עיבוד שבבי

עיבוד שבבי CNC  (Computer Numerical Control)הוא אחד מתהליכי הייצור הנפוצים והחשובים ביותר בתעשייה. שיטת ייצור זו מתאפיינת בתהליך של חיסור, במהלכה מכונות העיבוד מסירות גושי חומר מוצקים (שבבי חומר) כדי לייצר את החלק או הרכיב המוגמר.

בעיבוד שבבי CNC מתקיימת בקרה אוטומטית מלאה על תפעול כלים ייעודיים (לשם כרסום, חריטה, השחזה, קידוח ועוד) באמצעות תוכנות מחשב מתקדמות המכילות את המפרט השלם לייצור. בסיום התהליך מתקבל רכיב מכאני מדויק.

הבחירה בעיבוד שבבי CNC תהיה אידיאלית כאשר מבקשים לייצר רכיבים מדויקים, מורכבים, עם גימורים מפורשים וטולרנסים עדינים (אפילו עד רמת אלפיות המילימטר), עם אפשרות לייצור חוזר בעתיד. 

עיבוד שבבי מאפשר גם אספקה מהירה, חיסכון בעלויות והתאמה למגוון חומרי גלם, ומשרת את צרכי הלקוח בייצור אבי טיפוס וסדרות בנפח קטן עד גדול.

הצרכנים העיקריים של שיטת ייצור זו כוללים את התעשיות הביטחוניות, יצרני הרכב, חברות מכשור רפואי, ענפי האופטיקה והאופטו-מכאניקה הרובוטיקה, החקלאות ועוד.

עיבוד שבבי מתאים לייצור באמצעות מגוון רחב של חומרי גלם - מתכות (כגון אלומיניום, פלדה, פליז, נחושת, טיטניום ועוד), פלסטיק (לדוגמא ABS, PVC, PC ועוד), חומרים מרוכבים (כגון סיבי פחמן ופיברגלס), כמו גם ייצור באמצעות עץ, קרמיקה וזכוכית. 

בחירת חומר הגלם צריכה לספק מענה מיטבי לייעודו של המוצר, תוך התחשבות במאפיינים מבוקשים כגון חוזק, גודל, משקל, עמידות לחום, קורוזיה ועוד, וכמובן בהתאמה לתקציב הפרויקט. 

עיבוד שבבי CNC מאפשר ייצור רכיבים מדויקים מאוד בהתאם לדרישות מכאניות מפורשות. 

רכיבים שונים נבדלים במידת במורכבותם. ככל שהרכיב המבוקש מורכב יותר מבחינת צורה גיאומטרית או אחרת, כך הוא עשוי להצריך הכנה ארוכה יותר, פעולות ושלבים רבים יותר בתהליך היצור, שימוש במספר מכונות, ומעורבות רבה יותר של אנשי ייצור. בהתאם, עלויות הייצור עשויות להיות גבוהות יותר.  

חריטה וכרסום הם תהליכי עיבוד נפוצים בייצור בעיבוד שבבי. ההבדל העיקרי בין השיטות הוא איזה חלק זז בפועל – חומר הגלם או מכונות החיתוך. בתהליך של כרסום, חומר הגלם מונח במקומו בזמן שכלי החיתוך מסתובבים סביבו. בחריטה לעומת זאת, כלי העיבוד/חיתוך נמצאים במקומם בזמן שחומר הגלם מסתובב במהירות כדי להגיע לצורה והעיצוב המיועדים.

ניתן לשלב בין חריטה וכרסום בתהליך הייצור כדי להפיק חלקים מורכבים יותר, עם מספר תכונות רב יותר שלא ניתן להשיג בשיטה אחת. שילוב שתי השיטות יכול לספק ייצור יעיל וחסכוני של חלקים מורכבים בעלי דיוק משופר וזמני אספקה מהירים יותר.

עלות הייצור של חלקי דוגמאות גבוהה יותר בגלל הזמן הנדרש, המשאבים והעלויות הנוספות הכרוכות בייצור. עלות הייצור הגבוהה יותר מושפעת בעיקר מהגורמים הבאים:

כמות הרכיבים המיוצרת: חלקים לדוגמאות מיוצרים בכמויות קטנות יותר, מה שמוביל לעלות ליחידה גבוהה יותר.

כלי העבודה הנדרשים: ייתכן ויידרשו כלי עבודה או מתקני קיבוע מיוחדים לייצור דוגמאות.

ולידציה: בדיקות שונות והערכות להבטחת איכות עשויות לייקר את הייצור.

אכן ניתן לבצע טיפולים תרמיים בחלקים מכאניים שיוצרו בעיבוד שבבי. 

טיפולים תרמיים הם טכניקה שפותחה כדי לשפר את התכונות המכאניות לאחר השלמת העיבוד או כדי להפוך את חומר הגלם במקרים מסוימים לנוחים יותר לעיבוד במהלך תהליך הייצור. טיפולים תרמיים מאפשרים יצירת רכיבים בעלי חוזק, קשיות, משיכות ותכונות נוספות.

הבחירה ביציקה על פני עיבוד שבבי נובעת ממספר גורמים -  

• נפח הייצור: יציקת מתכת היא שיטה חסכונית יותר לייצור בנפח גבוה, בעוד שעיבוד שבבי עשוי להתאים יותר לייצור בנפח קטן עד בינוני או ליצירת אבי טיפוס (prototype). 
• מורכבות גיאומטרית: יציקות מתכת מתאימות יותר לייצור חלקים מכאניים כגון קופסאות או בתים למיניהם (Housing / Chassis) עם פרטים מרובים, עומק או מורכבות גיאומטרית כלשהי כגון מבנה מעוגל או רדיוס שבעיבוד שבבי ידרש זמן רב להסיר את חומר הגלם ולעבד לצורה הסופית ולכן גם משמעותית יקר יותר. בעיבוד שבבי ניתן להגיע לתכן מדויק בעל טולרנסים הדוקים יותר בעוד שטולרנסים של יציקה "משוחררים" יותר.
• חומר הגלם: בעוד שעיבוד שבבי מאפשר יצור עם מגוון רחב של מתכות וחומרי גלם, ביציקה יש להתחשב בגריידים (Grades) הזמינים של חומרי הגלם ותכונות היציקה של המתכת. לא כל גרייד חומר הזמין כחומר מלא לעיבוד שבבי יהיה זמין ליציקה. 
• זמן אספקה: תהליך היציקה מצריך היערכות ארוכה יותר בשל הצורך לייצור התבנית, והגדרת תהליכי הייצור המשלימים לאחר היציקה.
• תקציב: יציקה עשויה להיות חסכונית יותר בייצור סדרות בנפח גבוה. עלויות ההקמה אמנם גבוהות יותר אך בסדרות גדולות המחיר ליחידה נמוך יותר. 

ניתן בהחלט לשלב עיבוד שבבי כעיבוד משלים לרכיבי מתכת המיוצרים ביציקה. 

תהליכי יציקה מספקים רכיבים חלקים עם עיצוב מורכב אך הם עשויים לא להניב את המימדים הסופיים המדויקים או את גימור פני השטח המבוקש. במקרים אלה ניתן לשלב עיבוד שבבי CNC כדי להסיר עודפי חומר, לשפר את גימור פני השטח ולהשיג טולרנסים הדוקים יותר כדי להיטיב את המפרט הסופי.