Kakšna je razlika med CNC in MIM?

Prejšnje četrtletje nam je podjetje za medicinske pripomočke poslalo del, ki so ga obdelovali tri leta. Nosilec iz nerjavečega jekla, 47 funkcij, 23 USD na kos, 60.000 enot letno. Želeli so vedeti, ali lahko MIM zniža njihove stroške.

 

Izvedli smo analizo. Orodje MIM bi stalo 52.000 $. Cena na-kos bi padla na 4,20 USD. Izločitev -pri 2766 enotah, tako da bi povrnili naložbo v orodje v prvem mesecu proizvodnje in po tem prihranili 1,1 milijona USD letno.

 

Niso zamenjali.

 

Nosilec je imel dve izvrtini, ki sta zahtevali ±0,02 mm za vtis-prileganje ležaja. MIM pri ±0,3 % na teh 18 mm elementih bi dal ±0,054 mm, kar je skoraj trikrat preveč ohlapno. Lahko bi MIM karoserije in CNC-dokončal izvrtine, vendar je ta hibridni pristop znašal 7,80 $/kos. Še vedno prihrani denar, vendar ne tako dramatičnega zmanjšanja, kot so ga želeli.

Strpnost

Tukaj večina projektov MIM umre. Lestvice tolerance MIM v odstotkih, ±0,3 % standardno, ±0,1 % optimizirano. Inženirji vidijo ±0,3 % in mislijo, da so "tesni". Glede na majhne lastnosti je.

CNC ima absolutno toleranco. MIM lestvice z velikostjo. Ta 50 mm izvrtina pri ±0,05 mm? MIM se ga ne more dotakniti brez sekundarne obdelave.

Toda ko se tolerance izkažejo, so prihranki resnični. Program kirurških instrumentov Spine Wave je primer, na katerega se največkrat sklicujemo, ker so številke javne in je zgodba popolna. K svojemu dobavitelju MIM so prišli s komponento ključavnice za pošiljanje za napravo za spinalno fuzijo Velocity®. Del je bil obdelan po 18 USD/kos, kar ni nezaslišano za medicinsko komponento, vendar so potrebovali 75.000 enot na leto. Letna poraba strojne obdelave: 1,35 milijona USD.

Ocena MIM je trajala štiri mesece. Orodje je stalo 38.000 $. Prvi izdelki so zahtevali dve prilagoditvi cikla sintranja, da so dosegli dimenzijske specifikacije. Cena na-kos je pristala na 2,80 USD. Skupaj prvo leto: 248.000 USD, vključno z amortizacijo orodja. V prvem letu so prihranili več kot milijon dolarjev. Do tretjega leta so kumulativni prihranki presegli 3,2 milijona dolarjev.

Proces

MIM je zaporedje transformacij. Kovinski prah s premerom od 2 do 20 mikronov se zmeša s termoplastičnim vezivom pri približno 60 % prahu do 40 % veziva po prostornini. Zmes se med brizganjem obnaša kot plastika. Teče v votline plesni in se strdi v "zelene dele", ki so videti pravilni, vendar nimajo strukturne celovitosti.

Zeleni del gre skozi odstranjevanje veziva, termično razgradnjo ali ekstrakcijo s topilom, da se odstrani polimer. Kar ostane, je "rjavi del": kovinski prah, ki ga skupaj držita trenje in ostanki veziva. Dovolj krhek, da se razpade, če z njim ravnate napačno.

Rjavi del vstopi v peč za sintranje, ki deluje pri 85-95 % tališča zlitine. V 15-20 urah difuzija v trdnem stanju veže delce prahu. Del se skrči za 15-20 % v vseh dimenzijah, ko se poroznost zmanjša in gostota poveča. Del, oblikovan na 60 mm, pride iz sintranja na 48-51 mm.

Krčenje je predvidljivo v agregatu, vendar ni popolnoma enakomerno. Gravitacija različno vpliva na dele glede na orientacijo peči. Porazdelitev mase vpliva na lokalne stopnje krčenja. Sprememba debeline stene povzroči diferencialno krčenje, ki deformira dele.

Videli smo, da so deli iz sintranja prišli s pravilnimi merami, deli iz istega kalupa pa so izšli zviti, ker je nekdo napačno naložil pladenj peči. Takšne stvari se dogajajo pogosteje, kot si dobavitelji želijo priznati. Razvoj pritrdilnih elementov za sintranje, nosilcev, ki ohranjajo geometrijo delov med ur-dolgim ​​termičnim ciklom, je inženirsko delo in ne blago. Dobavitelji brez izkušenj z geometrično podobnimi deli bodo na vaše stroške preučili načrte vpenjal.

Neuspehi

Nadzor atmosfere v peči za sintranje določa, ali vaš material dejansko ustreza specifikacijam. Nerjavna jekla potrebujejo vodik ali vakuumsko atmosfero. Napačna atmosfera ali onesnaženje atmosfere zaradi umazane peči povzroči, da krom migrira stran od površine. Deli izgledajo v redu. Mere preverite. Toda odpornost proti koroziji je uničena, ker je površinski krom osiromašen. Zavrnili smo dohodne dele MIM drugih dobaviteljev, ki so opravili pregled dimenzij, vendar niso opravili testiranja s slanim pršenjem v manj kot 100 urah.

Deli MIM ohranijo 1-4% poroznost. Te praznine ujamejo kakršno koli onesnaženje, ki obstaja v vašem okolju: hladilno sredstvo za strojno obdelavo, rezalno olje, atmosfersko vlago.

Pred dvema letoma smo imeli stranko, ki je določila MIM na strukturnih oklepajih za zmanjšanje stroškov. Proizvodnja je nemoteno potekala osem mesecev. Nato je njihova terenska ekipa med popravilom opreme poskušala zvariti nosilec.

Zvar ni uspel. Večkrat.

Ujeta kontaminacija, ki je izhlapevala skozi zvarni bazen, je ustvarila poroznost in vključke, ki so uničili celovitost spoja. Za nadomestne dele so morali kvalificirati novega CNC dobavitelja. "Prihranki pri stroških" zaradi MIM so se spremenili v nujne stroške nabave, zamude storitev na terenu in težave v odnosih s strankami.

Če bodo vaši deli morda kdaj potrebovali varjenje, za sestavljanje, popravilo ali predelavo na terenu, je MIM diskvalificiran.

Utrujenost je še ena stvar, o kateri dobivamo vprašanja. Stroji za kovane palice s 100-odstotno gostoto s konstantno zrnato strukturo. MIM se sintra do 96-99% gostote s porazdeljeno mikroporoznostjo. Statična trdnost je enakovredna. Preizkusili smo 17-4PH MIM dele glede na kovane specifikacije in se ujemajo glede natezne trdnosti, tečenja in trdote. 17-4PH H900 deluje 1070-1190 MPa UTS, 970-1090 MPa izkoristka, 35-40 HRC. 316L doseže najmanj 520 MPa z odlično odpornostjo proti koroziji, ko je sintrana atmosfera pravilno nadzorovan. Toda te mikropore delujejo kot koncentratorji napetosti pod ciklično obremenitvijo. Za dele, ki imajo 10^7+ ciklov, vrtljive gredi, nosilce, ki so obremenjeni z vibracijami, kar koli, kar povzroča težave z resonanco, kovani material prekaša MIM. Vroče izostatično stiskanje lahko zapre poroznost in povrne učinkovitost utrujenosti, vendar to doda 10–25 USD na del.

Površinska obdelava: MIM kot-sintran doseže Ra 0,8–1,6 μm, bolj gladek kot standardni CNC pri Ra 3,2 μm. Gostota je 96-99 % ali 99 %+ s HIP. Standardi, če jih potrebujete: MPIF 35-MIM (2025), ASTM B883-19, ISO 22068:2012.

Glasnost

Formula-break-entity: stroški orodja MIM deljeni s prihranki na-kos. Kalup za 40.000 $ s prihrankom 14 $/kos doseže 2.857 enot. Nad to količino vsak del prihrani 14 USD. Pri letni količini 50.000 je to 700.000 $ na leto.

Le približno polovica kalupov MIM, ki jih citiramo, gre v proizvodnjo. Spremembe načrta po začetku orodja stanejo 2.000–15.000 USD na spremembo. Programi, ki si prizadevajo za zmanjšanje stroškov pred stabilnostjo zasnove, na koncu plačajo orodje dvakrat.

CNC stroji obdelajo vse, kar lahko pritrdite. Aluminij, titan, inconel, medenina, plastika, kompoziti, brez omejitev razen obdelovalnosti. Izbira materiala MIM je odvisna od uveljavljenih formulacij surovin. Nerjavna jekla predstavljajo 50–57 % svetovne proizvodnje MIM. 316L za odpornost proti koroziji, 17–4PH za trdnost, 420 za obrabo. Nizkolegirana jekla (4140, 4340, Fe-2Ni) za toplotno obdelavo ali magnetne lastnosti. Orodna jekla M2 in H13 za odpornost proti obrabi, čeprav nadzor ogljika med sintranjem zahteva skrben razvoj postopka. Titan Ti-6Al-4V za medicinsko in vesoljsko uporabo, sintran pod vakuumom. Kaj ne deluje: aluminij, bakrove zlitine, čiste kovine.

Poraba materiala: CNC pretvori 20-50 % vaše gredice v dele, ostalo postane čips. Zapleteni deli lahko izgubijo 70-80 %. Izkoristek surovine MIM je 95-97 % z recikliranjem tekača. Za titan pri 60 $/kg, del, strojno obdelan od 180 g gredice do 40 g končne obdelave, porabi 140 g materiala, 8,40 $ v ostanku, preden odrežete en sam čip. MIM proizvaja ta del iz približno 42 g surovine.

Ko deluje

MIM zmaga, ko imate zapleteno geometrijo, ki zahteva več operacij CNC. Notranji elementi, podrezi, tanke stene, elementi, ki bi potrebovali 5-osno delo ali EDM. Deli, pri katerih stroški strojne obdelave znašajo 25–50 USD/kos, so v MIM pogosto naveden pod 5 USD/kos.

AFT-jev program lopatic turbopolnilnikov: 180+ milijonov delov, proizvedenih za BMW, Ford, Tesla, Caterpillar. Profili zračnega profila držijo ±0,015 mm, tesnejši od standardnega MIM z optimiziranim orodjem in nadzorom procesa. 20% znižanja stroškov v primerjavi z natančnim litjem pri avtomobilskih količinah. Dokumentirano na pim-international.com. Ta program je zahteval leta razvojnih naložb, ne nekaj, kar bi posnemali na šest-mesečni časovnici.

CNC zmaguje pri aluminijastih in bakrenih delih, tesnih-tolerancah pod ±0,1 %, aplikacijah, ki zahtevajo varljivost, programih, ki potrebujejo popolno sledljivost materiala (vesoljski, jedrski), delih pod 5000 letno količino in geometrijah, ki učinkovito obdelujejo. Preprosti struženi deli na CNC stružnicah morda nikoli ne bodo upravičili orodja MIM, ne glede na količino.

Hybrid deluje, ko potrebujete ekonomičnost MIM na kompleksni geometriji, vendar imate funkcije, ki zahtevajo CNC natančnost. MIM telo, obdelajte kritične izvrtine.