Turunkan Biaya Permesinan CNC dengan Desain Komponen yang Cerdas

TL;DR

Mengoptimalkan desain komponen untuk mengurangi biaya permesinan bergantung pada penerapan prinsip Desain untuk Permesinan (DFM). Ini melibatkan penyederhanaan geometri komponen, penambahan radius yang cukup besar pada sudut internal, penggunaan ukuran standar untuk lubang dan ulir, serta penetapan toleransi longgar sebisa mungkin. Pemilihan material yang hemat biaya dan mudah dikerjakan juga merupakan strategi penting untuk meminimalkan waktu mesin, kompleksitas, dan biaya keseluruhan.

Prinsip Inti Desain untuk Permesinan (DFM)

Sebelum membahas perubahan desain tertentu, penting untuk memahami strategi dasar di balik pengurangan biaya: Desain untuk Kemudahan Permesinan (Design for Machinability/DFM). DFM adalah proses merancang komponen secara sengaja agar dapat diproduksi dengan cara yang paling efisien dan sederhana. Tujuannya adalah mengurangi tidak hanya waktu yang dihabiskan suatu bagian di mesin CNC, tetapi juga kompleksitas seluruh proses produksi, dari persiapan awal hingga penyelesaian akhir. Setiap keputusan yang dibuat selama fase desain memiliki dampak langsung dan sering kali signifikan terhadap biaya akhir.

Prinsip-prinsip utama DFM berputar pada dua tujuan utama: mengurangi waktu permesinan dan meminimalkan jumlah operasi. Waktu permesinan sering kali menjadi faktor utama dalam biaya, sehingga desain yang memungkinkan kecepatan pemotongan lebih cepat dan lebih sedikit lintasan akan selalu lebih murah. Hal ini dapat dicapai dengan memilih material yang memiliki kemampuan permesinan tinggi atau dengan merancang fitur-fitur yang dapat dibuat menggunakan alat yang lebih besar dan lebih kuat. Seperti dijelaskan secara rinci dalam panduan dari Protolabs Network , bahkan penyesuaian kecil, seperti menambah jari-jari sudut, dapat memungkinkan mesin berjalan lebih cepat dan lebih efisien.

Sama pentingnya adalah meminimalkan jumlah pemasangan mesin. Pemasangan mengacu pada setiap kali suatu bagian harus diposisikan ulang secara manual atau dipasang kembali untuk mengakses sisi-sisi yang berbeda. Setiap pemasangan menambah biaya tenaga kerja dan membuka potensi kesalahan. Sebuah bagian kompleks dengan fitur pada keenam sisinya bisa memerlukan enam pemasangan terpisah, yang secara drastis meningkatkan biayanya dibandingkan bagian yang lebih sederhana di mana semua fitur dapat dikerjakan dari satu arah saja. Strategi utama DFM oleh karena itu adalah merancang bagian yang dapat diselesaikan dalam jumlah pemasangan sesedikit mungkin, idealnya hanya satu.

Optimalisasi Geometris Utama untuk Menekan Biaya

Geometri suatu bagian adalah salah satu faktor paling signifikan yang memengaruhi biaya permesinannya. Bentuk yang kompleks, rongga dalam, dan fitur-fitur halus semuanya membutuhkan waktu lebih lama, perkakas khusus, serta penanganan hati-hati, yang menyebabkan kenaikan harga. Dengan melakukan optimasi strategis terhadap geometri bagian tersebut, insinyur dapat mencapai penghematan biaya yang signifikan tanpa mengorbankan fungsionalitas.

• Tambahkan Jari-Jari yang Cukup Besar pada Sudut Internal. Semua alat frais CNC berbentuk bulat, yang berarti secara alami akan meninggalkan jari-jari pada setiap sudut internal. Upaya membuat sudut tajam atau jari-jari sangat kecil memerlukan alat berdiameter kecil, yang harus bergerak lambat dan melakukan beberapa kali pemotongan, sehingga menambah waktu mesin. Aturan sederhananya adalah merancang jari-jari sudut internal minimal sepertiga dari kedalaman rongga. Seperti Protocase menjelaskan , menggunakan jari-jari sebesar mungkin memperbaiki hasil akhir permukaan dan mengurangi biaya dengan memungkinkan penggunaan alat potong yang lebih besar dan lebih stabil.
• Batasi Kedalaman Rongga dan Kantong. Pemesinan kantong dalam jauh lebih mahal. Alat pemotong standar memiliki panjang pemotongan terbatas, biasanya efektif hingga kedalaman sekitar 2-3 kali diameter alat. Meskipun pemotongan yang lebih dalam dimungkinkan, diperlukan alat khusus yang lebih panjang, yang kekakuannya lebih rendah dan harus dioperasikan pada kecepatan lebih lambat untuk menghindari getaran dan patah. Fictiv menyarankan agar kedalaman pemotongan tidak melebihi lima kali diameter alat frais untuk memastikan hasil akhir yang baik dan biaya yang lebih rendah.
• Hindari Dinding Tipis. Dinding dengan ketebalan kurang dari 0,8 mm untuk logam atau 1,5 mm untuk plastik rentan terhadap getaran, pelengkungan, dan patah selama proses pemesinan. Untuk membuat fitur semacam ini secara akurat, operator mesin harus melakukan beberapa lintasan lambat dengan kedalaman potong rendah. Kecuali benar-benar diperlukan untuk fungsi bagian tersebut, merancang dinding yang lebih tebal dan lebih kaku akan membuat bagian menjadi lebih stabil dan jauh lebih murah untuk diproduksi.
• Sederhanakan dan Gabungkan Fitur. Kerumitan desain secara langsung memengaruhi biaya. Bagian yang simetris lebih mudah dikerjakan, dan mengurangi jumlah total fitur unik meminimalkan kebutuhan pergantian alat. Jika suatu bagian memiliki fitur rumit seperti undercut atau lubang pada beberapa sisi, pertimbangkan apakah desain dapat dibagi menjadi beberapa komponen yang lebih sederhana, yang dapat dikerjakan dengan mudah kemudian dirakit. Pendekatan ini sering kali lebih hemat biaya dibandingkan mengerjakan satu bagian sangat kompleks yang memerlukan mesin 5-sumbu dan perlengkapan khusus.

Strategi Cerdas untuk Toleransi, Ulir, dan Lubang

Meskipun fitur geometris besar jelas menjadi faktor penentu biaya, detail kecil seperti toleransi, ulir, dan lubang dapat memberikan dampak yang tidak terduga besar terhadap harga akhir. Fitur-fitur ini sering kali memerlukan ketepatan, peralatan khusus, atau operasi mesin tambahan. Menerapkan strategi desain cerdas pada elemen-elemen ini merupakan langkah penting dalam mengoptimalkan suatu bagian agar dapat diproduksi secara efisien dari segi biaya.

Toleransi menentukan penyimpangan yang dapat diterima untuk dimensi tertentu. Meskipun toleransi yang ketat kadang-kadang diperlukan untuk antarmuka kritis, mereka harus ditentukan dengan hemat. Semakin ketat toleransi, semakin banyak waktu, perawatan, dan pemeriksaan yang dibutuhkan, yang secara eksponensial meningkatkan biaya. Seperti yang dijelaskan oleh MakerVerse , toleransi yang terlalu ketat dapat menyebabkan peningkatan keausan alat, waktu siklus yang lebih lama, dan tingkat serpihan yang lebih tinggi. Untuk fitur non-kritis, mengandalkan toleransi mesin standar (biasanya ± 0,125 mm) adalah cukup dan jauh lebih ekonomis.

Demikian pula, lubang dan ulir harus dirancang dengan mempertimbangkan standardisasi. Menggunakan ukuran mata bor standar untuk lubang jauh lebih murah dibanding menentukan diameter yang tidak standar, yang akan memerlukan end mill untuk membuat lubang secara perlahan. Dalam hal ulir, panjangnya harus dibatasi. Keterlibatan ulir yang melebihi 1,5 kali diameter lubang memberikan tambahan kekuatan yang sangat kecil namun menambah biaya secara signifikan. Untuk lubang buta, penting juga merancang bagian bawah yang tidak berulir, memberikan ruang gerak bagi alat tap dan mengurangi risiko patah.

Memilih Material dan Permukaan Akhir untuk Efisiensi Biaya

Pemilihan material dan kualitas permukaan akhir merupakan pertimbangan terakhir yang sangat penting dalam mengendalikan biaya permesinan. Keputusan ini memengaruhi biaya bahan baku maupun waktu yang dibutuhkan untuk memproses bagian tersebut. Material yang murah dibeli tetapi sulit dikerjakan dapat pada akhirnya lebih mahal dibanding alternatif yang lebih mahal tetapi lebih mudah dikerjakan.

Tingkat kemudahan pemesinan suatu material menggambarkan seberapa mudah material tersebut dapat dipotong. Material yang lebih lunak seperti Aluminium 6061 dan plastik seperti POM (Delrin) memiliki kemudahan pemesinan yang sangat baik, memungkinkan pemotongan kecepatan tinggi dan waktu siklus yang lebih singkat. Sebaliknya, material yang lebih keras seperti baja tahan karat atau titanium lebih sulit dipotong, memerlukan kecepatan yang lebih lambat dan menyebabkan keausan alat potong yang lebih besar, sehingga menggandakan atau bahkan mengalikan tiga kali lama waktu pemesinan. Oleh karena itu, kecuali jika diperlukan sifat khusus dari paduan berkekuatan tinggi, memilih material yang lebih mudah dimesin merupakan strategi efektif untuk mengurangi biaya.

Area lain yang dapat dioptimalkan adalah mempertimbangkan proses manufaktur dari bahan baku itu sendiri. Menggunakan bahan baku near-net shape, yang dibuat melalui proses seperti penempaan, dapat secara signifikan mengurangi jumlah material yang harus dibuang melalui permesinan, menghemat waktu dan mengurangi limbah. Bagi mereka di sektor otomotif, misalnya, mengeksplorasi opsi dari spesialis di bidang ini bisa sangat menguntungkan. Untuk komponen otomotif yang kuat dan andal, Anda dapat mengeksplorasi layanan penempaan khusus dari Shaoyi Metal Technology , yang berspesialisasi dalam penempaan panas berkualitas tinggi untuk industri ini.

Akhirnya, spesifikasi finishing permukaan harus dipertimbangkan dengan cermat. Finishing standar "as machined" merupakan pilihan yang paling hemat biaya. Meminta finishing yang lebih halus memerlukan tambahan proses pemesinan atau operasi sekunder seperti bead blasting atau polishing, yang masing-masing menambah biaya. Menentukan finishing berbeda pada berbagai permukaan bagian yang sama bahkan lebih mahal, karena melibatkan masking dan beberapa proses. Menerapkan finishing tertentu hanya di tempat-tempat yang secara fungsional diperlukan adalah cara sederhana namun efektif untuk menekan biaya.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

1. Bagaimana cara mengurangi biaya pemesinan CNC?

Mengurangi biaya pemesinan CNC melibatkan kombinasi optimasi desain, pemilihan material, dan penyederhanaan proses. Strategi utama meliputi:

• Sederhanakan Geometri: Hindari kurva kompleks, kantong dalam, dan dinding tipis.
• Tambahkan Radius Sudut: Gunakan radius sebesar mungkin pada sudut internal untuk memungkinkan pemesinan yang lebih cepat.
• Gunakan Fitur Standar: Desain lubang dan ulir sesuai ukuran standar untuk menghindari kebutuhan peralatan khusus.
• Longgarkan Toleransi: Tentukan toleransi ketat hanya pada fitur-fitur kritis yang fungsionalitasnya bergantung padanya.
• Pilih Material yang Dapat Dimesin: Pilih material seperti Aluminium 6061 yang dapat dipotong dengan cepat.
• Minimalkan Persiapan: Desain bagian sedemikian rupa sehingga semua fitur dapat diakses dalam jumlah orientasi mesin yang sesedikit mungkin.

2. Apa saja pertimbangan desain untuk desain bagian yang dimesin?

Pertimbangan utama dalam perancangan bagian yang dikerjakan secara mesin berfokus pada memastikan kemudahan produksi dan efisiensi biaya. Ini mencakup evaluasi geometri bagian terhadap kesederhanaan dan aksesibilitas oleh alat potong. Perancang harus mempertimbangkan keterbatasan proses pemesinan, seperti ketidakmampuan untuk membuat sudut internal yang sempurna tajam. Pertimbangan penting lainnya meliputi pemilihan material berdasarkan kebutuhan fungsional maupun kemudahan pemesinan, penerapan toleransi yang sesuai, serta perancangan fitur seperti lubang dan ulir sesuai spesifikasi standar. Terakhir, perancang sebaiknya berupaya meminimalkan jumlah penyiapan mesin yang diperlukan untuk menyelesaikan bagian tersebut.