Esistono sempre più modi per realizzare i propri ordini di componenti, e l'ampio elenco di opzioni disponibili può creare confusione. Inoltre, le scelte effettuate saranno determinanti per il budget, le tempistiche e le prestazioni del prodotto finale.
In questo articolo, vi presenteremo un confronto dettagliato tra due dei metodi di produzione più diffusi: la lavorazione CNC e la pressofusione. Esploreremo i vantaggi che offrono e come sceglierli.
Che cosa è la lavorazione CNC?
Come funziona
La lavorazione CNC (Computer Numerical Control) è un processo di produzione sottrattivo: un utensile da taglio rimuove il materiale da una billetta o da una piastra solida in base a precise istruzioni digitali. Le macchine multiasse posizionano utensili e pezzi per intagliare forme complesse, tasche e fori. Poiché segue un modello digitale, l'impostazione è relativamente rapida, spesso richiedendo solo il fissaggio e la programmazione del percorso utensile, il che la rende ideale per cicli di progettazione iterativi e parti personalizzate.
In cosa eccelle
- Alta precisione: Grazie all'avanzata potenza di calcolo dei moderni sistemi CNC, le frese e i torni possono mantenere tolleranze ristrette per le caratteristiche critiche, con un'eccellente precisione e coerenza di posizionamento.
- Flessibilità di progettazione: Con l'accesso agli utensili e la strategia giusti, la lavorazione CNC produce caratteristiche interne complesse come tasche profonde e spessori di parete variabili.
- Modifiche di progettazione senza sforzo: Utilizzando la lavorazione CNC si eliminano le preoccupazioni relative agli stampi sprecati e ai costi aggiuntivi, poiché è assolutamente possibile tagliare una geometria oggi e progettare una nuova versione rivista domani, senza bisogno di nuovi utensili.
- Ampia copertura dei materiali: Il punto di fusione non è più un problema. Dalle plastiche morbide a alluminio, acciaio e leghe di rame, la CNC gestisce un ampio portafoglio di materiali.
Limitazioni
- Più lento per la produzione di massa: Ogni pezzo consuma tempo macchina. Con l'aumento dei volumi, il tempo di ciclo prevale sui costi rispetto alla fusione.
- Costo unitario più elevato su larga scala: Senza la leva degli utensili, i prezzi per pezzo rimangono più elevati per gli ordini di grandi dimensioni rispetto agli equivalenti pressofusi.
- Eccesso sottrattivo: I componenti vengono ricavati da blocchi solidi, producendo trucioli eccessivi e maggiori sprechi, soprattutto nel caso di metalli costosi come il titanio, che può essere riciclato ma comporta ulteriore consumo di energia, costi e potenziale perdita di valore del materiale.
Cos'è la pressofusione?
Come funziona
La pressofusione è un processo di produzione utilizzato per produrre parti metalliche solide e, a differenza della tradizionale fusione in sabbia, offre un'elevata precisione di lavorazione e una riutilizzabilità elevata. Il processo di pressofusione prevede la compressione del metallo fuso ad alta pressione in uno stampo in acciaio riutilizzabile, noto come stampo. Questo processo inizia con la creazione dello stampo stesso, la cui cavità assume la forma dei pezzi fusi desiderati. Una volta completato lo stampo, il metallo fuso, in genere leghe non ferrose come l'alluminio, viene rilasciato. zinco, o magnesio, viene iniettato al suo interno, riempiendo rapidamente la cavità dello stampo e solidificandosi rapidamente. Dopo il raffreddamento del metallo, lo stampo si apre e il getto appena formato viene espulso.
In cosa eccelle
- Alta produttività: I tempi di ciclo misurati in secondi o minuti rendono la pressofusione un elemento fondamentale per la produzione di massa.
- Geometria complessa: Si possono facilmente realizzare pareti sottili, nervature, sporgenze e caratteristiche integrali.
- Finitura superficiale attraente: Le superfici di fusione sono spesso sufficientemente lisce da ridurre la post-lavorazione; rivestimenti e vernici aderiscono bene.
- Uso efficiente dei materiali: I canali di scorrimento e le porte possono essere riciclati, il che significa che si producono meno scarti rispetto alla lavorazione da materiale solido.
Limitazioni
- Costo iniziale degli utensili:La progettazione e la costruzione di stampi in acciaio richiedono notevoli investimenti in termini di capitale e tempi di consegna.
- Vincoli materiali: Le leghe ferrose e i metalli ad alto punto di fusione non sono tipici.
- Cambiamento ingegneristico duro: Le modifiche di progettazione successive alla lavorazione possono essere costose; revisioni più consistenti potrebbero richiedere la rilavorazione dello stampo o nuovi inserti.
Fare la scelta: strategia di costo e ibrida
Fattori di costo della pressofusione e della lavorazione CNC
La scelta tra lavorazione CNC e pressofusione dipende fondamentalmente da un compromesso tra investimento iniziale e costo unitario a lungo termine. La lavorazione CNC evita ingenti spese iniziali di attrezzaggio, ma comporta un costo per pezzo più elevato a causa del processo più lento e laborioso. La pressofusione, al contrario, richiede un investimento iniziale sostanziale in stampi in acciaio temprato (attrezzature) per ottenere un costo marginale per pezzo molto basso durante la produzione ad alto volume.
Questa dinamica economica rende sostanzialmente la scelta autoesplicativa. Per la prototipazione, le produzioni in piccoli volumi o in qualsiasi caso in cui un progetto sia ancora in fase di perfezionamento, la lavorazione CNC è la scelta migliore. La sua flessibilità lo rende ideale per iterazioni e test rapidi, oltre a offrire una più ampia selezione di materiali ingegneristici.
Una volta finalizzato il progetto e quando i volumi di produzione annuali sono sufficientemente elevati da giustificare il costo iniziale degli utensili, la pressofusione diventa l'opzione più economica. Per fare un esempio, se un componente CNC costa $50, mentre la pressofusione richiede un investimento in utensili pari a $80.000 con un costo del componente di $10, il punto di pareggio si attesta intorno alle 2.000 unità. Va notato, tuttavia, che questo è un esempio elementare che esclude molti fattori e che le analisi dei costi nel mondo reale sono in genere molto più complesse.
Considerare una strategia ibrida
Finora abbiamo considerato la fusione e la lavorazione meccanica come tecniche separate. Tuttavia, è del tutto possibile che entrambe possano lavorare in sinergia.
La lavorazione CNC è perfetta per la produzione di ponti, la fornitura di componenti per test di mercato o vendite anticipate durante la produzione degli stampi per pressofusione permanenti. Una buona strategia consiste nel convalidare un progetto con componenti CNC prima di impegnarsi a sostenere i costi degli utensili di fusione. Inoltre, è prassi comune sottoporre parti pressofuse a processi selettivi di post-lavorazione e finitura CNC per ottenere tolleranze critiche su caratteristiche come superfici di tenuta, fori per cuscinetti o fori filettati. Questo approccio sfrutta i vantaggi in termini di costi e geometria della pressofusione per il componente principale, impiegando al contempo la lavorazione CNC per ottenere la precisione necessaria.
Fare la scelta: geometria, materiali e controllo qualità
Considerazioni sulla geometria
Ogni processo offre vantaggi distintivi per la formatura di un componente. La pressofusione eccelle nella produzione di pareti sottili e uniformi rinforzate da nervature, una geometria la cui lavorazione è complessa e richiede molto tempo. È anche possibile realizzare sottosquadri utilizzando azioni laterali nello stampo, sebbene ciò aggiunga complessità e costi.
Al contrario, la lavorazione CNC gestisce facilmente spessori di parete variabili e tasche profonde, ma è limitata dalla portata fisica e dal diametro dell'utensile da taglio, rendendo difficoltosa la lavorazione di pareti molto sottili o raggi interni ridotti. È possibile accedere ai sottosquadri tramite movimenti multiasse e produrre filettature precise e di alta qualità direttamente.
Selezione dei materiali e prestazioni
La lavorazione CNC offre una flessibilità dei materiali senza pari, in grado di lavorare un'ampia gamma di metalli, da vari tipi di plastica e alluminio ad acciai ad alta resistenza, acciai inossidabili e leghe resistenti alle alte temperature come il titanio. Questo la rende indispensabile per applicazioni che richiedono specifiche proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione o biocompatibilità.
Al contrario, la pressofusione è specializzata nella fusione di metalli per materiali non ferrosi, principalmente alluminio, zinco e magnesioSono selezionati per la loro eccellente colabilità, fluidità e un elevato rapporto resistenza/peso, che li rende ideali per componenti leggeri e di grandi volumi.
Controllo di qualità
In termini di qualità, i due processi eccellono in ambiti diversi, ma entrambi sono generalmente precisi e avanzati grazie alla scienza moderna. La lavorazione CNC è eccellente per ottenere tolleranze geometriche ristrette e strutture complesse direttamente da un file digitale, rendendola il punto di riferimento per i componenti di precisione. La pressofusione, una volta ottimizzati i parametri di processo e perfezionato lo stampo, offre un'eccezionale ripetibilità da pezzo a pezzo su volumi di produzione molto elevati. Sebbene le sue tolleranze allo stato grezzo siano generalmente più ampie rispetto alla lavorazione CNC, produce forme estremamente uniformi con un'eccellente estetica superficiale.
Fare la scelta: sostenibilità
Ciò che spesso non viene preso in considerazione nel calcolo dei costi sono la riciclabilità e la sostenibilità dei metodi di lavorazione. Dal punto di vista della sostenibilità, entrambi i processi prevedono flussi di materiali riciclabili, ma differiscono nella generazione di scarti. La lavorazione CNC è un processo sottrattivo, che genera trucioli (trucioli) come scarto. Sebbene questi trucioli siano completamente riciclabili, il processo comporta una perdita intrinseca di materiale, soprattutto per i metalli con punti di fusione più elevati.
La pressofusione è più efficiente in termini di utilizzo dei materiali nella sua fase primaria, poiché i canali di colata e le materozze (materiale in eccesso proveniente dai canali di iniezione) possono essere rifusi e riutilizzati direttamente in fonderia, con conseguenti tassi di utilizzo dei materiali molto elevati. Entrambi i processi beneficiano significativamente dei sistemi di riciclo a circuito chiuso, contribuendo a ridurre l'impatto ambientale complessivo.
Conclusione
Tornando alla questione in oggetto, si giungerebbe alla conclusione che non esiste un vincitore universale, poiché la pressofusione e la lavorazione CNC presentano vantaggi specifici in diversi campi di produzione. Lavorazione CNC è la scelta per agilità, precisione e produzione a basso volume, mentre Dcioè casting eccelle nella produzione economica e di grandi volumi di geometrie complesse.
Ricordatevi di basare la vostra decisione sul volume di produzione, sulla stabilità del progetto e sui requisiti funzionali. Valutando attentamente questi fattori, potrete scegliere con sicurezza il percorso produttivo più efficiente ed economico per la vostra applicazione.
Domande frequenti
Per un ordine di un volume medio di pezzi, quale processo è più adatto?
Sebbene abbiamo menzionato più volte i termini "basso volume" e "alto volume", non si tratta mai di numeri scelti da un intervallo fisso. Per analizzare il punto di pareggio e trovare l'approccio migliore alle vostre esigenze, la progettazione e la complessità dei componenti sono le priorità.
Un pezzo più semplice potrebbe essere più economico da lavorare con macchine CNC, mentre un pezzo complesso giustificherebbe prima il costo degli utensili per pressofusione. Se hai un ordine di pezzi e non sei sicuro, prova mettersi in contatto con esperti del settore, poiché ti fornirà approfondimenti più professionali.
Oltre al riciclaggio dei metalli, ci sono altri fattori di sostenibilità da considerare tra questi processi?
Sì, anche il consumo energetico deve essere preso in considerazione. La lavorazione CNC, soprattutto per i metalli duri, può essere molto dispendiosa in termini di energia per pezzo, poiché la macchina utensile e i sistemi di raffreddamento rimangono in funzione per l'intero ciclo. La pressofusione ha un elevato costo energetico iniziale per creare lo stampo e fondere il metallo, ma i suoi tempi di ciclo molto rapidi possono portare a un costo energetico inferiore per pezzo in caso di volumi elevati. L'opzione "più ecologica" dipende fortemente dal volume di produzione e dal mix energetico specifico del produttore.