MJF vs Usinagem CNC: O que é melhor para protótipos automotivos?

As peças PA12 fabricadas com Multi Jet Fusion da HP não apresentam desempenho idêntico em todas as direções. O alongamento na ruptura gira em torno de 17% no plano XY, mas cai para aproximadamente 9% ao longo do eixo Z - um detalhe que importa mais do que a maioria dos artigos de comparação deixa transparecer, especialmente quando a peça em questão é um braço de encaixe rápido que precisa sobreviver a flexões repetidas durante um ciclo de validação. Obter a orientação de construção correta, e não apenas escolher MJF em vez de CNC, é muitas vezes o que determina se um protótipo realmente se comporta como a peça de produção que deveria representar.

Essa distinção é um ponto de partida útil para comparar a impressão 3D MJF e a usinagem CNC para protótipos automotivos, porque a decisão real não é puramente "qual processo é melhor" - mas sim qual processo, construído da maneira certa, proporciona a você uma peça em que você pode confiar para o teste que está prestes a executar.

Folhas de dados independentes da HP colocam o padrão PA12 (via Multi Jet Fusion) nestes números:

Dois números dessa lista merecem mais atenção do que normalmente recebem. Primeiro, a divisão de alongamento XY/Z significa que um recurso de encaixe-ou dobradiça viva-tem um desempenho diferente dependendo se o eixo flexível é impresso no-plano ou através das camadas - as chamadas de orientação devem fazer parte do pacote de desenho, e não uma reflexão tardia deixada para a gráfica. Em segundo lugar, os números do HDT mostram uma lacuna significativa entre os casos de carga de 0,45 MPa e 1,8 MPa, o que é relevante para suportes inferiores-que vêem simultaneamente absorção de calor ambiente e carga mecânica; uma peça que fica bem perto de um compartimento de motor quente pode se comportar de maneira diferente, uma vez que também carrega uma pré-carga de fixador.

A HP também relata que seu sistema de pó PA12 de alta reutilização retorna cerca de 80% de pó excedente utilizável por construção, em comparação com taxas de reutilização mais baixas típicas da sinterização seletiva a laser, o que é parte do motivo pelo qual o custo de material por peça da MJF tende a permanecer baixo, mesmo à medida que as iterações de projeto se acumulam.

Nada disso faz do MJF um substituto universal. CNC continua sendo a melhor opção quando:

A peça é de metal ou um plástico especial fora do conjunto de materiais comuns da MJF (alguns tipos de PEEK, acetal/Delrin, resinas especiais-de alta temperatura)

As tolerâncias precisam ser mantidas mais apertadas do que aproximadamente ±0,1–0,2 mm, ou uma superfície de vedação/rolamento precisa ser usinada-com precisão

A geometria é simples e em blocos o suficiente para que a remoção de material - e, portanto, o tempo de ciclo - permaneçam baixos, independentemente do processo

O eventual método de produção é CNC, e as primeiras peças precisam acompanhar o acabamento superficial e o comportamento dimensional desse processo o mais próximo possível

A tolerância alcançável típica do MJF fica em torno de ±0,2–0,3 mm em tamanhos de peças moderados e tende a aumentar em geometrias de paredes-maiores ou finas, uma vez que a precisão dimensional em processos de leito-de pó se adapta ao tamanho da peça de uma forma que a usinagem geralmente não faz. Se uma interface correspondente precisa manter um ajuste perfeito contra um componente de metal existente, geralmente é um trabalho CNC ou uma peça MJF com uma superfície de referência usinada adicionada posteriormente.

Dada a lacuna de alongamento XY/Z acima, a orientação prática para braços de encaixe-cantilever é orientar a direção flexível no plano XY sempre que o layout de construção permitir - é onde o PA12 tem mais margem de alongamento antes de rachar sob engate repetido. Os braços de encaixe usinados-CNC evitam totalmente essa questão de orientação, mas geralmente custam mais para serem produzidos porque os recursos de cantilever finos exigem um planejamento cuidadoso do percurso da ferramenta e apresentam risco real de deflexão ou trepidação da ferramenta nos passes finais.

Para clipes internos, retentores de chicotes de fios e tampas de sensores que passam por dezenas de ciclos de conexão/desconexão durante um programa de validação, esse geralmente é o fator decisivo a favor do MJF - não apenas a velocidade de construção, mas a capacidade de manter um comportamento de fadiga consistente em um lote aninhado de peças a partir de uma única tiragem de impressão. É também por isso que a maioria-dos artigos sobreEncaixes de plástico para impressão 3D MJF-convergem para o mesmo conselho: acerte primeiro a orientação e o comportamento à fadiga do material cuidará do resto.

Seções de entrada de ar, coberturas de refrigeração e outras geometrias de dutos são onde o processo de leito-de pó ganha seu sustento: o pó não fundido dentro de um canal fechado atua como seu próprio suporte, portanto, um coletor que precisaria de uma oficina CNC para ser dividido em duas metades e unir - ou exigir trabalho de vários-eixos mais EDM para os recursos internos - pode ser impresso como uma peça. O pós-processamento (jateamento de esferas ou suavização de vapor) normalmente leva o acabamento da superfície interna a um estado utilizável para testes de fluxo e vazamento sem passagens de usinagem adicionais. Discussões de Coletores de admissão de ar para impressão 3D MJFtendem a se concentrar nessa construção-de peça única como o benefício principal, e é justo -, mas o ponto de condicionamento-de umidade abaixo é igualmente importante para uma peça que precisa conter um diâmetro interno-crítico de fluxo.
 

A compensação-que vale a pena sinalizar: a absorção de umidade próxima a 1,5% na saturação significa que uma peça deixada em um ambiente úmido de oficina por semanas antes de uma verificação de ajuste pode coletar água suficiente para se deslocar ligeiramente fora de uma especificação de{2}diâmetro interno rígido. Para geometrias-críticas de fluxo, vale a pena condicionar as peças em uma umidade controlada por 24 a 48 horas antes da medição final, da mesma forma que os métodos de teste ASTM subjacentes fazem.
 

Os suportes que consolidam diversas funções, caixas de sensores e componentes eletrônicos e gabaritos de chão de fábrica tendem a seguir o mesmo padrão dos exemplos de-encaixes de pressão e dutos acima - o caso mais amplo para Peças automotivas com impressão 3D MJF geralmente se resume às mesmas três variáveis: geometria muito complexa para usinagem econômica, volumes muito baixos para justificar o uso de ferramentas e um cronograma de validação medido em dias em vez de semanas.

Faça duas perguntas a um fornecedor em potencial que vão além da conversa padrão "você pode imprimir isto": que porcentagem de pó virgem ele mistura em cada construção e se ele rastreia dados de posição-de construção por peça. A proporção de pó-reutilizada afeta a consistência mecânica lote a lote, e uma oficina que pode informar onde sua peça estava na câmara de construção - e, portanto, qual histórico térmico ela tinha - está melhor posicionada para explicar um valor discrepante dimensional ou mecânico se algum aparecer durante o teste.

Para uma peça específica, a maneira mais rápida de resolver a comparação é enviar o mesmo arquivo STEP - com instruções de orientação e tolerância-crítica marcadas como - para um serviço MJF e uma oficina CNC e comparar as cotações com o que cada processo pode realmente conter nos recursos que importam para seu teste.