CNC와 MIM의 차이점은 무엇입니까?

지난 분기에 한 의료기기 회사에서 3년 동안 가공해 온 부품을 우리에게 보냈습니다. 스테인레스 스틸 브래킷, 47개 기능, 개당 $23, 연간 60,000개. 그들은 MIM이 비용을 절감할 수 있는지 알고 싶었습니다.

 

우리는 분석을 실행했습니다. MIM 툴링 비용은 52,000달러입니다. 개당-비용은 $4.20으로 낮아집니다. 2,766개 단위로 손익 분기점을 달성하면 생산 첫 달에 툴링 투자를 회수하고 그 이후에는 연간 110만 달러를 절약할 수 있습니다.

 

그들은 전환하지 않았습니다.

 

브래킷에는 베어링 압입-을 위해 ±0.02mm가 필요한 두 개의 보어가 있습니다. 18mm 기능에서 ±0.3%의 MIM은 ±0.054mm를 제공하며 거의 3배나 느슨합니다. 본체를 MIM하고 CNC-보어를 마무리할 수 있었지만 하이브리드 방식의 가격은 부품당 7.80달러였습니다. 여전히 비용을 절감하지만 그들이 원하는 극적인 절감 효과는 없습니다.

용인

대부분의 MIM 프로젝트가 종료되는 곳입니다. MIM 허용 오차는 백분율로 확장되며 표준 ±0.3%, 최적화 ±0.1%입니다. 엔지니어들은 ±0.3%를 보고 "타이트하다"고 생각합니다. 작은 기능에서는 그렇습니다.

CNC는 절대적인 공차를 유지합니다. MIM은 크기에 따라 확장됩니다. 50mm 보어가 ±0.05mm라고요? MIM은 2차 가공 없이는 만질 수 없습니다.

그러나 허용 오차가 해결되면 실제로 절감 효과가 나타납니다. 스파인 웨이브(Spine Wave)의 수술 기구 프로그램은 수치가 공개되고 이야기가 완결되어 있기 때문에 우리가 가장 많이 참고하는 사례이다. 그들은 Velocity® 척추 유합 장치용 배송 잠금 장치 구성 요소를 가지고 MIM 공급업체를 찾았습니다. 부품 가공 비용은 부품당 18달러로 의료용 부품치고는 터무니없지만 연간 75,000개가 필요했습니다. 연간 가공 비용: 135만 달러.

MIM 평가에는 4개월이 걸렸습니다. 공구 비용은 $38,000입니다. 첫 번째 기사에서는 치수 사양을 충족하기 위해 두 번의 소결 사이클 조정이 필요했습니다. 개당 가격은-$2.80입니다. 첫해 총액: 툴링 상각비 포함 248,000달러. 그들은 첫 해에 백만 달러 이상을 절약했습니다. 3년차까지 누적 절감액은 320만 달러를 초과했습니다.

프로세스

MIM은 일련의 변환입니다. 직경이 2~20미크론인 금속 분말은 열가소성 바인더와 약 60% 분말~40%의 부피 비율로 혼합됩니다. 혼합물은 주입 중에 플라스틱처럼 거동합니다. 이는 금형 구멍으로 흘러 들어가 모양은 정확하지만 구조적 무결성이 없는 "녹색 부품"으로 굳어집니다.

녹색 부분은 탈지, 열분해 또는 용매 추출을 거쳐 폴리머를 제거합니다. 남은 것은 "갈색 부분"입니다. 금속 분말은 마찰과 잔여 바인더로 결합되어 있습니다. 잘못 다루면 부서질 정도로 깨지기 쉽습니다.

갈색 부분은 합금 녹는점의 85-95%에서 작동하는 소결로에 들어갑니다. 15~20시간에 걸쳐 고체 확산이 분말 입자를 결합시킵니다. 다공성이 붕괴되고 밀도가 증가함에 따라 부품은 모든 치수에서 15-20% 수축됩니다. 60mm로 성형된 부품은 48-51mm에서 소결되어 나옵니다.

수축은 전체적으로 예측 가능하지만 완벽하게 균일하지는 않습니다. 중력은 용광로 방향에 따라 부품에 다르게 영향을 미칩니다. 대량 분포는 국부적 수축률에 영향을 미칩니다. 벽 두께 변화로 인해 부품이 휘어지는 수축 차이가 발생합니다.

우리는 누군가가 용광로 트레이를 잘못 로드했기 때문에 소결 치수가 올바른 부품이 나오고 동일한 금형의 부품이 비틀려 나오는 것을 보았습니다. 이런 종류의 일은 공급업체가 인정하는 것보다 더 많이 발생합니다. 몇 시간 동안-긴 열 주기 동안 부품 형상을 유지하는 지지대인 소결 고정 장치 개발은 엔지니어링 작업이지 상품이 아닙니다. 기하학적으로 유사한 부품에 대한 경험이 없는 공급업체는 귀하의 비용으로 고정 장치 설계를 반복할 것입니다.

실패

소결로의 분위기 제어는 재료가 실제로 사양에 맞게 작동하는지 여부를 결정합니다. 스테인레스 스틸에는 수소 또는 진공 분위기가 필요합니다. 잘못된 대기 또는 더러운 용광로로 인한 대기 오염으로 인해 크롬이 표면에서 멀리 이동하게 됩니다. 부품은 괜찮아 보이네요. 치수를 확인하세요. 그러나 표면의 크롬이 고갈되어 내식성이 파괴됩니다. 우리는 치수 검사를 통과했지만 100시간 이내에 염수 분무 테스트에 실패한 다른 공급업체로부터 들어오는 MIM 부품을 거부했습니다.

MIM 부품은 1~4%의 다공성을 유지합니다. 이러한 공극은 가공 절삭유, 절삭유, 대기 습기 등 환경에 존재하는 모든 오염 물질을 가두어 줍니다.

2년 전 비용 절감을 위해 구조용 브래킷에 MIM을 지정했던 고객이 있었습니다. 생산은 8개월 동안 순조롭게 진행되었습니다. 그런 다음 현장 서비스 팀이 장비 수리 중에 브래킷을 용접하려고 했습니다.

용접이 실패했습니다. 자꾸.

용접 풀을 통해 기화되는 갇힌 오염 물질로 인해 접합 무결성을 파괴하는 다공성과 개재물이 생성되었습니다. 그들은 교체 부품을 위해 새로운 CNC 공급업체의 자격을 갖추어야 했습니다. MIM의 "비용 절감"은 긴급 조달 비용, 현장 서비스 지연 및 고객 관계 문제로 바뀌었습니다.

부품의 조립, 수리 또는 현장 수정을 위해 용접이 필요한 경우 MIM은 실격됩니다.

피로는 우리가 질문을 받는 또 다른 문제입니다. 일관된 입자 구조를 지닌 100% 밀도의 가공된 스톡 바 기계입니다. MIM은 분산된 미세 다공성을 통해 96-99% 밀도로 소결됩니다. 정적 강도는 동일합니다. 가공 사양에 대해 17-4PH MIM 부품을 테스트한 결과 인장, 항복 및 경도가 일치합니다.{7}}PH H900은 1070-1190 MPa UTS, 970-1090 MPa 수율, 35-40 HRC. 316L은 소결 분위기가 적절하게 제어될 때 탁월한 내식성을 가지며 최소 520 MPa에 도달합니다. 그러나 이러한 미세기공은 주기적 하중 하에서 응력 집중 장치 역할을 합니다. 10^7+ 주기를 보이는 부품, 회전 샤프트, 진동 부하 브래킷 등 공진 문제가 있는 모든 부품의 경우 가공 재료가 MIM보다 성능이 뛰어납니다. Hot Isostatic Pressing은 다공성을 막고 피로 성능을 회복할 수 있지만 부품당 $10-25가 추가됩니다.

표면 마감:-소결된 MIM은 Ra 0.8-1.6μm를 달성하며 Ra 3.2μm에서 표준 CNC보다 매끄러워집니다. 밀도는 96-99%, 즉 HIP의 경우 99% 이상입니다. 필요한 경우 표준: MPIF 35-MIM(2025), ASTM B883-19, ISO 22068:2012.

용량

손익분기점 공식: MIM 도구 비용을 부품당 절감액으로 나눈 값입니다.- $14/piece 절감 효과가 있는 $40,000 금형은 2,857개 단위에서도 깨집니다. 해당 볼륨 이상에서는 모든 부품이 14달러를 절약합니다. 연간 볼륨이 50,000이면 연간 $700,000입니다.

우리가 인용한 MIM 금형 중 약 절반만이 생산에 들어갑니다. 툴링 시작 후 설계 변경 비용은 수정당 $2,000-15,000입니다. 설계가 안정되기 전에 비용 절감을 추구하는 프로그램은 결국 툴링 비용을 두 배로 지불하게 됩니다.

CNC는 고정할 수 있는 모든 것을 가공합니다. 알루미늄, 티타늄, 인코넬, 황동, 플라스틱, 복합재, 가공성 외에는 제한이 없습니다. MIM 재료 선택은 확립된 공급원료 제제에 따라 달라집니다. 스테인리스강은 전 세계 MIM 생산량의 50~57%를 차지합니다.. 316내식성은 L, 강도는 17-4PH, 마모는 420입니다. 열처리나 자기적 특성을 위한 저합금강(4140, 4340, Fe-2Ni). 내마모성을 위한 공구강 M2 및 H13. 소결 중 탄소 제어에는 신중한 공정 개발이 ​​필요합니다. 의료 및 항공우주용 티타늄 Ti-6Al-4V, 진공 소결. 작동하지 않는 것: 알루미늄, 구리 합금, 순금속.

재료 활용: CNC는 빌렛의 20-50%를 부품으로 변환하고 나머지는 칩으로 변환합니다. 복잡한 부품은 70~80%를 낭비할 수 있습니다. MIM 공급원료 활용률은 러너 재활용을 통해 95-97%입니다. $60/kg의 티타늄의 경우 180g 빌렛에서 40g 마감까지 가공된 부품은 140g의 재료를 낭비하며 단일 칩을 절단하기 전에 $8.40의 스크랩을 낭비합니다. MIM은 대략 42g의 공급원료로 해당 부품을 생산합니다.

작동할 때

여러 CNC 작업이 필요한 복잡한 형상이 있는 경우 MIM이 효과적입니다. 내부 형상, 언더컷, 얇은 벽, 5축 작업 또는 EDM이 필요한 형상. 가공 비용이 조각당 $25-50인 부품은 MIM에서 조각당 $5 미만으로 견적되는 경우가 많습니다.

AFT의 터보차저 베인 프로그램: BMW, Ford, Tesla, Caterpillar용으로 180+백만 개의 부품이 생산되었습니다. 최적화된 툴링 및 프로세스 제어를 통해 표준 MIM보다 더 엄격한 ±0.015mm를 유지하는 에어포일 프로파일은 자동차 부문의 정밀 주조에 비해{3}}% 비용 절감을 제공합니다. pim-international.com에 문서화되어 있습니다. 이 프로그램에는 수년간의 개발 투자가 필요했으며 6-개월 일정으로 복제할 수 있는 투자는 아닙니다.

CNC는 알루미늄 및 구리 부품,{0}}±0.1% 미만의 엄격한 공차 기능, 용접성이 필요한 응용 분야, 전체 재료 추적성이 필요한 프로그램(항공우주, 원자력), 연간 수량 5,000개 미만의 부품, 효율적으로 가공되는 형상에서 승리합니다. CNC 선반의 단순한 회전 부품은 볼륨에 관계없이 MIM 툴링을 결코 정당화할 수 없습니다.

하이브리드는 복잡한 형상에 대한 MIM 경제성이 필요하지만 CNC 정밀도가 필요한 기능이 있는 경우에 작동합니다. 본체를 MIM하고 중요한 보어를 가공합니다.