Lavorazione CNC VS. Stampa 3D: come scegliere in base al costo e al volume per le proprie esigenze di servizio?

Lavorazione CNC e stampa 3D è un enigma di scelta per i membri del team di sviluppo, che si traduce quindi in costosi errori decisionali. Il tradizionale flusso di direzione è legato alla mancanza di dati, il che porta a progetti che superano il budget e a ritardi nei tempi di realizzazione. Il prossimo rapporto spiegherà come sarà possibile superare l'asticella dell'esperienza per un processo decisionale ben informato.

La soluzione a questo dilemma è utilizzare l’analisi dei dati per identificare i veri fattori di costo. La rilevanza del nostro approccio nell’identificazione del costo totale di proprietà e non il costo per unità nella definizione di guide decisionali per la scelta tra Macchine CNC e stampa 3D può quindi essere visto come un contributo positivo alla realizzazione di risparmi sui costi.

Lavorazione CNC e stampa 3D: guida di riferimento rapido

Aspetto	Lavorazione CNC	Stampa 3D (produzione additiva)
Principio fondamentale	Sottrattivo: taglia il materiale da un blocco solido.	Additivo: costruisce parti aggiungendo materiale strato per strato.
Volume ideale	Produzione di volume medio-alto; più adatto alla produzione in batch.	Produzione in piccoli volumi ; prototipo; parti personalizzate.
Gamma di materiali	Metallo, plastica/resina/polimeri/compositi . Proprietà dei materiali eccellenti.	Sempre più spesso: i consulenti lavorano prevalentemente con materie plastiche, resine/metalli. Le proprietà del materiale possono essere anisotrope.
Complessità geometrica	Buono, ma limitato dall'accesso agli strumenti. Caratteristiche interne impegnative.	Eccellente. Sblocca forme complesse e organiche (reticoli, canali interni).
Configurazione e tempi di consegna	Configurazione e programmazione più lunghe. Tempo di ciclo per parte più veloce a volume.	Configurazione minima. Il tempo di consegna è indipendente dal conteggio delle parti; ideale per tempi di consegna rapidi.
Fattori di costo	Costo elevato delle attrezzature. Spreco di materiale in sottrazione. L'installazione è orientata al lavoro.	Legato al volume del materiale e al tempo di stampa. Meno rifiuti. Costo del materiale più elevato per pezzo.
Precisione e finitura	Eccellente: elevata precisione, eccellente finitura superficiale.	Buono: la precisione dimensionale dipende dalla tecnologia . Potrebbe richiedere un'elaborazione post-produzione per una buona finitura.
Punto di forza chiave	Funzionalità avanzate di precisione, robustezza e scalabilità per progetti comprovati.	Ampia libertà di progettazione per scorrere progetti o geometrie personalizzate.
Quando scegliere	Parti di produzione finale, applicazioni ad alte prestazioni , tolleranze strette, lotti di dimensioni maggiori.	Prototipi, progetti complessi/leggeri, parti personalizzate/a volume ridotto, assemblaggi integrati.

Il costoso dilemma decisionale della selezione del processo è stato risolto andando oltre il costo unitario del processo esplorando il costo totale di proprietà. Pertanto, il quadro facilita il calcolo dei compromessi sia per il processo CNC che per quello Processo di stampa 3D e quindi aiuterà a massimizzare la riduzione del costo totale di proprietà nell’ordine del 25-40% dei costi di sviluppo.

Perché fidarsi di questa guida? Esperienza pratica da parte di esperti di produzione LS

Sono disponibili molti articoli sulla teoria relativa alla lavorazione CNC e alla stampa 3D su Internet. La cosa che rende l'articolo degno di lettura è che è stato scritto in base all'esperienza di un professionista chiamato LS Manufacturing. Sono più di 15 lunghi anni che LS Manufacturing combatte la battaglia legata al processo di lavorazione che incide sul costo relativo ad un pezzo.

La nostra officina opera sotto ISO9001 sistemi di gestione della qualità senza compromessi e il Gruppo internazionale di qualità aerospaziale (IAQG) . È nel processo lavorativo vero e proprio che la nostra vera competenza è stata faticosamente acquisita. Siamo ben consapevoli delle discrepanze tra i due, ma è a causa di questa consapevolezza che ci mette nella posizione di decidere se si tratta di una parte di aereo lavorata per ottenere la qualità superficiale ideale nelle macchine CNC o l'autenticità di Prototipi stampati in 3D .

Tutti i suggerimenti riportati di seguito erano conoscenze ottenute con fatica. Abbiamo imparato quali sono i parametri della stampa 3D, i cui valori danno la massima resistenza alle parti destinate all'uso finale; e come modificare il metodo CNC per elaborare in modo efficace le leghe ad alta temperatura. Di seguito è riportato un riepilogo di tutte le nostre conoscenze relative a oltre 50.000 parti personalizzate e ti aiuta a evitare errori costosi nel decidere se utilizzare Lavorazione CNC o stampa 3D .

Figura 1: Confronto e valutazione dei costi di diversi metodi di produzione da parte di LS Manufacturing

Quali sono le differenze nella struttura dei costi tra la stampa CNC e 3D?

La corretta scelta del processo non può quindi avvenire senza una certa decostruzione dei driver di costo. La decostruzione del processo dei costi di lavorazione CNC e dei costi di stampa 3D può quindi essere ottenuta utilizzando il documento. Il documento facilita un processo di analisi imparziale dei costi di produzione.

Componente di costo	Lavorazione CNC	Stampa 3D
Conducente principale	Il peso della billetta della materia prima è il fattore più importante, che si traduce nel 40-60% della totalità dei costi.	Il materiale di base specializzato rappresenta il costo principale, pari al 50-70% . Il materiale di base specializzato rappresenta il costo principale, pari al 50-70% .
Conducente secondario	Il tempo macchina e la manodopera rappresentano un'importante componente di costo che contribuisce per il 25%-35% .	Ammortamento attrezzature e impianti izzazione sono costi del 20%-30%.
Fattore variabile chiave	L'usura degli utensili e i materiali di consumo contribuiscono per un notevole 10-15% alla spesa complessiva.	La manodopera post-elaborazione per la rimozione del supporto e la finitura superficiale aggiunge costi variabili.
Dimensione lotto economica	Diventa vantaggioso per pezzi generici in alluminio per ordini superiori a 500 pezzi.	Resta favorevole per prototipazioni e pezzi complessi nonché per ordini inferiori a 500 pezzi .
Differenziale del costo del volume	Quando si tratta di oltre 1000 pezzi , può fornire circa il 35% di una geometria qualificata con un costo inferiore per parte.	Il costo del pezzo sarà più o meno lo stesso, il che significa che in questo caso non ci sarà alcuna economia di scala.

In riferimento a Costo della lavorazione CNC , l'ideale è che ci sia una produzione in volume. Tuttavia, il costo della stampa 3D sarebbe ottimale per la complessità di volumi ridotti. Per un'analisi dei costi di produzione attuabile, calcola innanzitutto i costi in base alla dimensione del lotto specifico. Nel caso in cui il tuo volume sia superiore a 500 unità, devi eseguire un'analisi TCO competitiva e, in questo caso, il CNC sarebbe la soluzione ottimale.

Come selezionare scientificamente il processo di produzione ottimale in base alle dimensioni del lotto?

Per prendere una decisione ben informata su quale processo di produzione si rivelerà il più efficace nell’attuale situazione aziendale, è necessario l’uso di strategie basate sui dati e non di regole empiriche. I dati forniti per prendere una decisione sistematica sulla scelta della produzione ad alto volume sono i seguenti:

Stabilire il quadro di valutazione multifattoriale

Esamineremo la semplificazione della scelta esaminando tre variabili contemporaneamente, ovvero la dimensione del lotto, la complessità della parte e il tempo di consegna richiesto. Prendiamo ad esempio lo stesso scenario di volume, in cui la semplice staffa e il supporto motore basati sulla topologia avranno vantaggi economici diversi a confronto. Una matrice fornirà i valori ponderati delle variabili, eliminando così le opinioni e utilizzando invece un'analisi dei costi di produzione .

Quantificazione della soglia di dimensione batch primaria

Per lo sviluppo della prima regola pratica sono stati utilizzati più di 125 progetti. Il punto di incrocio per l'aspettativa di costo per Servizio di stampa 3D e si stima che il servizio di lavorazione CNC per componenti geometrici semplici abbia valori compresi tra 80 e 100 pezzi . Questo perché gli elevati costi iniziali di programmazione e configurazione del CNC vengono rapidamente ammortizzati, mentre i costi aggiuntivi rimangono in gran parte lineari con il conteggio delle parti, rendendolo la scelta meno efficiente per la produzione di volumi elevati .

Adeguamento alla complessità: il punto critico secondario

In questa fase diventano rilevanti le parti geometricamente complesse contenenti passaggi interni e reticoli biologici. In questi casi, sebbene la competitività storica dei costi basata sulla produzione CNC diminuirebbe perché i problemi associati alla lavorazione aumentano i tempi di lavorazione, tali effetti diventano meno influenti a causa della libertà geometrica fornita alla stampa 3D , ostacolando così costosi lavorazione CNC multiasse e il passaggio al servizio di lavorazione CNC nei casi di studio, portando a valori di crossover tra 200 e 300 unità .

Utilizzando tale approccio, il primo processo prevede l'assegnazione di livelli di complessità al componente durante la progettazione in base al batch target. Le unità di assegnazione per applicare tale approccio nei progetti meno complessi comprendono unità da 80 a 100, mentre le unità della scala 200-300 riguardano i progetti complessi.

Come si può confrontare quantitativamente il rapporto costo-efficacia dei diversi materiali nei due processi?

Il costo del materiale è un fattore importante nel decidere la scelta del processo di produzione ; i numeri grezzi sono molto fuorvianti se presi fuori contesto. Il confronto economico in numeri tra il costo della stampa 3D di polveri specializzate e il costo della lavorazione CNC dei materiali sfusi viene quantificato in questo lavoro e fornisce le informazioni necessarie per sviluppare un confronto realistico.

Fattore	Lavorazione CNC	Stampa 3D
Costo della materia prima	Le barre e le piastre di materiale sfuso costano meno: ad esempio, ~$8/kg per il 316L .	Le materie prime specializzate in polvere e resina sono molto più costose: ad esempio, ~$120/kg per il 316L .
Utilizzo efficace	Tradizionalmente, l’utilizzo del materiale è del 40-60% , con grandi quantità di materiale sprecato dal processo sottrattivo.	Utilizzo praticamente del 100% del materiale alimentato, nonché spreco minimo della struttura di supporto.
Leva di ottimizzazione chiave	Il nesting strategico e la programmazione CAM altamente ottimizzata potrebbero aumentare il livello di utilizzo fino all’85% e il processo di costo della lavorazione CNC potrebbe diminuire di un ordine di grandezza.	L'ottimizzazione dei costi si concentra principalmente sulla massimizzazione dell'utilizzo del volume della camera di costruzione e sulla riduzione della quantità di strutture di supporto.
Soglia economica del lotto	Analizzando il caso di un articolo realizzato in materiale 316L, il lavorazione CNC ottimale è più economica della stampa 3D quando il volume di produzione è superiore a 150 unità .	Mantiene il vantaggio per volumi molto bassi ( <50 ) e geometrie altamente complesse dove gli scarti CNC sono proibitivi.
Costo totale im patto	Dopo l'ottimizzazione, i costi di lavorazione CNC per lotti >150 unità possono essere inferiori fino al 42% rispetto all'alternativa additiva.	Non c'è molta differenza rispetto al costo per pezzo e, per le forme semplici, la scalabilità non è possibile.

Mentre si cerca la selezione ottimale del processo di produzione , si dovrebbe definire il valore del costo effettivo del materiale per parte, che, per il CNC, sarebbe ( Costo del grezzo/Tasso di utilizzo ) in contrasto con ( Peso della polvere * Costo della polvere ) per Stampa 3D . I volumi superiori a 150 unità devono concentrarsi sull'uso del CNC per produrre le parti, insieme al nesting avanzato per massimizzare il tasso di utilizzo.

Figura 2: Valutazione dei costi per pezzi di precisione prodotti tramite lavorazione CNC da LS Manufacturing

In che modo la complessità delle parti influisce sugli aspetti economici della selezione del processo?

Le ragioni del perno sono la complessità delle parti e il suo effetto inverte la tipica ripartizione osservata nei modelli di costo per la lavorazione CNC rispetto alla stampa 3D . L'incorporazione di canali interni, reticoli o forme organiche nelle parti geometriche fa sì che le analisi tipiche effettuate dalla porzione o dal volume corrispondano correttamente alla selezione del processo di produzione non ottimale. Ecco come si può applicare un valore economico alla complessità per denotare

Definizione e quantificazione della complessità nei modelli di costo

• Come lo quantifichiamo: invece di utilizzare una metrica soggettiva, misuriamo la complessità di un'operazione CNC in base all'accesso alle attrezzature, alla lavorazione secondaria e all'attrezzatura speciale di un Macchina CNC .
• Applicazione pratica: nel caso dello stampo raffreddato conformale, l'impatto è stato che la lavorazione CNC doveva essere eseguita in 5 configurazioni, mentre la stampa 3D richiedeva una configurazione, convalidando così l'ipotesi che ci sarebbe stata una riduzione del 60% dei costi e il tempo ridotto da 3 settimane a 5 giorni .

Sfruttare i principi della progettazione per la produzione additiva (DfAM).

1. Come integriamo DfAM: L'ottimizzazione della topologia non è considerata un passaggio intermedio; viene accorpato con l'analisi di producibilità in modo da consolidare gli assemblaggi.
2. Risultato raggiunto: in a dispositivo medico scenario, questa tecnica ha consentito la creazione di una parte ottimizzata che era il 40% più leggera e il 35% meno costosa da produrre rispetto al complesso assemblaggio originale realizzato con una macchina CNC.

Calcolo del punto di pareggio corretto per la complessità

• Come modelliamo il cambiamento: modifichiamo il calcolo del pareggio in base al volume per tenere conto della complessità aggiungendo un fattore di complessità che aumenta i costi per il CNC.
• Decisione basata sui dati: significa che man mano che le parti diventano sempre più complesse internamente, potrebbe esserci un altro punto di crossover economico che potrebbe essere superiore a 300 unità per quando passare dalla stampa 3D alla lavorazione meccanica anziché 100 unità . Si tratta di un cambiamento radicale nella scelta del processo di produzione .

Per questo obiettivo specifico, devi determinare la penalità di complessità relativa alla tua parte. Supponendo che tu abbia penalità di complessità da parte tua, il tuo nuovo obiettivo sarà quello di dare la tua preferenza per il servizio di stampa 3D per la prototipazione o per il Primo Articolo. Quando procedi con la selezione del processo di produzione finale, utilizzerai il tuo nuovo metodo di analisi del pareggio, non utilizzando il metodo convenzionale del pareggio per il volume. Questo ti darà la precisione necessaria per acquistare le tue parti di valore.

Quali sono gli impatti chiave dei requisiti di precisione sulla selezione del processo?

Quando si effettua un confronto tra il servizio di lavorazione CNC e il servizio di stampa 3D , esistono requisiti di tolleranza che potrebbero entrare in conflitto con gli aspetti relativi ai costi. Si può facilmente raggiungere una fase in cui non sarà più conveniente lavorare semplicemente fino a un livello di tolleranza elevato fino alla mancata consegna delle specifiche di funzionalità secondo il processo additivo all'interno del seguente documento:

Mappatura delle tolleranze critiche alla capacità del processo

Valutiamo questi criteri in una matrice di fattibilità. I criteri sono anche specifici del processo. I criteri derivano dai requisiti del progetto. I criteri possono includere una tolleranza di ±0,025 mm , che è un criterio indicatore nel servizio di lavorazione CNC ma è irrilevante nel servizio di stampa 3D ( ±0,2 mm ). Ciò potrebbe essere fatto in termini di dimensioni critiche e non critiche.

Quantificare il costo reale della post-elaborazione per la precisione

Il nostro approccio modella i processi ausiliari necessari per Parti di stampa 3D fornire finiture superficiali di qualità CNC, affrontando così il problema dei costi nascosti. Per le finiture superficiali Ra 0,8μm , forniamo calcoli sui tempi e sui costi aggiuntivi per la lavorazione di una parte con forma quasi netta stampata in 3D rispetto alla lavorazione da materiale solido e li incorporiamo nell'analisi dei costi di produzione complessivi.

Implementare la produzione ibrida come soluzione strategica

Se necessario, utilizziamo l'uso della stampa 3D nella creazione di forme complesse, quasi nette, con risparmio di materiale, che possono poi essere rifinite con precisione utilizzando il servizio di lavorazione CNC secondo necessità. Questa tecnica ha inoltre aiutato il nostro cliente a risparmiare il 25% sul costo totale, riducendo al minimo gli sprechi di materiale nella lavorazione CNC e nella post-elaborazione della parte prodotta in modo additivo.

A questo scopo, io È necessario eseguire una verifica del disegno del componente per identificare le tolleranze locali universali e critiche. Per i prodotti che presentano tolleranze universali e critiche, è possibile creare un piano di produzione ibrido per la produzione di prototipi con il servizio di stampa 3D per il componente complesso e per i componenti funzionali realizzati tramite lavorazione CNC . La metodologia utilizzata nella RFA si concentra sulla precisione che ha profondità tecnologica per i costi e precisione per le prestazioni critiche.

Come dovrebbe essere ottimizzata la selezione del processo quando le scadenze di consegna sono strette?

Le scadenze, per la loro natura urgente, minano tutti i criteri convenzionali per la scelta del processo, per cui il peso dei costi viene enfatizzato rispetto al fattore velocità. Esiste un modo tattico con cui è possibile affrontare quei progetti che comportano tempi stretti per garantire i migliori risultati lavorando entro scadenze vincolate:

Selezione del processo strategico in base alle tappe fondamentali del progetto

Dettagliamo l'intervallo di tempo necessario per allineare ciascuna fase al flusso di processo ottimale. Per la creazione di prototipi da validare in 1-3 giorni , per il processo di creazione dei prototipi, ci avvarremo del servizio di stampa 3D . Per prototipi funzionali e time-to-market più rapidi, ma senza rimanere bloccati in un processo troppo presto, ci avvarremo di Servizio di lavorazione CNC dopo aver congelato il disegno.

Implementazione dell'elaborazione parallela per ridurre i tempi di consegna

Per mitigare la difficoltà creata dalla necessità di colli di bottiglia nella sequenza, eseguiamo contemporaneamente attività di percorso critico. Laddove un servizio di lavorazione CNC sta programmando l'ultimo passaggio, un'altra attività può includere la costruzione dello strumento ponte e l'assemblaggio delle attrezzature per il servizio di stampa 3D . Questo metodo ha consentito una riduzione di almeno il 30% dei tempi di consegna per l' ordine di emergenza di 50 pezzi .

Sfruttare l'inventario digitale per componenti critici

Poiché si tratta di ordini urgenti e ripetuti, indirizziamo e manteniamo scorte di materie prime/componenti standard utilizzati di frequente. Un servizio di lavorazione CNC , quindi, non ha bisogno di attendere 2-3 giorni per l'approvvigionamento del materiale e può quindi diventare un'opzione decente anche nella scelta di produzione ad alto volume , poiché tutto ciò che rimane è la lavorazione delle caratteristiche.

Per agire, la tempistica deve essere allineata al livello di completamento: applicare la stampa 3D prima di 72 ore per i primi prodotti, poi CNC una volta su 20 prodotti . L'interazione con i fornitori deve essere effettuata il prima possibile al fine di pianificare l'esecuzione parallela. Ciò consente agilità nell’esecuzione competitiva.

Figura 3: Processo di stampa 3D in azione per la selezione della produzione da parte di LS Manufacturing

Come bilanciare costi e prestazioni tramite la produzione ibrida?

La questione strategica se utilizzare la lavorazione CNC o la stampa 3D è uno dei falsi dilemmi binari. La produzione ibrida risolve questo problema perché implica l’integrazione strategica di entrambi i processi in un unico componente per produrre qualcosa di valore che nessuno dei due potrebbe generare da solo. Il documento presenta la logica alla base della selezione del processo di produzione integrato:

Decostruire la componente per l'allocazione dei processi strategici

1. Come analizziamo la parte: viene eseguita la scomposizione geometrica e funzionale per determinare le regioni di applicabilità per ciascuno dei tipi di tecnologie.
2. Applicazione pratica: canali di raffreddamento conformali assegnati in uno stampo d'élite per la stampa 3D , mentre le superfici critiche di tenuta/montaggio vengono prese in considerazione per il CNC di precisione. Questa tecnica ibrida ha consentito di ridurre del 40% il costo del wynndlad.

Progettare per la produzione ibrida fin dall'inizio

• Come implementiamo DfAM e DFM contemporaneamente: la forma quasi netta è progettata con DfAM per la stampa 3D , con riferimenti e materiale in eccesso nelle aree critiche dell'interfaccia.
• Risultato raggiunto: fornirà la geometria necessaria per ulteriori sviluppi Lavorazione CNC per ottenere tolleranze di ±0,025 mm per una tenuta ermetica, oltre alle proprietà del materiale per il valore di finitura superficiale Ra 0,8μm .

Convalidare quantitativamente le prestazioni e i guadagni in termini di costi

1. Come modelliamo il valore totale: il valore totale sarà calcolato in base al valore di riduzione del peso, miglioramento delle prestazioni e costi totali.
2. Risultato basato sui dati: per quanto riguarda la produzione di componenti automobilistici, questa metodologia ha consentito di ottenere una riduzione del peso fino al 25% utilizzando reticoli organici (stampati in 3D) e punti della macchina rinforzati del 20% rispetto alle parti meccaniche o stampate a un costo ridotto.

A partire dal processo ibrido di produzione della tua parte, dovrai analizzare la suddivisione dei componenti in base a caratteristiche complesse delegate alla stampa 3D , mentre le superfici funzionali saranno delegate alla lavorazione CNC . La parte ibrida verrà progettata con caratteristiche di fissaggio integrate nella progettazione della parte. Questa sintesi strategica trascende la decisione standard tra lavorazione CNC e stampa 3D , offrendo una selezione di processi di produzione superiore per applicazioni ad alto valore.

Come controllare i costi attraverso l'ottimizzazione dei processi nella produzione di piccoli lotti?

Il piccolo lotto di produzione deve affrontare alcuni problemi di costi tecnici che è necessario ignorare mediante l’economia di scala. In questo caso il rimedio normale potrebbe non essere efficace; pertanto, l'ottimizzazione del processo è di grande aiuto per ridurre i costi. La discussione seguente delinea le possibilità per ridurre al minimo i costi legati alla lavorazione CNC e Costo della stampa 3D quando la produzione è inferiore a 100 unità:

Standardizzazione delle sequenze di lavorazione per l'impostazione della barra

A costi di inizializzazione così elevati, suggeriamo una libreria di procedure di lavorazione e percorsi utensile comuni. Ciò ci consente di risparmiare fino al 50% del tempo di programmazione e fissaggio per parti simili, riducendo così i costi di lavorazione CNC per lotto e consentendo tempi di consegna più rapidi del 40% .

Implementazione di sistemi di fissaggio modulari

Invece di progettare attrezzature per nuovi lavori, ora utilizziamo un sistema a griglia modulare che incorpora morsetti e localizzatori regolabili per consentire di utilizzare le stesse attrezzature su tutta una serie di progetti diversi. Eliminando di fatto la necessità di attività di progettazione delle attrezzature, che rappresenta uno dei maggiori fattori di costo per la lavorazione CNC di piccoli lotti.

Sfruttare l’ottimizzazione dei lotti nella produzione additiva

Nei nostri sforzi per ridurre i costi della stampa 3D , siamo riusciti a ospitare più parti del cliente in un unico pezzo che massimizza il volume della camera. Il software di nesting che utilizziamo ci consente di utilizzare in modo efficace il volume compensando il costo della macchina utilizzando l'elevato volume di pezzi. Pertanto, i componenti del cliente hanno riscontrato un risparmio sui costi del 30% per un volume di lavoro compreso tra 5 e 10 pezzi .

Per quanto riguarda il contenimento dei costi, analizza i tuoi processi per la standardizzazione della configurazione CNC. Per quanto riguarda la stampa 3D , è assolutamente necessario combinare tutti gli ordini per la densità del volume di costruzione. Dal punto di vista strategico, questa ottimizzazione guidata dal processo consente alla produzione in piccoli lotti di essere fattibile per altre alternative strategiche prima di fare una scelta strategica di produzione ad alto volume .

Figura 4: Confronto dei costi e dei servizi della lavorazione CNC e della stampa 3D di LS Manufacturing

Produzione LS: ottimizzazione della produzione di stent per navigazione chirurgica

Questo caso di studio dimostra come il bivio critico presentato in LS Manufacturing sia stato superato combinando sia il mondo additivo che quello sottrattivo per fornire una soluzione praticabile per la produzione di dispositivi medici, esemplificando ciò che sappiamo fare meglio in un bivio critico tra la complessa lavorazione CNC e la stampa 3D :

Sfida del cliente

L'azienda che ha sviluppato dispositivi medici richiedeva staffe di navigazione chirurgica con 200 pezzi di materiale Ti-6Al-4V ELI grado 23 e tolleranze del foro di ±0,05 mm . La quotazione del prezzo relativa all'intero processo di Servizio di lavorazione CNC a 5 assi ha superato il margine di budget del 45% , ma potrebbe essere fornito in sole 4 settimane . Nel frattempo, d’altro canto, l’intero processo del servizio di stampa 3D non è riuscito a fornire la resistenza alla trazione e la precisione superficiale critica necessarie.

Soluzione di produzione LS

struttura reticolare del componente poiché consentirà una progettazione ottimale della struttura di supporto e quindi una minore post-elaborazione. Le superfici di posizionamento chiave e i fori verranno quindi sottoposti a lavorazione dalla macchina CNC a 5 assi per ottenere la tolleranza richiesta di ±0,05 mm e Ra di 0,8 μm .

Risultati e valore

Il costo totale è diminuito del 38% e i tempi di consegna sono stati ridotti da 4 settimane a 12 giorni . Il peso finale del pezzo è stato ridotto del 30% . Il time-to-market è aumentato di due settimane ; tuttavia, il margine è stato aumentato del 22% . Ciò è stato ottenuto mantenendo la precisione chirurgica.

Ciò si riflette in questa particolare situazione in cui è chiaro che nella scelta del processo di produzione stesso non esiste un unico modo per farlo perché è evidente che, guardando ai requisiti funzionali del componente in termini di approccio ibrido integrato della produzione stessa, sono stati realizzati benefici in termini di vantaggi tecnici di mercato nel settore medico.

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Come stabilire un processo decisionale sul processo di produzione scientifica?

L'eliminazione di congetture nella scelta del processo di produzione è ulteriormente garantita da un metodo sistematico di analisi dei dati. A questo si può porre rimedio trasformando i termini complessi delle specifiche delle parti in un sistema di punteggio dei dati che facilita il confronto e i contrasti dei compromessi tra un servizio di lavorazione CNC e un servizio di stampa 3D in termini di:

Scomposizione dei requisiti in parametri ponderati

Per esigenze di filtraggio generiche, il progetto è suddiviso in 12 dimensioni parametriche, a partire dalla dimensione del lotto, complessità geometrica, tolleranza, materiale, fino alla tolleranza critica , a tutte verranno assegnati pesi dinamici per parametri come finitura superficiale , per cui l'importanza sarà diversa, ad esempio, per un alloggiamento del cuscinetto rispetto a un componente di canalizzazione.

Esecuzione dell'analisi algoritmica dello scenario

Piuttosto, nel nostro sistema, il confronto è acc accompagnato da processi di simulazione. L'algoritmo analizza centinaia di scenari legati al processo produttivo, calcolando il costo richiesto nonché il tempo di lavorazione in termini di mero servizio di lavorazione CNC , mero Soluzione di stampa 3D e, di conseguenza, anche servizi misti tra queste due soluzioni produttive. L'algoritmo identifica esattamente il punto in cui si interseca la funzione di costo, indicando le forme in cui vi è un vantaggio di costo compreso tra il 20% e il 40% attraverso questa metodologia di produzione mista.

Generazione di una tabella di marcia di implementazione attuabile

Il risultato sarà un protocollo completo e dettagliato, non una linea guida. Il protocollo determinerà l’ordine, determinerà quali funzioni verranno eseguite e attraverso quale metodo per un protocollo ibrido e stabilirà una sequenza temporale a fasi. La complessa procedura di selezione del processo di produzione diventerà quindi una funzione facilmente attuabile, eliminando gran parte del sovraccarico del progetto per il cliente.

Per fare ciò, devi determinare sistematicamente i 12 attributi chiave per la tua parte, concentrandoti sugli aspetti relativi alle dimensioni del lotto, alla complessità e ai materiali, ed effettuare un confronto tra i tempi del progetto e i rischi di qualità utilizzando i dati. In questo modo, sarai in grado di sviluppare la sofisticazione tecnica per rendere la selezione del processo un elemento chiave di differenziazione piuttosto che un vincolo.

Domande frequenti

1. Qual è in genere il punto di flessione dei costi tra la lavorazione CNC e la stampa 3D?

Il punto di flesso nel costo dei componenti semplici in una struttura viene raggiunto quando sono compresi tra 80 e 150 , mentre in strutture complesse questo viene raggiunto quando sono compresi tra 200 e 300 . La struttura dei costi si basa sulla complessità dei materiali e sulle stime di precisione.

2. La stampa 3D è davvero più economica per la produzione in piccoli lotti?

Per quanto riguarda i componenti complessi fino a 50 pezzi e dotati di un numero di parte, la conclusione è che la stampa 3D offrirà un risparmio rispetto al costo dello stampo e sarà anche più economica del 30-50% rispetto alla lavorazione CNC .

3. Come valutare le differenze prestazionali tra i due processi?

I coefficienti di densità e isotropia per i componenti prodotti dal processo CNC sono del 100% , mentre per 3DP possiedono proprietà di isotropia e in realtà i coefficienti di resistenza sono solo l'80-95% dei componenti forgiati.

4. La stampa 3D può ridurre i costi della produzione di massa?

Se la dimensione del lotto supera le 5000 unità , la produzione CNC sperimenta economie di scala e i costi saranno inferiori del 40-60% rispetto alla stampa 3D . La stampa 3D può essere utilizzata per la produzione su piccola scala .

5. In che modo la produzione ibrida ottiene l’ottimizzazione dei costi?

La stampa 3D si occupa di caratteristiche complesse, mentre la lavorazione CNC riguarda componenti critici. La combinazione dei due precedenti aiuterà a ridurre i costi del 30-40% e a migliorare le prestazioni oltre il 20% .

6. Come ottenere rapidamente preventivi accurati per due processi?

Sono richiesti dati sui materiali, file 3D, dimensioni del lotto e il livello di precisione richiesto. Il preventivo comparativo verrà inviato al cliente dal team LS Manufacturing in entrambi i casi entro 2 ore dalla ricezione dei dettagli.

7. In che modo lo sviluppo di nuovi materiali influisce sulla selezione del processo?

I compositi ad alte prestazioni sono adatti per la stampa 3D, mentre i materiali ad alta conduttività troveranno applicazione nella lavorazione CNC. Disporre di processi appropriati per i materiali richiede la conoscenza delle proprietà dei materiali.

8. Come ridurre i costi di lavorazione CNC per piccoli lotti?

Attraverso l'utilizzo di processi standardizzati, attrezzature modulari e gestione dei materiali, LS Manufacturing è in grado di ridurre i costi CNC per piccoli lotti del 25-30% e i tempi di consegna del 35% .

Riepilogo

Grazie all'ingegneria del valore della selezione scientifica dei processi, le aziende manifatturiere possono massimizzare i costi e accelerare il time-to-market. Il processo decisionale, sviluppato da LS Manufacturing, con valori reali, sarà utile a molti clienti per ottenere risparmi sui costi compresi tra il 25% e il 40% .

Per il confronto delle soluzioni di processo personalizzate e preventivi adeguati, ti invitiamo a farlo contattare il gruppo tecnico di LS Manufacturing per avvalersi immediatamente dell'analisi dei costi e dei consigli di ottimizzazione su entrambe le opzioni.

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Squadra di produzione LS

LS Manufacturing è un'azienda leader del settore . Focus su soluzioni di produzione personalizzate. Abbiamo oltre 20 anni di esperienza con oltre 5.000 clienti e ci concentriamo sulla lavorazione CNC ad alta precisione, Produzione di lamiere , stampa 3D, Stampaggio ad iniezione . Stampaggio metalli e altri servizi di produzione one-stop.
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