É necessário realizar usinagem CNC de precisão após a impressão 3D do metal?

1. O núcleo da tecnologia: a capacidade dos materiais aditivos e subtrativos de trabalharem juntos
A principal distinção entre a usinagem de precisão CNC e a impressão 3D de metal é o que os faz trabalhar juntos no processo de fabricação:
Diferentes maneiras de formar
A impressão 3D de metal faz coisas derretendo o pó metálico, uma camada de cada vez. A superfície mostra padrões típicos de camadas e traços de poças de fusão. Pode haver problemas com a microestrutura, como pó não fundido e microporos. A usinagem de precisão CNC usa corte de ferramenta para remover materiais, criando um efeito de espelho com Ra0,8 μm ou inferior, e pode gerenciar tolerâncias dimensionais com ± 0,01 mm.
Limite de capacidades do processo
A impressão 3D tem alguns benefícios. Por exemplo, pode fazer estruturas complicadas que são difíceis de fazer usando métodos mais antigos, como canais de resfriamento conformados, estruturas treliçadas de redução de peso e cavidades com muitos ângulos. Por exemplo, uma determinada lâmina de motor de aviação utiliza impressão 3D para tornar o interior oco, o que reduz o peso em 40%, mantendo a resistência da estrutura.
Benefícios da usinagem CNC: Usinagem mais eficiente para formas comuns, como planos e cilindros, e sem necessidade de lidar com sobras de estruturas de suporte. Por exemplo, o fresamento CNC tornou a rugosidade da superfície de um determinado eixo de transmissão de carro Ra0,4 μm, o que atendeu às necessidades de resistência ao desgaste para rotação em alta-velocidade.
A tendência da fabricação híbrida
O método híbrido de "impressão 3D + usinagem de precisão CNC" está se tornando padrão na indústria. Por exemplo, uma empresa que fabrica moldes de precisão utiliza impressão 3D para fazer um núcleo de molde com três camadas de canais de resfriamento internos. Em seguida, eles empregam usinagem CNC para tornar o processo de resfriamento 30% mais eficiente e reduzir o prazo de entrega de 14 para 5 dias.
2. Demanda da indústria: vários critérios para rugosidade superficial
indústrias distintas têm necessidades distintas de qualidade superficial, o que afeta diretamente a necessidade de usinagem CNC de precisão:
Campo da aeroespacial
As peças devem ser capazes de suportar condições adversas (alta temperatura, alta pressão e alto estresse), e falhas superficiais podem levar a trincas por fadiga.
Um exemplo comum é que a usinagem CNC reduz a rugosidade da superfície de vedação de Ra12 μm para Ra0,8 μm quando um certo tipo de bico de motor de foguete é impresso em 3D. Isso prolonga a vida útil da vedação em altas temperaturas de 50 para 200 vezes.
Escolha de um processo: As peças principais, como superfícies de vedação e superfícies de contato, devem ser usinadas com precisão CNC. Superfícies sem{1}}rolamento podem manter texturas impressas para economizar peso.
Campo de implantes médicos
Requisito essencial: A rugosidade da superfície influencia a probabilidade de fixação de células ósseas e proliferação bacteriana.
Uma prótese de articulação do quadril em liga de titânio precisa ter uma qualidade de superfície de Ra1,5–2,5 μm para permitir que o osso cresça nela. Uma certa empresa fabrica corpos protéticos usando impressão 3D. Então, para tornar a superfície mais lisa até Ra0,8 μm, eles empregam uma combinação de polimento químico e polimento CNC. Isso mantém a estrutura microporosa que foi feita pela impressão, o que torna o corpo mais compatível com os seres vivos.
Escolhendo o processo certo: A superfície funcional precisa de corte CNC preciso, enquanto a superfície estrutural pode manter a textura impressa.
No mundo da eletrônica de consumo
A suavidade da superfície é um fator chave que afeta a aparência do produto e seu funcionamento óptico.
Em um cenário típico, a usinagem CNC reduziu a rugosidade da superfície de uma montagem de câmera de celular impressa-em 3D de Ra3,2 μm para Ra0,05 μm. Isso fez com que a montagem refletisse mais luz visível, de 85% a 92%, que é o que os sistemas de comunicação a laser precisam.
Escolha de um processo: A superfície óptica precisa ser usinada com precisão CNC, enquanto a superfície estrutural pode manter a textura impressa.
Indústria de Energia e Moldes: A qualidade da superfície deve encontrar um equilíbrio entre ser resistente à corrosão e ser fácil de trabalhar.
Um núcleo de molde de injeção-impresso em 3D para um carro foi usado para criar um canal de resfriamento conformado. Em seguida, foi jateado para tornar a superfície menos rugosa, passando de Ra15 μm a Ra6,3 μm. Isso aumentou a vida útil do molde de 100.000 utilizações para 500.000 utilizações.
Escolha de um processo: para superfícies que não se tocam, você pode utilizar métodos-de baixo custo, como jato de areia. Para superfícies que se tocam, você precisa de usinagem CNC de precisão.
3. Custo-efetividade: a lógica econômica da escolha de um processo
Para decidir se deve utilizar a usinagem de precisão CNC, você precisa examinar cuidadosamente a viabilidade técnica, o ciclo de entrega e o custo de produção.
Avaliação de viabilidade técnica
Complexidade estrutural: se o produto tiver recursos difíceis de fabricar com CNC (como furos cruzados no interior ou estruturas de paredes-finas), a impressão 3D pode ser a única opção. Por exemplo, a impressão 3D preenche a câmara de combustão de um determinado motor de avião, o que evita as dificuldades de concentração de tensões que podem ocorrer com os métodos tradicionais de soldagem.
Requisito de precisão: A usinagem de precisão CNC é necessária se o requisito de tolerância for maior do que o que a impressão 3D pode fazer (como ± 0,01 mm). Por exemplo, uma peça bruta para uma engrenagem de alta{3}}precisão é feita por meio de impressão 3D, e a retificação CNC aumenta a precisão do perfil do dente do nível IT8 para o nível IT5.
Otimizando o ciclo de entrega
Para pedidos urgentes, a impressão 3D pode pular a etapa de desenvolvimento do molde e responder rapidamente à “entrega de impressão do projeto”. Por exemplo, uma nova empresa de veículos energéticos usou impressão 3D para fazer um protótipo de suporte de bateria. Todo o procedimento, desde o projeto até a montagem, levou apenas 48 horas.
Se o tamanho do lote for grande (mais de 1.000 peças), a usinagem CNC pode ser mais barata para produção em lote. Uma empresa de fabricação de peças padrão pode usar o processamento CNC em lote de conexões de liga de alumínio para tornar um único item 60% mais barato do que a impressão 3D.
Controle do custo total da entrega
Ao usar a usinagem CNC, você deve pensar nas despesas implícitas, como programação, fixação e teste de molde. Por outro lado, a impressão 3D pode reduzir o custo das ferramentas e o risco de iterações de design. Por exemplo, a impressão 3D pode produzir uma peça estrutural complicada de uma só vez, reduzindo em 70% o tempo necessário para alterar ferramentas e caminhos de processo.
Taxa de utilização de material: a usinagem CNC normalmente utiliza 50% a 70% do material, enquanto a impressão 3D pode utilizar mais de 90%. Por exemplo, a impressão 3D produz um item específico de liga de titânio, que custa 40% menos que a fresagem CNC.