Koja je razlika između CNC-a i MIM-a?

Prošlog tromjesečja jedna kompanija za medicinske uređaje poslala nam je dio koji su obrađivali tri godine. Nosač od nerđajućeg čelika, 47 funkcija, 23 USD po komadu, 60.000 jedinica godišnje. Htjeli su znati može li MIM smanjiti svoje troškove.

 

Uradili smo analizu. MIM alat bi koštao 52.000 dolara. Cijena po -komadu bi pala na 4,20 USD. Iskorišteni-sa 2.766 jedinica, tako da bi povratili ulaganje u alate u prvom mjesecu proizvodnje i uštedjeli 1,1 milion dolara godišnje nakon toga.

 

Nisu se zamenili.

 

Nosač je imao dva otvora za koje je potrebno ±0,02 mm za utiskivanje ležaja{1}}. MIM na ±0,3% na tim karakteristikama od 18 mm bi dao ±0,054 mm, skoro tri puta previše labav. Mogli bismo MIM tijelo i CNC-završiti provrte, ali taj hibridni pristup koštao je 7,80 USD po komadu. I dalje štedi novac, ali ne i dramatično smanjenje koje su željeli.

Tolerancija

Tu umire većina MIM projekata. MIM skale tolerancije u procentima, ±0,3% standardno, ±0,1% optimizovano. Inženjeri vide ±0,3% i misle "tesno". Što se tiče malih karakteristika, jeste.

CNC drži apsolutnu toleranciju. MIM vage sa veličinom. Taj otvor od 50 mm na ±0,05 mm? MIM ga ne može dodirnuti bez sekundarne obrade.

Ali kada tolerancije funkcionišu, uštede su stvarne. Program kirurških instrumenata Spine Wave-a je slučaj koji najčešće spominjemo jer su brojevi javni i priča je potpuna. Došli su kod svog MIM dobavljača sa komponentom za zaključavanje za transport za Velocity® uređaj za spinalnu fuziju. Dio je koštao 18 dolara po komadu, što nije nečuveno za medicinsku komponentu, ali im je bilo potrebno 75.000 jedinica godišnje. Godišnja potrošnja na mašinsku obradu: 1,35 miliona dolara.

MIM evaluacija je trajala četiri mjeseca. Alat košta 38.000 dolara. Prvi članci su zahtijevali dvije prilagodbe ciklusa sinteriranja kako bi postigli dimenzionalne specifikacije. Cijena po-komadu iznosila je 2,80 USD. Ukupno za prvu godinu: 248.000 dolara uključujući amortizaciju alata. Uštedjeli su više od milion dolara u prvoj godini. Do treće godine, kumulativna ušteda je premašila 3,2 miliona dolara.

Proces

MIM je niz transformacija. Metalni prah, prečnika od 2 do 20 mikrona, meša se sa termoplastičnim vezivom na otprilike 60% praha do 40% veziva po zapremini. Smjesa se tokom ubrizgavanja ponaša kao plastika. Teče u šupljine kalupa i skrućuje se u "zelene dijelove" koji izgledaju ispravno, ali nemaju strukturalni integritet.

Zeleni dio prolazi kroz odvezivanje, termičku razgradnju ili ekstrakciju rastvaračem, kako bi se uklonio polimer. Ono što ostaje je "smeđi dio": metalni prah koji se drži zajedno trenjem i ostatkom veziva. Dovoljno lomljiv da se raspadne ako pogrešno rukujete.

Smeđi dio ulazi u peć za sinteriranje koja radi na 85-95% tačke topljenja legure. Tokom 15-20 sati, difuzija u čvrstom stanju vezuje čestice praha. Dio se skuplja 15-20% u svim dimenzijama kako se poroznost urušava i povećava gustina. Dio oblikovan na 60 mm izlazi iz sinterovanja na 48-51 mm.

Skupljanje je predvidljivo u zbiru, ali nije savršeno ujednačeno. Gravitacija utječe na dijelove različito ovisno o orijentaciji peći. Raspodjela mase utječe na lokalne stope skupljanja. Varijacije debljine zida stvaraju diferencijalno skupljanje koje iskrivljuje dijelove.

Vidjeli smo da dijelovi izlaze iz sinteriranja ispravnih dimenzija, a dijelovi iz istog kalupa izlaze uvrnuti jer je neko pogrešno napunio ležište peći. Takve stvari se dešavaju više nego što dobavljači vole da priznaju. Razvoj učvršćenja za sinteriranje, nosača koji drže geometriju dijela tokom sati-dugog termičkog ciklusa, je inženjerski posao, a ne roba. Dobavljači bez iskustva na geometrijski sličnim dijelovima će iterirati kroz dizajn uređaja o vašem trošku.

Neuspjesi

Kontrola atmosfere u peći za sinterovanje određuje da li vaš materijal zaista ispunjava specifikacije. Nerđajući čelici trebaju vodik ili vakuumsku atmosferu. Pogrešna atmosfera, ili zagađenje atmosfere iz prljave peći, uzrokuje da krom migrira s površine. Dijelovi izgledaju dobro. Dimenzije provjerite. Ali otpornost na koroziju je uništena jer je površinski krom iscrpljen. Odbili smo dolazne MIM dijelove od drugih dobavljača koji su prošli inspekciju dimenzija, ali nisu prošli testiranje slanog spreja za manje od 100 sati.

MIM dijelovi zadržavaju 1-4% poroznosti. Te šupljine zadržavaju sve onečišćenja koja postoje u vašem okruženju: rashladno sredstvo za mašinsku obradu, ulje za sečenje, atmosfersku vlagu.

Imali smo kupca prije dvije godine koji je specificirao MIM na strukturalnim konzolama za smanjenje troškova. Proizvodnja je tekla bez problema osam mjeseci. Tada je njihov tim terenske službe pokušao da zavari držač tokom popravke opreme.

Zavar nije uspio. Ponavljano.

Zarobljena kontaminacija koja isparava kroz zavareni bazen stvorila je poroznost i inkluzije koje su uništile integritet spoja. Morali su kvalificirati novog CNC dobavljača za zamjenske dijelove. "Uštede troškova" od MIM-a pretvorile su se u hitne troškove nabavke, kašnjenja usluga na terenu i problem odnosa s klijentima.

Ako vašim dijelovima ikada zatreba zavarivanje, za montažu, popravku ili modifikaciju na terenu, MIM je diskvalificiran.

Umor je još jedna stvar o kojoj dobijamo pitanja. Mašine za kovane šipke sa 100% gustinom sa doslednom strukturom zrna. MIM se sinteruje do 96-99% gustine sa distribuiranom mikroporoznošću. Statička snaga je ekvivalentna. Testirali smo 17-4PH MIM dijelove u odnosu na kovane specifikacije i oni se podudaraju u pogledu zatezanja, popuštanja i tvrdoće. 17-4PH H900 radi 1070-1190 MPa UTS, 970-1090 MPa izdašnost, 35-40 HRC. 316L MPa minimalna otpornost na udare atmosfere od 5 je odlična kontrolisan. Ali te mikropore djeluju kao koncentratori stresa pod cikličnim opterećenjem. Za dijelove koji vide 10^{17}} ciklusa, rotirajuće osovine, nosače opterećene vibracijama, sve što ima problema sa rezonancom, kovani materijal nadmašuje MIM. Vruće izostatičko presovanje može zatvoriti poroznost i povratiti performanse zamora, ali to dodaje 10-25 USD po dijelu.

Završna obrada: MIM kao-sinterovani postiže Ra 0,8-1,6 μm, glatkiji od standardnog CNC-a na Ra 3,2 μm. Gustina je 96-99%, ili 99%+ sa HIP-om. Standardi ako su vam potrebni: MPIF 35-MIM (2025), ASTM B883-19, ISO 22068:2012.

Volume

Formula-ispravnosti: MIM trošak alata podijeljen sa-uštedom po komadu. Kalup od 40.000 dolara sa uštedom od 14 dolara po komadu je čak i na 2.857 jedinica. Iznad te količine, svaki dio štedi 14 dolara. Sa 50.000 godišnjih obima, to je 700.000 dolara godišnje.

Samo oko polovina MIM kalupa koje citiramo ikada uđe u proizvodnju. Promjene dizajna nakon početka izrade alata koštaju 2.000-15.000 USD po modifikaciji. Programi koji teže smanjenju troškova prije stabilnosti dizajna na kraju dvaput plaćaju alate.

CNC mašine obrađuje sve što možete pričvrstiti. Aluminij, titan, inkonel, mesing, plastika, kompoziti, bez ograničenja osim obradivosti. Izbor MIM materijala zavisi od utvrđenih formulacija sirovine. Nerđajući čelici čine 50-57% globalne proizvodnje MIM-a. 316L za otpornost na koroziju, 17-4PH za čvrstoću, 420 za habanje. Niskolegirani čelici (4140, 4340, Fe-2Ni) za termičku obradu ili magnetna svojstva. Alatni čelici M2 i H13 za otpornost na habanje, iako kontrola ugljika tokom sinterovanja zahtijeva pažljiv razvoj procesa. Titanijum Ti-6Al-4V za medicinu i vazduhoplovstvo, sinterovan pod vakuumom. Šta ne radi: aluminijum, legure bakra, čisti metali.

Korištenje materijala: CNC pretvara 20-50% vaše gredice u dijelove, ostatak postaje čips. Kompleksni delovi mogu izgubiti 70-80%. Iskorišćenost MIM sirovine je 95-97% uz reciklažu trkača. Za titanijum po ceni od 60 USD/kg, deo mašinski obrađen od 180 g gredice do 40 g završne obrade troši 140 g materijala, 8,40 USD u otpadu pre nego što isečete jedan čip. MIM proizvodi taj dio od otprilike 42 g sirovine.

Kada radi

MIM pobjeđuje kada imate složenu geometriju koja zahtijeva više CNC operacija. Unutrašnje karakteristike, podrezi, tanki zidovi, karakteristike koje bi zahtevale rad sa 5 osa ili EDM. Dijelovi kod kojih cijena strojne obrade iznosi 25-50 USD po komadu često se navode ispod 5 USD po komadu u MIM-u.

AFT-ov program lopatica turbopunjača: 180+ miliona dijelova proizvedenih za BMW, Ford, Teslu, Caterpillar. Profili aeroprofila drže ±0,015 mm, čvršći od standardnog MIM-a zahvaljujući optimiziranoj alatki i kontroli procesa. 20% smanjenja troškova u odnosu na precizno lijevanje u automobilskim količinama. Dokumentirano na pim-international.com. Taj program je zahtijevao godine ulaganja u razvoj, a ne nešto što replicirate na šest-mjesečnom vremenskom okviru.

CNC pobjeđuje na aluminijskim i bakarnim dijelovima, uskim-obilježjima tolerancije ispod ±0,1%, aplikacijama koje zahtijevaju zavarljivost, programima kojima je potrebna potpuna sljedivost materijala (vazduhoplovstvo, nuklearno), dijelovima ispod 5.000 godišnje zapremine i geometrijama koje se efikasno obrađuju. Jednostavni tokani dijelovi na CNC strugovima možda nikada neće opravdati MIM alate bez obzira na volumen.

Hibrid radi kada vam je potrebna MIM ekonomičnost na složenoj geometriji, ali ima funkcije koje zahtijevaju CNC preciznost. MIM telo, obradi kritične bušotine.