Apakah Perbezaan Antara CNC dan MIM?

Suku lalu sebuah syarikat peranti perubatan menghantar kepada kami bahagian yang telah mereka pemesinan selama tiga tahun. Pendakap keluli tahan karat, 47 ciri, $23 setiap keping, 60,000 unit setiap tahun. Mereka ingin tahu sama ada MIM boleh mengurangkan kos mereka.

 

Kami menjalankan analisis. Perkakas MIM berharga $52,000. Kos setiap-sekeping akan turun kepada $4.20. Pulangan modal-pada 2,766 unit, jadi mereka akan memulihkan pelaburan alatan pada bulan pertama pengeluaran dan menjimatkan $1.1 juta setiap tahun selepas itu.

 

Mereka tidak bertukar.

 

Pendakap mempunyai dua lubang yang memerlukan ±0.02mm untuk penekan galas-sesuai. MIM pada ±0.3% pada ciri 18mm tersebut akan memberikan ±0.054mm, hampir tiga kali terlalu longgar. Kami boleh MIM badan dan CNC-menyelesaikan lubang, tetapi pendekatan hibrid itu berharga $7.80/helai. Masih menjimatkan wang, tetapi bukan pengurangan dramatik yang mereka inginkan.

Toleransi

Di sinilah kebanyakan projek MIM mati. Skala toleransi MIM sebagai peratusan, ±0.3% standard, ±0.1% dioptimumkan. Jurutera melihat ±0.3% dan berfikir "ketat." Pada ciri-ciri kecil, ia adalah.

CNC memegang toleransi mutlak. Skala MIM dengan saiz. Lubang 50mm itu pada ±0.05mm? MIM tidak boleh menyentuhnya tanpa pemesinan sekunder.

Tetapi apabila toleransi berjaya, penjimatan adalah nyata. Program instrumen pembedahan Spine Wave adalah kes yang paling kami rujuk kerana nombornya adalah umum dan ceritanya lengkap. Mereka datang ke pembekal MIM mereka dengan komponen kunci penghantaran untuk peranti gabungan tulang belakang Velocity®. Bahagian itu dimesin pada $18/keping, tidak keterlaluan untuk komponen perubatan, tetapi mereka memerlukan 75,000 unit setahun. Perbelanjaan pemesinan tahunan: $1.35 juta.

Penilaian MIM mengambil masa empat bulan. Kos perkakas $38,000. Artikel pertama memerlukan dua pelarasan kitaran pensinteran untuk mencapai spesifikasi dimensi. Kos setiap-sekeping mendarat pada $2.80. Jumlah tahun pertama: $248,000 termasuk pelunasan alatan. Mereka menjimatkan lebih satu juta dolar pada tahun pertama. Menjelang tahun ketiga, penjimatan terkumpul melebihi $3.2 juta.

Proses

MIM ialah urutan transformasi. Serbuk logam, diameter 2 hingga 20 mikron, diadun dengan pengikat termoplastik pada kira-kira 60% serbuk hingga 40% pengikat mengikut isipadu. Campuran berkelakuan seperti plastik semasa suntikan. Ia mengalir ke dalam rongga acuan dan memejal menjadi "bahagian hijau" yang kelihatan betul tetapi tidak mempunyai integriti struktur.

Bahagian hijau melalui penyahikat, penguraian terma atau pengekstrakan pelarut, untuk mengeluarkan polimer. Apa yang tinggal ialah "bahagian coklat": serbuk logam yang disatukan oleh geseran dan pengikat sisa. Cukup rapuh untuk hancur jika anda salah mengendalikannya.

Bahagian coklat memasuki relau pensinteran yang berjalan pada 85-95% daripada takat lebur aloi. Lebih 15-20 jam, resapan keadaan pepejal mengikat zarah serbuk. Bahagian mengecut 15-20% dalam semua dimensi apabila keliangan runtuh dan ketumpatan meningkat. Bahagian yang dibentuk pada 60mm keluar daripada pensinteran pada 48-51mm.

Pengecutan boleh diramal secara agregat tetapi tidak seragam sempurna. Graviti mempengaruhi bahagian secara berbeza bergantung pada orientasi relau. Pengagihan jisim mempengaruhi kadar pengecutan tempatan. Variasi ketebalan dinding menghasilkan pengecutan pembezaan yang meledingkan bahagian.

Kami telah melihat bahagian yang keluar daripada pensinteran yang betul dari segi dimensi dan bahagian dari acuan yang sama terkeluar berpintal kerana seseorang memuatkan dulang relau yang salah. Perkara seperti itu berlaku lebih daripada yang pembekal suka mengakui. Pembangunan lekapan pensinteran, sokongan yang memegang bahagian geometri sepanjang jam-kitaran haba yang panjang, adalah kerja kejuruteraan, bukan komoditi. Pembekal tanpa pengalaman pada bahagian yang serupa secara geometri akan beralih melalui reka bentuk lekapan atas perbelanjaan anda.

Kegagalan

Kawalan atmosfera dalam relau pensinteran menentukan sama ada bahan anda benar-benar berfungsi mengikut spesifikasi. Keluli tahan karat memerlukan hidrogen atau suasana vakum. Suasana yang salah, atau pencemaran atmosfera daripada relau yang kotor, menyebabkan kromium berhijrah dari permukaan. Bahagian-bahagian kelihatan baik. Dimensi semak keluar. Tetapi rintangan kakisan musnah kerana kromium permukaan habis. Kami telah menolak alat ganti MIM masuk daripada pembekal lain yang lulus pemeriksaan dimensi tetapi gagal dalam ujian semburan garam dalam masa kurang dari 100 jam.

Bahagian MIM mengekalkan keliangan 1-4%. Lompang tersebut memerangkap sebarang pencemaran yang wujud dalam persekitaran anda: penyejuk pemesinan, minyak pemotongan, kelembapan atmosfera.

Kami mempunyai pelanggan dua tahun lalu yang menyatakan MIM pada kurungan struktur untuk pengurangan kos. Pengeluaran berjalan lancar selama lapan bulan. Kemudian pasukan perkhidmatan lapangan mereka cuba mengimpal pendakap semasa pembaikan peralatan.

Kimpalan gagal. Berulang kali.

Pencemaran terperangkap yang mengewap melalui kolam kimpalan mencipta keliangan dan kemasukan yang memusnahkan integriti sendi. Mereka terpaksa melayakkan pembekal CNC baharu untuk alat ganti. "Penjimatan kos" daripada MIM bertukar menjadi kos perolehan kecemasan, kelewatan perkhidmatan lapangan dan masalah hubungan pelanggan.

Jika bahagian anda mungkin memerlukan kimpalan, untuk pemasangan, pembaikan atau pengubahsuaian medan, MIM akan hilang kelayakan.

Keletihan adalah satu lagi perkara yang kita dapat soalan. Mesin stok bar tempa pada ketumpatan 100% dengan struktur bijian yang konsisten. MIM sinter kepada 96-ketumpatan 99% dengan mikroporositi teragih. Kekuatan statik adalah setara. Kami telah menguji bahagian MIM 17-4PH terhadap spesifikasi tempa dan ia sepadan dengan tegangan, hasil dan kekerasan. 17-4PH H900 berjalan 1070-1190 MPa UTS, hasil 970-1090 MPa, 35-40 HRC. 316perintangan MPL yang sangat baik apabila mencapai rintangan korosi minimum 520 terkawal. Tetapi mikropori tersebut bertindak sebagai penumpu tekanan di bawah pemuatan kitaran. Untuk bahagian yang melihat 10^7+ kitaran, aci berputar, kurungan yang dimuatkan getaran, apa-apa sahaja dengan kebimbangan resonans, bahan tempa mengatasi prestasi MIM. Penekanan Isostatik Panas boleh menutup keliangan dan memulihkan prestasi keletihan, tetapi itu menambah $10-25 setiap bahagian.

Kemasan permukaan: MIM sebagai-disinter mencapai Ra 0.8-1.6μm, lebih licin daripada CNC standard pada Ra 3.2μm. Ketumpatan berjalan 96-99%, atau 99%+ dengan HIP. Piawaian jika anda memerlukannya: MPIF 35-MIM (2025), ASTM B883-19, ISO 22068:2012.

Kelantangan

Formula pulang modal-: Kos perkakas MIM dibahagikan dengan-penjimatan setiap bahagian. Acuan $40,000 dengan penjimatan $14/keping mencapai 2,857 unit. Di atas volum itu, setiap bahagian menjimatkan $14. Pada volum tahunan 50,000, itu $700,000 setahun.

Hanya kira-kira separuh daripada acuan MIM yang kami sebutkan pernah dikeluarkan. Perubahan reka bentuk selepas alat bermula berharga $2,000-15,000 setiap pengubahsuaian. Program yang mengejar pengurangan kos sebelum kestabilan reka bentuk akhirnya membayar untuk perkakas dua kali.

Mesin CNC apa sahaja yang boleh anda pasangkan. Aluminium, titanium, Inconel, loyang, plastik, komposit, tiada sekatan melebihi kebolehmesinan. Pemilihan bahan MIM bergantung pada formulasi bahan suapan yang telah ditetapkan. Keluli tahan karat membentuk 50-57% daripada pengeluaran MIM global. 316L untuk rintangan kakisan, 17-4PH untuk kekuatan, 420 untuk haus. Keluli aloi rendah (4140, 4340, Fe-2Ni) untuk rawatan haba atau sifat magnet. Keluli alat M2 dan H13 untuk rintangan haus, walaupun kawalan karbon semasa pensinteran memerlukan pembangunan proses yang teliti. Titanium Ti-6Al-4V untuk perubatan dan aeroangkasa, disinter di bawah vakum. Apa yang tidak berfungsi: aluminium, aloi tembaga, logam tulen.

Penggunaan bahan: CNC menukar 20-50% bilet anda kepada bahagian, selebihnya menjadi cip. Bahagian kompleks mungkin membazir 70-80%. Penggunaan bahan suapan MIM berjalan 95-97% dengan kitar semula pelari. Untuk titanium pada $60/kg, bahagian yang dimesin daripada bilet 180g hingga kemasan 40g membazirkan 140g bahan, $8.40 dalam sekerap sebelum anda memotong satu cip. MIM menghasilkan bahagian itu daripada kira-kira 42g bahan mentah.

Apabila Ia Berfungsi

MIM menang apabila anda mempunyai geometri kompleks yang memerlukan beberapa operasi CNC. Ciri dalaman, potongan bawah, dinding nipis, ciri yang memerlukan kerja 5 paksi atau EDM. Bahagian yang kos pemesinan berharga $25-50/keping selalunya menyebut harga di bawah $5/keping dalam MIM.

Program ram pengecas turbo AFT: 180+ juta bahagian dihasilkan untuk BMW, Ford, Tesla, Caterpillar. Profil airfoil memegang ±0.015mm, lebih ketat daripada MIM standard melalui perkakasan yang dioptimumkan dan kawalan proses. 20% pengurangan kos berbanding tuangan ketepatan pada volum automotif. Didokumenkan pada pim-international.com. Program itu memerlukan pelaburan pembangunan selama bertahun-tahun, bukan sesuatu yang anda tiru pada garis masa enam-bulan.

CNC menang pada bahagian aluminium dan tembaga, ciri toleransi yang ketat-di bawah ±0.1%, aplikasi yang memerlukan kebolehkimpalan, program yang memerlukan kebolehkesanan bahan penuh (aeroangkasa, nuklear), bahagian di bawah 5,000 volum tahunan dan geometri yang dimesin dengan cekap. Bahagian pusingan ringkas pada pelarik CNC mungkin tidak membenarkan perkakasan MIM tanpa mengira kelantangan.

Hibrid berfungsi apabila anda memerlukan ekonomi MIM pada geometri kompleks tetapi mempunyai ciri yang memerlukan ketepatan CNC. MIM badan, mesin lubang kritikal.