Sự khác biệt giữa CNC và MIM là gì?

Quý trước, một công ty thiết bị y tế đã gửi cho chúng tôi một bộ phận mà họ đã gia công trong ba năm. Giá đỡ bằng thép không gỉ, 47 tính năng, $23 một chiếc, 60.000 chiếc mỗi năm. Họ muốn biết liệu MIM có thể cắt giảm chi phí của họ hay không.

 

Chúng tôi đã tiến hành phân tích. Công cụ MIM sẽ có giá 52.000 USD. Giá mỗi-mảnh hàng sẽ giảm xuống còn 4,20 USD. Hòa-thậm chí ở mức 2.766 đơn vị, do đó, họ sẽ thu hồi khoản đầu tư vào công cụ trong tháng sản xuất đầu tiên và tiết kiệm được 1,1 triệu USD hàng năm sau đó.

 

Họ không chuyển đổi.

 

Giá đỡ có hai lỗ yêu cầu ±0,02 mm để lắp ổ trục-. MIM ở mức ±0,3% trên các tính năng 18mm đó sẽ cho sai số ±0,054mm, quá lỏng gần gấp ba lần. Chúng tôi có thể MIM thân máy và CNC-hoàn thiện các lỗ khoan, nhưng phương pháp kết hợp đó có giá 7,80 USD/cái. Vẫn tiết kiệm được tiền nhưng không giảm được đáng kể như họ mong muốn.

Sức chịu đựng

Đây là nơi mà hầu hết các dự án MIM đều chết. Thang đo dung sai MIM theo tỷ lệ phần trăm, tiêu chuẩn ±0,3%, tối ưu hóa ±0,1%. Các kỹ sư nhìn thấy ±0,3% và suy nghĩ "chặt chẽ". Về các tính năng nhỏ, nó là như vậy.

CNC có dung sai tuyệt đối. MIM chia tỷ lệ theo kích thước. Lỗ khoan 50mm đó ở mức ± 0,05mm? MIM không thể chạm vào nó nếu không gia công thứ cấp.

Nhưng khi dung sai đạt được thì khoản tiết kiệm được là có thật. Chương trình dụng cụ phẫu thuật của Spine Wave là trường hợp chúng tôi tham khảo nhiều nhất vì những con số được công khai và câu chuyện đã đầy đủ. Họ đến gặp nhà cung cấp MIM với bộ phận khóa vận chuyển dành cho thiết bị kết hợp cột sống Velocity®. Bộ phận này được gia công với giá 18 USD/cái, không quá cao đối với một bộ phận y tế, nhưng họ cần 75.000 chiếc mỗi năm. Chi tiêu gia công hàng năm: 1,35 triệu USD.

Việc đánh giá MIM mất bốn tháng. Dụng cụ có giá 38.000 USD. Các bài báo đầu tiên yêu cầu hai lần điều chỉnh chu trình thiêu kết để đạt được thông số kích thước. Giá mỗi-mảnh hàng đạt mức 2,80 đô la. Tổng cộng năm đầu tiên: 248.000 USD bao gồm khấu hao dụng cụ. Họ đã tiết kiệm được hơn một triệu đô la trong năm đầu tiên. Đến năm thứ ba, số tiền tiết kiệm được tích lũy đã vượt quá 3,2 triệu USD.

Quá trình

MIM là một chuỗi các phép biến đổi. Bột kim loại, đường kính từ 2 đến 20 micron, được trộn với chất kết dính nhựa nhiệt dẻo với tỷ lệ bột khoảng 60% đến chất kết dính 40% theo thể tích. Hỗn hợp hoạt động giống như nhựa trong quá trình tiêm. Nó chảy vào các hốc khuôn và đông cứng lại thành những "phần xanh" trông có vẻ ổn nhưng không có tính toàn vẹn về cấu trúc.

Phần màu xanh lá cây trải qua quá trình phân hủy, phân hủy nhiệt hoặc chiết dung môi để loại bỏ polyme. Phần còn lại là "phần màu nâu": bột kim loại được giữ lại với nhau bằng ma sát và chất kết dính còn sót lại. Đủ mỏng manh để vỡ vụn nếu bạn xử lý sai.

Phần màu nâu đi vào lò thiêu kết chạy ở 85-95% điểm nóng chảy của hợp kim. Trong vòng 15-20 giờ, sự khuếch tán ở trạng thái rắn sẽ liên kết các hạt bột. Bộ phận này co lại 15-20% ở tất cả các chiều khi độ xốp giảm xuống và mật độ tăng lên. Một bộ phận được đúc ở kích thước 60mm được sản xuất từ ​​quá trình thiêu kết ở kích thước 48-51mm.

Độ co ngót có thể dự đoán được về tổng thể nhưng không hoàn toàn đồng đều. Trọng lực ảnh hưởng đến các bộ phận khác nhau tùy theo hướng lò. Phân phối khối lượng ảnh hưởng đến tỷ lệ co ngót cục bộ. Sự thay đổi độ dày của thành tạo ra độ co ngót khác nhau làm cong vênh các bộ phận.

Chúng tôi đã thấy các bộ phận ra khỏi quá trình thiêu kết có kích thước chính xác và các bộ phận từ cùng một khuôn bị xoắn do ai đó đã nạp sai khay lò. Điều đó xảy ra nhiều hơn những gì các nhà cung cấp muốn thừa nhận. Việc phát triển thiết bị thiêu kết, hỗ trợ giữ hình dạng bộ phận trong chu kỳ nhiệt dài-hàng giờ, là công việc kỹ thuật chứ không phải hàng hóa. Các nhà cung cấp không có kinh nghiệm về các bộ phận tương tự về mặt hình học sẽ phải thực hiện lặp lại các thiết kế cố định và bạn sẽ phải chịu chi phí.

Những thất bại

Kiểm soát khí quyển trong lò thiêu kết xác định liệu vật liệu của bạn có thực sự hoạt động theo thông số kỹ thuật hay không. Thép không gỉ cần khí hydro hoặc chân không. Bầu không khí không phù hợp, hoặc ô nhiễm không khí từ lò nung bẩn, khiến crom di chuyển ra khỏi bề mặt. Các bộ phận trông ổn. Kiểm tra kích thước. Nhưng khả năng chống ăn mòn bị phá hủy do crom bề mặt bị cạn kiệt. Chúng tôi đã từ chối các bộ phận MIM đến từ các nhà cung cấp khác đã vượt qua kiểm tra kích thước nhưng không vượt qua thử nghiệm phun muối trong vòng chưa đầy 100 giờ.

Các bộ phận MIM giữ được độ xốp 1-4%. Những khoảng trống đó sẽ giữ lại mọi chất ô nhiễm tồn tại trong môi trường của bạn: chất làm mát gia công, dầu cắt, độ ẩm không khí.

Cách đây hai năm, chúng tôi có một khách hàng đã chỉ định MIM trên các khung kết cấu để giảm chi phí. Quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ trong tám tháng. Sau đó, đội dịch vụ hiện trường của họ đã cố gắng hàn một giá đỡ trong quá trình sửa chữa thiết bị.

Mối hàn không thành công. Nhiều lần.

Chất ô nhiễm bị mắc kẹt bay hơi qua bể hàn tạo ra độ xốp và tạp chất phá hủy tính toàn vẹn của mối hàn. Họ phải tuyển chọn một nhà cung cấp CNC mới để cung cấp các bộ phận thay thế. Khoản "tiết kiệm chi phí" từ MIM đã chuyển thành chi phí mua sắm khẩn cấp, sự chậm trễ của dịch vụ tại hiện trường và vấn đề về mối quan hệ khách hàng.

Nếu các bộ phận của bạn có thể cần hàn, để lắp ráp, sửa chữa hoặc sửa đổi hiện trường, MIM sẽ bị loại.

Mệt mỏi là một điều khác mà chúng tôi nhận được câu hỏi. Máy sản xuất thanh rèn với mật độ 100% với cấu trúc hạt đồng nhất. MIM thiêu kết tới mật độ 96-99% với độ xốp vi mô phân bố. Độ bền tĩnh là tương đương. Chúng tôi đã thử nghiệm các bộ phận MIM 17-4PH dựa trên thông số kỹ thuật rèn và chúng phù hợp về độ bền kéo, năng suất và độ cứng. 17-4PH H900 chạy 1070-1190 MPa UTS, năng suất 970-1090 MPa, 35-40 HRC. 316L đạt tối thiểu 520 MPa với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời khi môi trường thiêu kết được kiểm soát đúng cách. Nhưng những vi lỗ đó hoạt động như bộ tập trung ứng suất dưới tải trọng theo chu kỳ. Đối với các bộ phận có chu kỳ 10^7+, trục quay, giá đỡ chịu rung, bất kỳ thứ gì có liên quan đến cộng hưởng, vật liệu rèn sẽ hoạt động tốt hơn MIM. Ép đẳng nhiệt nóng có thể đóng lỗ xốp và phục hồi hiệu suất mỏi, nhưng điều đó làm tăng thêm $10-25 mỗi bộ phận.

Độ hoàn thiện bề mặt: MIM khi-thiêu kết đạt Ra 0,8-1,6μm, mịn hơn so với CNC tiêu chuẩn ở Ra 3,2μm. Mật độ chạy 96-99% hoặc 99%+ với HIP. Tiêu chuẩn nếu bạn cần: MPIF 35-MIM (2025), ASTM B883-19, ISO 22068:2012.

Âm lượng

Công thức hòa-thậm chí: Chi phí tạo công cụ MIM chia cho mức tiết kiệm-của mỗi sản phẩm. Một chiếc khuôn trị giá 40.000 USD với mức tiết kiệm 14 USD/cái sẽ hòa vốn ở mức 2.857 chiếc. Trên khối lượng đó, mỗi phần tiết kiệm được 14 USD. Với khối lượng 50.000 hàng năm, tức là 700.000 USD mỗi năm.

Chỉ có khoảng một nửa số khuôn MIM mà chúng tôi báo giá được đưa vào sản xuất. Những thay đổi về thiết kế sau khi bắt đầu chế tạo dụng cụ có giá 2.000-15.000 USD cho mỗi lần sửa đổi. Các chương trình theo đuổi việc giảm chi phí trước khi thiết kế ổn định sẽ phải trả tiền cho công cụ gấp đôi.

Máy CNC bất cứ thứ gì bạn có thể cố định. Nhôm, titan, Inconel, đồng thau, nhựa, vật liệu tổng hợp, không có hạn chế nào ngoài khả năng gia công. Lựa chọn vật liệu MIM phụ thuộc vào công thức nguyên liệu đã được thiết lập. Thép không gỉ chiếm 50-57% sản lượng MIM toàn cầu. 316L về khả năng chống ăn mòn, 17-4PH về độ bền, 420 về độ mài mòn. Thép hợp kim thấp (4140, 4340, Fe-2Ni) dùng để xử lý nhiệt hoặc tính chất từ. Thép công cụ M2 và H13 có khả năng chống mài mòn, mặc dù việc kiểm soát cacbon trong quá trình thiêu kết đòi hỏi phải phát triển quy trình một cách cẩn thận. Titanium Ti-6Al-4V dùng trong y tế và hàng không vũ trụ, thiêu kết trong chân không. Những gì không hoạt động: nhôm, hợp kim đồng, kim loại nguyên chất.

Tận dụng vật liệu: CNC chuyển đổi 20-50% phôi của bạn thành các bộ phận, phần còn lại trở thành chip. Các bộ phận phức tạp có thể lãng phí 70-80%. Việc sử dụng nguyên liệu MIM đạt 95-97% khi tái chế vật liệu chạy. Đối với titan ở mức 60 USD/kg, một bộ phận được gia công từ 180g phôi đến 40g hoàn thiện sẽ lãng phí 140g vật liệu, 8,40 USD phế liệu trước khi bạn cắt một con chip. MIM sản xuất bộ phận đó từ khoảng 42g nguyên liệu.

Khi nó hoạt động

MIM thắng khi bạn có hình học phức tạp yêu cầu nhiều thao tác CNC. Các tính năng bên trong, đường cắt, thành mỏng, các tính năng cần gia công 5 trục hoặc EDM. Các bộ phận có chi phí gia công khoảng 25-50 USD/cái thường được báo giá dưới 5 USD/cái trong MIM.

Chương trình cánh quạt tăng áp của AFT: 180+ triệu bộ phận được sản xuất cho BMW, Ford, Tesla, Caterpillar. Cấu hình cánh máy bay giữ ±0,015mm, chặt hơn MIM tiêu chuẩn thông qua kiểm soát quy trình và dụng cụ được tối ưu hóa. 20%, giảm chi phí so với đúc chính xác ở khối lượng ô tô. Được ghi lại trên pim-international.com. Chương trình đó cần nhiều năm đầu tư phát triển chứ không phải là chương trình bạn có thể lặp lại theo lộ trình sáu{8}}tháng.

CNC giành chiến thắng trên các bộ phận bằng nhôm và đồng, tính năng-dung sai chặt chẽ dưới ±0,1%, các ứng dụng yêu cầu khả năng hàn, các chương trình cần truy xuất nguồn gốc vật liệu đầy đủ (hàng không vũ trụ, hạt nhân), các bộ phận có khối lượng dưới 5.000 hàng năm và hình học gia công hiệu quả. Các bộ phận tiện đơn giản trên máy tiện CNC có thể không bao giờ phù hợp với công cụ MIM bất kể khối lượng.

Kết hợp hoạt động khi bạn cần tính kinh tế MIM trên hình học phức tạp nhưng có các tính năng yêu cầu độ chính xác của CNC. MIM thân máy, gia công các lỗ quan trọng.