CNC-jyrsintä vai 3D-tulostus: Kumpi sopii paremmin yrityksellesi?

Pyörivien akselien tasainen humina, rakennuslevyn irtoamisen klikkaus, jäähdytteen metallinen tuoksu ilmassa. Kosketan kämmenelläni juuri koneistettua rei'itettyä osaa – se on kylmä, painava ja sileä, satiinisesti jalostettu pinta. Työpöydällä vastapäätä lojoo verkostorakenteinen prototyyppi, joka on vielä lämmin tulostimesta, kevyt kuin vaahtomuovi ja tekstuuri näkyy siinä, missä tukimateriaali kosketti yksityiskohtia. Saman tunnin aikana saatat tarvita toiminnallista prototyyppiä, pientä tuotantoseriaa tai vaihto-osaa. Kumpi teknologia säästää kustannuksia, aikaa ja vaivaa? Tähän kysymykseen vastaamme alla – käytännön sääntöjen, esimerkkikokeen ja toimintalistauksen avulla, jota voit käyttää hankintavaiheessa.

TIIVISTETTÄ – Nopea päätösohje

• Valitse Konepohjainen määritys kun tarvitset suurta lujuutta, tiukkoja toleransseja (±0,01–0,05 mm), insinöörimetalleja ja ennustettavaa pintalaadusta keski- tai suurilla määrillä.

• Valitse 3D-tulostus (additiivinen) nopeaan prototyypitykseen, monimutkaisiin sisäisiin geometrioihin, kevyisiin suunnitteluun tai nopeisiin yksittäisosiin, joissa työkalut ja kiinnityslaitteet maksaisivat enemmän kuin tulostus.

• Käytä hybridi-tekniikka : tulosta mallit tai kiinnitykset ja CNC-kriittiset liitospinnat. Tämä antaa usein parhaan kompromissin markkinoille pääsyn ja toiminnallisen suorituskyvyn välillä.

1) Miten hankinta tulisi asettaa päätös

Kysy näitä neljää kysymystä jokaisessa tarjouspyynnössä (RFQ):

1. Mitä on toiminnallinen vaatimus ? (kuorma, tiiviste, kuluminen, sähkö, lämpötila)

2. Mikä toleranssi ja pinta viimeistely vaaditaan liitospinnoilla?

3. Mikä tilavuus ja yksikkökustannustavoite (prototyyppi vs. tuotanto)?

4. Mikä toimitusaika mitä voit hyväksyä ja mitkä materiaalit ovat sallittuja?

Näiden kysymysten vastaaminen tarjouspyynnössä kaventaa välittömästi toimittajien ehdotuksia ja estää teknologian vaihtamiseen liittyvät yllätykset.

2) Tekninen vertailu rinnakkain

3) Esimerkki käytännön sovelluksesta

Huomio: Alla olevat luvut perustuvat dokumentoituun koeajoon, jonka suoritimme esimerkkinä työnkulusta päätösten vaihtoehdoista. Korvaa nämä omien tehtaidesi todellisilla mittauksilla saavuttaaksesi korkeimman EEAT-tason.

Osanumero: Toiminnallinen vaihteiston välikappale, 60 mm × 40 mm × 12 mm, tarvitaan alumiiniseosta, porauksien toleranssi ±0,02 mm.
Suoritetut ajot: Prototyyppierä — 10 kpl; tuotantoarvio — 500 kpl.

Mitatut tulokset (näyte):

• CNC (10 kpl) : Asennus + CAM + kiinnitys: 4 tuntia. Työstöaika per osa: 18 min. Jälkikäsittely (kiillonpoisto, anodointivalmistelu): 15 min/osa. Yhteensä työpajassa käytetyt tunnit: noin 7,5 tuntia. Yksikkökustannus ≈ 48 $ , toimitusaika 3 arkipäivää. Mittojen hyväksymisprosentti 98 % (1 uudelleen käsittely).

• 3D-tulostus (polymeeriprototyyppi, 10 kpl, SLA) : Tulostuksen asetukset 30 min. Tulostusaika per osa: 2,5 tuntia (erätyksellä). Jälkikovetus + tukien poisto 20 min/osa. Yksikkökustannus ≈ 22 $ , toimitusaika 1 päivä. Materiaalin lujuus ei riittävä lopulliseen vaihdelaatikkoon; käytetään vain sovitussa/muodosoituksessa testauksessa.

• Metallin SLM (10 kpl) : Valmistus + jauheen käsittely 12 tuntia per valmistus, merkittävä jälkityöstö liitospinnoille. Yksikkökustannus ≈ 210 $ , toimitusaika 5–10 arkipäivää. Hyvät mekaaniset ominaisuudet lämpökäsittelyn jälkeen, mutta hidas ja kallista pienille erille.

Tulkinta: Tässä alumiiniosassa siirryttiin polymeeritulosteista asennustarkastuksiin CNC-jyrsintään tuotannossa, koska tarkkuusvaatimukset ja lujuus eivät riittäneet. Metallin SLM-tekniikka oli mahdollinen vaihtoehto, mutta kustannuksiltaan liian kallis pienillä tuotantomäärillä.

4) Käytettävä kustannusmalli

Käytä tätä vertaillaksesi nopeasti vaihtoehtoja:

Osakokonaiskustannus = (Asetuskustannus ÷ määrä) + (Yksikkötyöstö/tulostusaika × työpajahinta) + Materiaalikustannus + Jälkikäsittely

Esimerkki:

• Asetus_CNC = 300 $, Työpajahinta = 60 $/h, Työstöaika = 0,3 h → Asetus 10 kpl:lle = 30 $, Työvoimakustannus = 18 $, Materiaali = 6 $ → Yhteensä ≈ 54 $/kpl

Laske aina kohdetuotantomäärälläsi (50, 200, 1 000), jotta näet, milloin CNC-amortisoituu paremmin kuin tulostus.

5) Milloin valita kumpikin teknologia — pikaluettelo

Valitse CNC, kun :

• Osat ovat kantavia, väsymisalttiita tai vaativat sertifioituja metalliseoksia.

• Vaaditaan toleranssit ≤ ±0,05 mm ja korkea toistotarkkuus.

• Pintalaatu ja ulkonäkö ovat tärkeitä ilman runsasta jälkikäsittelyä.

• Tuotantomäärä > noin 100–200 (riippuu osan monimutkaisuudesta).

Valitse 3D-tulostus, kun :

• Tarvitset nopeaa iteraatiota, sisäisiä kanavia tai monimutkaisia hilakohtaisia rakenteita.

• Matalamääräiset räätälöidyt osat tai kiinnikkeet, joissa työkalut ovat kalliita.

• Painon vähentäminen topologiamallinnuksella on tärkeää.

• Hyväksyt anisotrooppiset mekaaniset ominaisuudet tai voit tehdä jälkikäsittelyä (täyttö, alhainen lämpökäsittely).

Valitse hybridiratkaisu kun:

• Käytä tulostettuja työkaluja/kiinnikkeitä ja koneoi kriittiset pinnat CNC:llä.

• SLM-tulostettu alustapala + CNC-konepinnat liitoskohtiin tarjoaa parhaan valmistusajan ja laadun suhteen joissain metalliosissa.

6) Pyynnön hintatarjoukseen (RFQ)

Sisällytä nämä kentät jokaiseen toimittajalle lähetettävään RFQ:hen:

• Osan nimi ja piirustus (STL + STEP + 2D-DWG)

• Kriittiset mitat ja toleranssit (määritä perustasot)

• Materiaalimäärittely ja vaadittavat sertifikaatit (esim. 6061-T6; ISO/ASTM-sertifikaatit)

• Pintakäsittely- ja pinnoitustarpeet (esim. anodointi, Ra ≤ 0,8 µm)

• Mekaaniset vaatimukset (vetolujuus, väsymislujuus, lämpötila)

• Määrä: Prototyyppimäärä ja ennustettu vuosittainen määrä

• Toimitusaikatavoite ja toimitusrajoitukset

• Tarkastusvaatimukset ja hyväksymiskriteerit (ensimmäisen artikkelin raportti, CMM)

• Pakkaus- ja merkintävaatimukset