Materialen voor microbewerking: roestvast staal, titaan, messing, PEEK en meer
Een microonderdeel weegt vaak minder dan een gram, dus de materiaalkosten tellen in de offerte nauwelijks mee. Toch bepaalt de materiaalkeuze hoe klein een detail kan zijn, welke strakke tolerantie realistisch is, hoeveel ontbramen nodig is en hoeveel gereedschappen breken. Deze gids vergelijkt de metalen en kunststoffen die het vaakst worden gebruikt voor microbewerkte onderdelen en laat zien wat elk betekent voor tolerantie en kosten. Voor de proceskant, zie de gids over detailafmetingen en toleranties bij microfrezen en draaien.
Waarom materiaal op microschaal zwaarder weegt
Drie eigenschappen domineren zodra details kleiner worden dan 1 mm.
- Spaanvorming. Materialen die spanen goed breken, zoals automatenmessing of roestvast staal 303, laten kleine gereedschappen vrij snijden. Taaie materialen, zoals 316L of zuiver koper, wikkelen spanen om het gereedschap en smeren.
- Braamvorming. Taaie materialen duwen metaal voor het gereedschap uit en laten bij elke uitgang bramen achter. Op een dwarsgat van 0.3 mm kan een braam van 20 μm het gat blokkeren.
- Stijfheid en stabiliteit. Metalen behouden hun vorm onder klem- en snijkrachten. Kunststoffen buigen door, kruipen en veranderen van maat met temperatuur en vocht.
Daarom kan dezelfde tekening in messing routine zijn en in titaan moeilijk.
Metalen voor microbewerking
| Materiaal | Gangbare kwaliteiten | Bewerkbaarheid op microschaal | Bramen | Typische tolerantie op geselecteerde details | Typisch gebruik |
|---|---|---|---|---|---|
| Automatenmessing | C36000 (CuZn36Pb3) | Uitstekend | Weinig | ±0.005 mm | Connectoren, horlogeonderdelen, instrumentpennen |
| Koper | C11000, C10100 | Slecht, taai | Veel | ±0.01 mm | Elektroden, RF-onderdelen, warmteverspreiders |
| Roestvast staal, automaten | 303 | Goed | Matig | ±0.005 mm | Pennen, fittingen, algemene onderdelen |
| Roestvast staal, austenitisch | 304, 316, 316L | Redelijk | Veel | ±0.005 tot ±0.01 mm | Medische, voedings- en fluïdische onderdelen |
| Titaan | Grade 2, Grade 5 (Ti-6Al-4V) | Redelijk, hitte en slijtage | Matig | ±0.005 tot ±0.01 mm | Implantaten, tandheelkunde, ruimtevaart |
| Aluminium | 6061-T6, 7075-T6 | Goed | Matig tot veel | ±0.005 mm | Behuizingen voor halfgeleiders en optiek |
| Gereedschapsstaal | D2, H13, SKD11 | Redelijk gegloeid, hard na harden | Weinig | ±0.005 mm, slijpen voor strakker | Matrijsinzetten, stempels, slijtonderdelen |
De beoordelingen en toleranties zijn typische werkplaatservaring met kleine onderdelen, geen specificaties.
Messing en koper
Messing C36000 is het referentiepunt voor bewerkbaarheid. Het is het materiaal om te kiezen als de functie het toelaat, omdat elk ander metaal ermee wordt vergeleken. Koper is het tegenovergestelde. Zuiver koper is zacht en taai, belast het gereedschap en geeft zware bramen. Waar de geleidbaarheid het toelaat, bewerkt telluurkoper (C14500) veel beter.
Roestvaste staalsoorten
303 bevat zwavel, dat insluitsels vormt die spanen breken. Het is het makkelijkste roestvast staal om te microbewerken, maar heeft een lagere corrosiebestendigheid en wordt voor implantaten meestal niet geaccepteerd. 316L is de standaard voor medische onderdelen, bij implantaten vaak volgens ASTM F138. Het is zwaarder voor gereedschappen en vraagt zorgvuldig ontbramen. 17-4 PH wordt gebruikt waar sterkte telt en bewerkt redelijk in de toestand H900 of H1025.
Titaan
Ti-6Al-4V, ook Grade 5 genoemd, is de gangbare keuze voor implantaten en kleine onderdelen met hoge sterkte, met de ELI-variant volgens ASTM F136 voor implantaatkwaliteit. Titaan geleidt warmte slecht, dus de warmte blijft aan de snijkant en slijt kleine gereedschappen snel. Bedrijven draaien lagere snijsnelheden en wisselen vaker van gereedschap, wat in de cyclustijd terugkomt. Grade 2, commercieel zuiver titaan, is zachter en taaier en geeft meer bramen.
Aluminium
6061-T6 en 7075-T6 snijden snel en houden de maat goed, wat aluminium populair maakt voor behuizingen voor halfgeleiders, optiek en elektronica. Het belangrijkste probleem op microschaal zijn bramen op dunne randen en de zachtheid bij het hanteren van afgewerkte onderdelen. Anodiseren voegt enkele microns per oppervlak toe, dus strakke details hebben een toeslag op de tekening nodig.
Gereedschapsstaal
D2, H13 en SKD11 worden gegloeid bewerkt en daarna gehard, of hard bewerkt met speciaal gereedschap. Harden kan dunne microdetails vervormen. Voor de strakste toleranties op geharde onderdelen werken bedrijven af door slijpen, draadvonken of hardfrezen.
Kunststoffen voor microbewerking
| Kunststof | Stabiliteit | Typische tolerantie op kleine details | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| PEEK | Beste van de groep | ±0.01 mm, ±0.005 mm geselecteerd | Biocompatibele kwaliteiten, hoge temperatuur, gegloeid materiaal geprefereerd |
| POM (acetal, Delrin) | Goed | ±0.01 tot ±0.02 mm | Bewerkt zuiver, lage wrijving |
| PTFE | Slecht, kruipt | ±0.02 tot ±0.05 mm | Zacht, beweegt bij klemming en temperatuur |
| PEI (Ultem) | Goed | ±0.01 mm | Stijf, amorf, goed voor isolatoren |
| PMMA | Redelijk | ±0.02 mm | Optische onderdelen, gevoelig voor scheuren bij kleine details |
Typische waarden voor kleine onderdelen, geen garantie.
Kunststoffen zetten veel meer uit met de temperatuur dan metalen, ruwweg 5 tot 10 keer zoveel als staal. Een PTFE-onderdeel dat bij 25 °C is gemeten, kan bij 20 °C buiten tolerantie liggen. Kunststoffen ontspannen ook na het bewerken wanneer interne spanningen vrijkomen. Goede praktijk is gegloeid materiaal gebruiken, in stappen bewerken en meten nadat het onderdeel is gestabiliseerd.
Minder gangbare materialen
Sommige microonderdelen vragen om materialen buiten de gebruikelijke lijst. Ze zijn op kleine schaal bewerkbaar, maar minder bedrijven hebben er ervaring mee, waardoor de keuze aan leveranciers kleiner wordt.
- Nitinol (nikkel-titaan). Gebruikt voor medische hulpmiddelen vanwege superelasticiteit en vormgeheugen. Het verhardt snel door vervorming, slijt gereedschap snel en wordt vaak met laser of draadvonken gesneden in plaats van gefreesd. Warmte-inbreng kan de omzettingstemperatuur veranderen, dus bedrijven moeten die beheersen.
- Edelmetalen. Goud, platina en platina-iridiumlegeringen komen voor in medische elektroden, connectoren en horlogeonderdelen. Ze zijn zacht en taai, en de materiaalkosten worden aanzienlijk. Bedrijven verrekenen spanen en resten meestal apart, omdat ze schrootwaarde hebben.
- Wolfraam en wolfraamlegeringen. Dicht en hard, gebruikt voor stralingsafscherming, gewichten en elektroden. Bewerkbaar met hardmetaalgereedschap bij lage snelheden, vaak afgewerkt door slijpen of vonken.
- Berylliumkoper. Gebruikt voor veren en contacten. Bewerkt goed, maar stof en spanen zijn een gezondheidsrisico, dus alleen bedrijven met de juiste beheersmaatregelen verwerken het.
- Keramiek en glas. Alumina, zirkonia en gesmolten kwarts worden meestal niet als metaal gesneden. Ze worden geslepen, gelapt, lasergesneden of in groene toestand bewerkt vóór het sinteren. Beschouw ze als een andere toeleveringsketen dan micro-CNC-bewerking.
| Materiaal | Typisch proces | Leveranciersbestand |
|---|---|---|
| Nitinol | Lasersnijden, draadvonken, zorgvuldig frezen | Specialist |
| Platina-iridium, goud | Langdraaien, microfrezen | Specialist, regels voor materiaalbeheer |
| Wolfraamlegeringen | Draaien en frezen bij lage snelheid, slijpen | Matig |
| Berylliumkoper | Langdraaien, frezen met stofbeheersing | Beperkt door veiligheidseisen |
| Alumina, zirkonia | Slijpen, groenbewerking, laser | Aparte keramiekleveranciers |
Typische praktijk ter oriëntatie.
Gebruikt uw onderdeel een van deze materialen, zeg dat dan in de eerste regel van de RFQ. Zo valt het merendeel af van de bedrijven die anders zouden offreren en daarna zouden afhaken.
Materiaal afstemmen op tolerantie en kosten
Een nuttige manier om over materiaal na te denken is een gecombineerde factor voor cyclustijd, gereedschapsslijtage en ontbraaminspanning.
| Materiaal | Relatieve bewerkingsinspanning (messing = 1.0) |
|---|---|
| Messing C36000 | 1.0 |
| Aluminium 6061 | 1.1 tot 1.3 |
| Roestvast staal 303 | 1.5 tot 2 |
| POM | 1.2 tot 1.5 |
| PEEK | 1.5 tot 2 |
| Roestvast staal 316L | 2 tot 3 |
| Titaan Grade 5 | 2.5 tot 4 |
| Gehard gereedschapsstaal | 3 tot 5 |
Illustratieve verhoudingen voor kleine onderdelen, geen prijslijst. De werkelijke kosten hangen af van geometrie, toleranties en aantal.
Hypothetisch voorbeeld: een sensorpen is uit gewoonte in 316L ontworpen. De functie vraagt slechts matige corrosiebestendigheid en geen lichaamscontact. Overstappen op 303 verlaagt de bewerkings- en ontbraaminspanning merkbaar, terwijl de diameters op ±0.005 mm blijven. Bij een implantaat is dezelfde wissel niet toegestaan, en de meerkosten van 316L volgens ASTM F138 zijn simpelweg onderdeel van het product.
Hoe u materiaal in een RFQ specificeert
- Kwaliteit en norm. “Ti-6Al-4V ELI volgens ASTM F136”, niet “titaan”.
- Toestand. Gegloeid, T6, H900, na het bewerken gehard tot een vermelde HRC.
- Vorm. Geslepen staaf, getrokken staaf, plaat of staaf, plus een eventueel vereiste diametertolerantie voor langdraaiwerk.
- Certificaten. Materiaalcertificaat herleidbaar tot de smelt of partij, vaak vereist voor medisch en ruimtevaart.
- Goedgekeurde bronnen. Vereist uw kwaliteitssysteem een specifieke staalfabriek of distributeur, zeg dat dan vooraf.
- Afwerking. Passiveren, anodiseren, elektrolytisch polijsten of coating, met toeslagen voor laagdikte.
De inkoopgids voor microbewerking legt uit hoe materiaal in de rest van een volledige RFQ past, en de gids over het meten van microonderdelen behandelt waarom kunststoffen extra zorg vragen bij inspectie.
Volgende stap
Typische kwaliteiten en toleranties staan samengevat in de referentie voor toleranties en materialen. Weet u het materiaal en de strakste tolerantie, stuur dan een RFQ. Micropartz koppelt die aan maximaal 3 bedrijven die dat materiaal al op microschaal bewerken en reageert binnen 24 werkuren.
Veelgestelde vragen
Wat is het makkelijkste metaal om te microbewerken?
Automatenmessing C36000. Het vormt korte spanen, snijdt zuiver met kleine gereedschappen en laat weinig bramen achter. Het is het referentiemateriaal voor bewerkbaarheidsclassificaties en het traditionele materiaal voor horloge- en instrumentonderdelen.
Is 316L moeilijker te microbewerken dan 303?
Ja. 303 bevat zwavel om spanen te breken en geldt als automatenstaal. 316L is taai, verhardt door vervorming en vormt bramen, vooral bij dwarsgaten. Het wordt gekozen om corrosiebestendigheid en biocompatibiliteit, niet om bewerkbaarheid, dus verwacht een hogere prijs per onderdeel.
Kan PEEK ±0.01 mm houden op kleine onderdelen?
Vaak wel op geselecteerde details, als het onderdeel uit spanningsvrij of gegloeid materiaal komt, zacht wordt opgespannen en bij een stabiele temperatuur wordt gemeten. PEEK is het maatvastste van de gangbare technische kunststoffen, maar beweegt nog altijd meer dan metaal bij temperatuur en vocht.
Waarom vraagt het bedrijf naar de tolerantie van het staafmateriaal?
Langdraaibanken hebben staaf nodig die nauw in de geleidebus past, meestal centerloos geslepen tot h6 of h7. Is uw materiaal alleen als getrokken staaf verkrijgbaar, dan moet het bedrijf het mogelijk eerst slijpen of een ander proces gebruiken.
Getoetst aan
- ASTM F138, Wrought 18Cr-14Ni-2.5Mo Stainless Steel Bar and Wire for Surgical Implants (UNS S31673)
- ASTM F136, Wrought Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI Alloy for Surgical Implant Applications
- ASTM B16, Free-Cutting Brass Rod, Bar and Shapes for Use in Screw Machines
- Wikipedia: Ti-6Al-4V
De getallen in deze gids zijn typische waarden ter oriëntatie. De tekening, het materiaalcertificaat en het gekoppelde bedrijf bepalen de echte.
Word gekoppeld aan een microbewerkingsbedrijf
Stuur uw tekening één keer. Wij koppelen die aan maximaal 3 bedrijven die bij het onderdeel passen en reageren binnen 24 werkuren. Gratis voor inkopers.
Een RFQ sturen