen aus Magnesiumlegierung, die 200.000 Mal halten, also dreimal länger als 3D-{9}gedruckte Formen.
Qualität der Oberfläche: Eine spiegelebene Oberfläche (Ra0,2 μm) kann durch Nachbearbeitungstechniken wie Präzisionsfräsen und Polieren erreicht werden. Dies entspricht den Hygienestandards für optische Formen und Lebensmittelverpackungsformen. Ein Kosmetikverpackungsunternehmen verwendete CNC--bearbeitete PET-Flaschen-Vorformlinge, die das Produkt transparenter machten (92 %) und den Abfall reduzierten (0,5 %).
Chargenökonomie: Bei Formen, die mehr als 5000 Teile pro Jahr herstellen, kostet die CNC-Bearbeitung 60 bis 70 % weniger pro Stück als der 3D-Druck. Ein bestimmter Zulieferer von Automobilteilen nutzt die CNC-Massenfertigung für seine Stoßstangenform. Die Kosten für eine einzelne Form belaufen sich auf 800.000 Yuan, während die Kosten für den 3D-Druck bei 1,2 Millionen Yuan liegen.
4, Kostenstruktur: Ein Gleichgewichtsspiel zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit
1. Kosten für Ausrüstung und Zubehör
3D-Druck mit Metall: Werkzeuge in Industriequalität- kosten normalerweise zwischen 2 und 8 Millionen Yuan, und Titanlegierungspulver kostet zwischen 800 und 1200 Yuan pro Kilogramm. Der Materialausnutzungsgrad hingegen liegt bei bis zu 90 %, was 40 Prozentpunkte höher ist als bei der CNC-Bearbeitung. Ein bestimmtes Luftfahrtunternehmen hat den 3D-Druck zur Herstellung von Triebwerksschaufeln eingesetzt, wodurch die Materialpreise im Vergleich zum herkömmlichen Guss um 35 % gesenkt werden konnten.
CNC-Bearbeitung: Bearbeitungszentren mit fünf-Achsenverbindung kosten zwischen 1,5 und 5 Millionen Yuan, und etwa 15 bis 20 % dieser Kosten entfallen auf Werkzeuge. Eine Formenfabrik senkte die Kosten für einen einzelnen Formensatz von 120.000 Yuan auf 70.000 Yuan, indem sie den Schnittweg optimierte und Wendemesser einsetzte.
2. Zeitaufwand beim 3D-Druck: Der Zeitaufwand für die Herstellung von Formen mit komplexen Strukturen halbiert sich im Vergleich zu herkömmlichen Methoden auf 70 %. Ein medizinisches Unternehmen kann eine maßgeschneiderte orthopädische Implantatform in nur 72 Stunden herstellen, was 80 % schneller ist als der 15-Tage-Zyklus der CNC-Bearbeitung.
CNC-Bearbeitung: Die Bearbeitungszeit von Formen kann durch den Einsatz der Hochgeschwindigkeits-Schneidtechnologie (HSC) um 30 % bis 40 % verkürzt werden. Ein Spindelbearbeitungszentrum mit 8.000 U/min half einem 3C-Produktformunternehmen, die Zeit für die Herstellung einer Telefonrahmenform von 18 Stunden auf 11 Stunden zu verkürzen.