Følg mig på: 
CNC-bearbejdning eller 3D-print til dit projekt?
For omkring et årti siden dominerede nyheder om 3D-printede skydevåben overskrifterne i produktionspressen, og 3D-print er stadig et varmt emne i dag. Med udviklingen af videnskab og teknologi er 3D-printteknologien blevet mere og mere moden, og de fremstillede plast- eller metaldele bruges inden for forskellige områder, men de har ikke fuldstændigt erstattet den traditionelle fremstillingsproces, såsom CNC-bearbejdning, vakuumstøbning, sprøjtestøbning osv. Så dette skaber forvirring for designere. Hvis jeg har en prototype eller et lille batchprojekt, hvordan vælger jeg så den mest passende behandlingsteknologi? I dette indlæg vil jeg dele nogle tekniske retningslinjer for CNC-bearbejdning og 3D-print for at hjælpe dig med at forstå, hvordan de to adskiller sig i flere dimensioner såsom nøjagtighed, materialer, omkostninger, kvalitet, effektivitet og hastighed for at bestemme dit projekt. Vælg mellem CNC-bearbejdning eller 3D- print.
1, Subtraktiv og additiv fremstilling
Den største forskel mellem de to er, at CNC-bearbejdning er subtraktiv fremstilling, mens 3D-print er additiv fremstilling.
CNC-bearbejdning. Som vi alle ved, er CNC-bearbejdning en subtraktiv fremstillingsproces , der starter med et massivt stykke materiale (ofte kaldet et råemne) og derefter bruger et værktøj til at skære og fjerne overskydende materiale for at skabe en del. Det er en af de mest populære fremstillingsmetoder til prototyper og dele i små til store produktionsvolumener, med repeterbarhed, høj dimensionel præcision, høj overfladefinish og kompatibilitet med mange materialer, herunder træ, metal og plast.
3D-printning. 3D-printning fungerer i den modsatte retning og er en additiv fremstillingsproces. Selvom CAD- og CAM-software også bruges til at tegne og skabe brugerdefinerede dele, starter det ikke med at skære materiale, men ved hjælp af plastfilament (FDM), harpiks (SLA/DLP), plast- eller metalpulver (SLS/DMLS/SLM) osv. Materiale tilføjes og hærdes lag for lag, indtil det endelige produkt er skabt. 3D-printning har evnen til at skabe komplekse geometrier, høj nøjagtighed, hurtig ekspeditionstid og i nogle tilfælde lavere delomkostninger.
Off topic . Hvis man kombinerer CNC-maskiner og 3D-printere og samler dem i en enhed, der har begge fordele, er det så en selvfølge? Udøvere, der har denne vanvittige idé, som f.eks. ZMorph 2.0 SX, der både markedsføres som en 3-akset CNC-fræsemaskine og også kan bruges som en 3D-printer. Derudover har flere virksomheder for nylig gennemført succesfulde Kickstarter-kampagner med disse kombinerede maskiner, såsom Mooz' 3-i-1 3D-printer. I øjeblikket er en sådan kompatibel maskine stadig i den udforskende fase.
2. Sammenligning af anvendte materialer.
Både CNC-bearbejdning og 3D-print er kompatible med en lang række materialer, herunder plastik og metaller. 3D-print er mere gearet til at lave plastikdele. Dette er i øjeblikket ved at ændre sig, hvor producenter som 3D Systems, Arcam, Desktop Metal og Markforged udvikler bedre og billigere måder at 3D-printe metaller på.
CNC-bearbejdning. De mest almindeligt anvendte plasttyper i CNC-bearbejdning omfatter blandt andet ABS, nylon (PA66), polycarbonat (PC), akryl (PMMA), polypropylen (PP), POM og PEEK. Aluminium er det mest anvendte materiale i CNC-bearbejdning. Ifølge Martin, ingeniør hos DDPROTOTYPE, en avanceret prototypeproducent i Kina, er "70 % af vores materiale aluminium, og de forskellige dele, vi fremstiller, bruges i forskellige industrier." Aluminium er et genanvendeligt materiale med gode egenskaber og nem forarbejdning, andre almindeligt anvendte metaller omfatter rustfrit stål, magnesiumlegeringer, zinklegeringer, titanlegeringer, kobber osv.
3D-printning. Almindeligt anvendte termoplastmaterialer til 3D-printning omfatter ABS, PLA, nylon, ULTEM og andre fotopolymerer. 3D-printere kan også printe dele til keramik og endda menneskelige implantater. De metaller, der oftest anvendes i 3D-printning, omfatter aluminium, rustfrit stål, titanium og Inconel. Det er vigtigt at bemærke, at der kræves dyre 3D-printede industrimaskiner (sandsynligvis op mod $100,000). Nogle materialer, såsom superlegeringer eller TPU (fleksible materialer), kan ikke CNC-bearbejdes, så fremstillingsprocesser som 3D-printning eller hurtigværktøjsfremstilling skal anvendes. 3D-printning kan ikke bearbejde træ, fordi intet materiale kan simulere rigtigt træ.
Sammenligning af almindeligt anvendte materialer.
Manufacturing Process | Plast | Metal |
CNC-bearbejdning | ABS, Nylon, Polycarbonat, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK osv. | Aluminium, rustfrit stål, magnesiumlegering, zinklegering, titanlegering, kobber osv. |
3D print | ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (fleksibelt materiale) osv. | Aluminium, rustfrit stål, titanium, inconel osv. |
Datakilde DDPROTOTYPE.
3. Nøjagtighed og størrelse af bearbejdede dele
Ifølge DDPROTOTYPE-teamet, baseret på betydelig erfaring, "for tolerancer er CNC-bearbejdning overlegen i forhold til alle 3D-printprocesser, selv DMLS." Hvis dine dele skal have snævre tolerancer, er 3D-print muligvis ikke det bedste valg.
CNC-bearbejdning. CNC-bearbejdning kan opnå meget snævre tolerancer og bedre overfladebehandling, såsom 0.005 mm, og kan bearbejdes nøjagtigt til meget store til meget små dele. På grund af værktøjets afrundede karakter har de indvendige hjørner altid en radius, men de udvendige overflader kan have meget skarpe kanter.
3D print. Forskellige 3D-printere tilbyder forskellig dimensionel nøjagtighed. Den mindste vægtykkelse er begrænset af størrelsen på endeudførelsen (f.eks. dysediameter i FDM eller laserpletstørrelse i SLS). Fordi dele er bygget lag for lag, kan den sidste del have laglinjer, især på buede dele. Industrielle maskiner kan fremstille dele med meget gode tolerancer. Hvis der kræves snævre tolerancer, kræves der bearbejdning under efterbehandlingen. Dette tilføjer et ekstra trin og er mindre effektivt end CNC-bearbejdning.
Tabellen nedenfor viser tolerancer, vægtykkelser og maksimale delstørrelser for forskellige teknologier
Manufacturing Process | Tolerance | Min. Lagtykkelse | Maks. bygge volumen |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | skæredybde 0.01 mm | Op til 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5 mm | Op til 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8 mm | op til 914 x 610 x 914 mm |
MJF | ± 0.3 mm | 0.08 mm | op til 380 x 284 x 380 mm |
DMLS | ± 0.1 mm | 0.4mm | Op til 230 x 150 x 150 mm |
Datakilde DDPROTOTYPE.
Som du kan se på ikonet, kan CNC-bearbejdning producere større og mere præcise dele end almindelige 3D-printteknikker, såsom FDM, SLS eller MJF osv. For dele inden for medicinsk udstyr, rumfart og andre områder, der kræver høj præcision, CNC-bearbejdning er et ideelt valg.
4. Fart
3D-printteknikker som MJF og FDM er kendt for at udmærke sig ved hurtig fremstilling ved fremstilling af mindre mængder af dele, afhængigt af delens geometri og størrelse. Dette skyldes, at når 3D-filen er klar, skal du vælge retning, fyld og understøtninger og klikke på knappen. Der kræves ingen yderligere opsætning, og det tager normalt kun flere timer, før delen er færdig. Efterbehandlingen afhænger af bearbejdningsprocessen og kravene til 2D-filen.
CNC-bearbejdning. Sammenlignet med 3D-printning er CNC-bearbejdningsprocessen arbejdskrævende og kræver flere operatører og indstillinger. Dygtige maskinarbejdere udvælger materialer, maskiner, programmering, værktøjer og deres rotationshastigheder, skærebaner, positionerer manuelt fiksturer og bygger endda brugerdefinerede fiksturer på forhånd. Dette forlænger behandlingstiden. Derudover kan efterbehandlingsteknikker som anodisering, elektroforese osv. udføres her, hvilket kan kræve mere tid.
Martin sagde: "Hvis du hos DDPROTOTYPE vælger ABS til bearbejdning af 50 stykker mellem-komplekse dele, er ekspeditionstiden med FDM-teknologi 1 arbejdsdag i gennemsnit, mens ekspeditionstiden for CNC-bearbejdning er 3 dage. Hvis du har brug for at fremstille mere end 500 dele, kommer produktionseffektiviteten af CNC-bearbejdning i spil, hvilket er meget hurtigere end 3D-print på grund af gentageligheden af CNC-bearbejdning." Mens nogle printere på markedet har imponerende printhastigheder, bruger 3D-print generelt mere til prototyping frem for produktion. For nogle enkelt-strukturerede dele kan de bearbejdes på få minutter på en CNC, men kan tage timer på en 3D-printer.
5, Modelkompleksitet
3D-printning. 3D-printning kan bearbejde dele af enhver form med meget få geometriske begrænsninger på delen. De fleste 3D-teknologier såsom FDM eller SLM/DMLS kræver støttestrukturer, der kan fjernes under efterbehandling. Enhver friformet plastdel kan nemt fremstilles ved hjælp af pulverfusionsprocesser såsom SLS eller Multi Jet Fusion (MJF), og der kræves ingen understøtninger. 3D-printningens evne til at fremstille meget komplekse geometrier.
CNC-bearbejdning. CNC kan selvfølgelig også bearbejde ret komplekse dele. For at fremstille komplekse dele er det ofte nødvendigt at vende og fiksere positionen under bearbejdningsprocessen, fordi selv med 5-aksede CNC-maskiner kan værktøjet nogle gange ikke nå alle overflader af komponenten.
6. Koste
Hvis man blot diskuterer prisen, ser forskellen mellem CNC-fræsning og 3D-print ikke ud til at føre til en præcis konklusion. Dette varierer med forskellige faktorer, såsom materiale, mængde, bearbejdningsbesvær osv.
Uanset at lave 1 del eller 100 dele, forbliver prisen på en enkelt del lavet ved 3D-print stort set den samme og er normalt lavere end CNC-bearbejdning. For større mængder af dele, såsom 100+, er CNC-bearbejdning mere økonomisk. Ifølge Martin er en af vores mest almindelige misforståelser, at CNC-bearbejdning er dyre. Faktisk kan CNC-prototyper starte så lavt som omkring $20 pr. del, hvor enhedspriserne falder dramatisk, efterhånden som flere mængder fremstilles.
7. Miljøbeskyttelse
CNC-bearbejdning starter med et råemne og bruger forskellige værktøjer til at fjerne overskydende materiale. Som følge heraf efterlades store mængder fint støv og små stykker materiale, som ikke kan genvindes, hvilket kræver rengøring og bortskaffelse. I 3D-printprocessen tilføres der derimod råmaterialer til printeren for at bygge delen lag for lag. Denne proces kræver kun brug af råmaterialer, ingen rod eller spild, så det er en mere miljøvenlig fremstillingsproces.
8. Casestudier
Vi studerer forskellen mellem CNC-bearbejdning og 3D-print gennem to eksempler, som ser ud til at være mere intuitive og forståelige. Det er 2 projekter, som DDPROTOTYPE har påtaget sig i 2021. Vi tager plastskalbearbejdning og metalbeslagbearbejdning som eksempler.
Prototype af plastikhus. Fremstilling af plastikskal til elektronik er et kritisk trin før masseproduktion. Hurtig fremstilling, lave omkostninger og forkortet udviklingstid er kundens krav. Der er tryklåse, levende hængsler, sammenlåsende samlinger og andre fastgørelseselementer i det elektroniske hus osv. Disse funktioner kan alle opnås ved CNC-bearbejdning eller 3D-printning (FDM eller SLS). Højpræcisions- og æstetisk tiltalende plastprototyper kan fremstilles med enten CNC eller SLS, men FDM i desktop-kvalitet har kortere behandlingstider og lavere omkostninger. DDPROTOTYPE opsummerer sammenligningen af hver proces, som vist i tabellen.
CNC bearbejdning | Desktop FDM | SLS | |
Pris | $$ | $ | $$ |
Almindeligt brugt materiale | ABS, nylon | PLA, ABS, Nylon | nylon |
Levering | 5 dage | 1.5 dage | 2Days |
Nøjagtighed | ± 0.121mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Lavpris boligprototype lavet med FDM 3D Printing
Metalprototype af impeller. Metalimpeller kan fungere under høje belastninger og temperaturer og skal passe ind i præcisionsaksler. Kunden kræver, at impellerens dimensioner er mere præcise, og at materialekvaliteten er bedre.
CNC-bearbejdning | SLM/DMLS | Bindemiddelstråling | |
Pris | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Fælles materialer | Aluminium, rustfrit stål, messing | Rustfrit stål, aluminium, titanium, inconel koboltkrom | Rustfrit stål, Inconel Cobalt Chromium, Wolfram, Carbide |
Nøjagtighed | ± 0.022 mm | ± 0.108 mm | ± 0.214 mm |
Mekanisk opførsel | meget god | meget god | god |
9. Hurtig oversigt
Der er intet klart svar, ingen teknologi, der er bevæbnet med alle fordele, og både CNC-bearbejdning og 3D-print har sine unikke fordele og ulemper, som vil afhænge af faktorer som materiale, leveringstid, geometrisk kompleksitet, præcision, mængde og budget . DDPROTOTYPE har omhyggeligt opsummeret et sammenligningsskema til din reference.
CNC bearbejdning | 3D print | |
Mekaniske egenskaber | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Prototyping | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Pris | Billigere til mellemstore serier | Billigere for små serier |
Turnaround tid | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Polymer valg | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Design kompleksitet | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Dimensionsnøjagtighed | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Detaljer og opløsning | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Stor delstørrelse | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Godt-⭐ Bedre-⭐⭐ Bedst-⭐⭐⭐ | ||
10. Tips til at vælge den rigtige fremstillingsmetode
Inden du vælger den rigtige fremstillingsproces, skal du læse tipsene, før du træffer den endelige beslutning.
Hvordan påvirker mængden valget af fremstillingsmetode? At vælge 3D-print er værd at overveje, når du har brug for små partier af dele (mindre end 50 styk). Når mængden når op på 100 til 1000 stykker, ville CNC-bearbejdning være bedre.
Er delene, der fremstilles komplekse? For små mængder, men meget komplekse brugerdefinerede dele, er 3D-print ofte billigere og hurtigere. CNC-bearbejdning kræver flere operatører og opsætning og koster generelt mere end 3D-print.
Hvilke materialer er nødvendige? Da CNC-bearbejdning er en mere moden teknologi, er der et bredere udvalg af kompatible materialer. Men for metal-superlegeringsmaterialer, der er meget vanskelige at bearbejde, såsom titanium eller fleksibel TPU, er det mere klogt at vælge 3D-print.
