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CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck für Ihr Projekt?
Vor etwa einem Jahrzehnt dominierten Nachrichten über 3D-gedruckte Schusswaffen die Schlagzeilen in der Herstellerpresse, und 3D-Druck ist auch heute noch ein heißes Thema. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie ist die Technologie des 3D-Drucks immer ausgereifter geworden, und die hergestellten Kunststoff- oder Metallteile werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, haben jedoch die traditionellen Herstellungsverfahren wie CNC-Bearbeitung und Vakuum nicht vollständig ersetzt Gießen, Spritzgießen usw. Das schafft Verwirrung bei Designern. Wenn ich einen Prototyp oder ein Kleinserienprojekt habe, wie wähle ich die am besten geeignete Verarbeitungstechnologie aus? In diesem Beitrag werde ich einige technische Richtlinien weitergeben CNC-Bearbeitung und 3D-Druck, damit Sie verstehen, wie sich die beiden in mehreren Dimensionen wie Genauigkeit, Materialien, Kosten, Qualität, Effizienz und Geschwindigkeit unterscheiden, um Ihr Projekt zu bestimmen. Wählen Sie zwischen CNC-Bearbeitung oder 3D Druck.
1，Subtraktive und additive Fertigung
Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, dass die CNC-Bearbeitung eine subtraktive Fertigung ist, während der 3D-Druck eine additive Fertigung ist.
CNC-Bearbeitung. Wie wir alle wissen, ist die CNC-Bearbeitung subtraktiv Herstellung Prozess, der mit einem festen Materialstück (oft als Rohling bezeichnet) beginnt und dann ein Werkzeug verwendet, um überschüssiges Material zu schneiden und zu entfernen, um ein Teil zu erstellen. Es ist eines der beliebtesten Herstellungsverfahren für Prototypen und Klein- bis Großserienteile mit Wiederholbarkeit, hoher Maßgenauigkeit, hoher Oberflächengüte und Kompatibilität mit vielen Materialien, einschließlich Holz, Metall und Kunststoff.
3D-Druck.Der 3D-Druck funktioniert in die entgegengesetzte Richtung und ist ein additives Fertigungsverfahren. Obwohl CAD- und CAM-Software auch zum Zeichnen und Erstellen von benutzerdefinierten Teilen verwendet wird, beginnt sie nicht mit dem Schneiden von Material, sondern mit Kunststofffilamenten (FDM), Harz (SLA/DLP), Kunststoff- oder Metallpulver (SLS/DMLS/SLM). usw. Material wird Schicht für Schicht hinzugefügt und ausgehärtet, bis das Endprodukt entsteht. Der 3D-Druck bietet die Fähigkeit, komplexe Geometrien, hohe Genauigkeit, schnelle Bearbeitungszeiten und in einigen Fällen niedrigere Teilekosten zu erstellen.
off topic. Wenn Sie CNC-Maschinen und 3D-Drucker kombinieren und zu einem Gerät zusammenbauen, das beide Vorteile hat, ist das ein Kinderspiel? Praktiker, die diese verrückte Idee haben, mögen den ZMorph 2.0 SX, der sowohl als 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine vermarktet wird als auch als 3D-Drucker verwendet werden kann. Darüber hinaus haben mehrere Unternehmen kürzlich erfolgreiche Kickstarter-Kampagnen mit diesen kombinierten Maschinen durchgeführt, wie z. B. dem 3-in-1-3D-Drucker von Mooz. Derzeit befindet sich eine solche kompatible Maschine noch in der Sondierungsphase.
2. Vergleich der verwendeten Materialien.
Sowohl die CNC-Bearbeitung als auch der 3D-Druck sind mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel, einschließlich Kunststoffen und Metallen. Der 3D-Druck ist eher auf die Herstellung von Kunststoffteilen ausgerichtet. Dies ändert sich derzeit, da Hersteller wie 3D Systems, Arcam, Desktop Metal und Markforged bessere und kostengünstigere Möglichkeiten für den 3D-Druck von Metallen entwickeln.
CNC-Bearbeitung.Zu den am häufigsten verwendeten Kunststoffen in der CNC-Bearbeitung gehören unter anderem ABS, Nylon (PA66), Polycarbonat (PC), Acryl (PMMA), Polypropylen (PP), POM und PEEK. Aluminium wird am häufigsten in der CNC-Bearbeitung verwendet. Laut Martin, einem Ingenieur bei DDPROTOTYPE, einem fortschrittlichen Prototypenhersteller in China, „sind 70 % unseres Materials Aluminium, und die verschiedenen Teile, die wir herstellen, werden in verschiedenen Branchen eingesetzt.“ Aluminium ist ein recycelbares Material mit guten Eigenschaften und einfacher Verarbeitung, andere häufig verwendete Metalle sind Edelstahl, Magnesiumlegierungen, Zinklegierungen, Titanlegierungen, Kupfer usw.
3D-Druck.Häufig verwendete Thermoplaste für den 3D-Druck sind ABS, PLA, Nylon, ULTEM und andere Photopolymere. 3D-Drucker können auch Teile für Keramik und sogar menschliche Implantate drucken. Die im 3D-Druck am häufigsten verwendeten Metalle sind Aluminium, Edelstahl, Titan und Inconel. Es ist wichtig zu beachten, dass teure 3D-gedruckte Industriemaschinen (wahrscheinlich über 100,000 US-Dollar) erforderlich sind. Einige Materialien wie Superlegierungen oder TPU (flexible Materialien) können nicht CNC-bearbeitet werden, sodass Fertigungsverfahren wie 3D-Druck oder Rapid Tooling verwendet werden müssen. 3D-Druck kann kein Holz verarbeiten, da kein Material echtes Holz simulieren kann.
Vergleich häufig verwendeter Materialien.
Herstellungsprozess | Kunststoff | Metal |
CNC-Bearbeitung | ABS, Nylon, Polycarbonat, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK usw. | Aluminium, Edelstahl, Magnesiumlegierung, Zinklegierung, Titanlegierung, Kupfer usw. |
3d Drucken | ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (flexibles Material) usw. | Aluminium, Edelstahl, Titan, Inconel usw. |
Datenquelle DDPROTOTYPE.
3. Genauigkeit und Größe der bearbeiteten Teile
Laut dem DDPROTOTYPE-Team, basierend auf umfangreicher Erfahrung, „ist die CNC-Bearbeitung allen 3D-Druckverfahren, sogar DMLS, in Bezug auf Toleranzen überlegen.“ Wenn Ihre Teile enge Toleranzen aufweisen müssen, ist der 3D-Druck möglicherweise nicht die beste Wahl.
CNC-Bearbeitung. Die CNC-Bearbeitung kann sehr enge Toleranzen und eine bessere Oberflächenveredelung erreichen, z. B. 0.005 mm, und kann für sehr große bis sehr kleine Teile genau bearbeitet werden. Aufgrund der abgerundeten Natur des Werkzeugs haben die Innenecken immer einen Radius, aber die Außenflächen können sehr scharfe Kanten haben.
3d Drucken. Unterschiedliche 3D-Drucker bieten unterschiedliche Maßhaltigkeit. Die Mindestwandstärke wird durch die Größe der Endausführung (z. B. Düsendurchmesser bei FDM oder Laserpunktgröße bei SLS) begrenzt. Da Teile Schicht für Schicht aufgebaut werden, kann das endgültige Teil Schichtlinien aufweisen, insbesondere bei gekrümmten Teilen. Maschinen in Industriequalität können Teile mit sehr guten Toleranzen herstellen. Wenn enge Toleranzen erforderlich sind, ist eine spanende Bearbeitung während der Nachbearbeitung erforderlich. Dies fügt einen zusätzlichen Schritt hinzu und ist weniger effizient als die CNC-Bearbeitung.
Die folgende Tabelle listet Toleranzen, Wandstärken und maximale Teilegrößen für verschiedene Technologien auf
Herstellungsprozess | Toleranz | Mindest. Schichtdicke | max. Volumen aufbauen |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | Schnitttiefe 0.01 mm | Bis zu 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5 mm | Bis zu 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8 mm | bis zu 914 x 610 x 914 mm |
MJF | ± 0.3 mm | 0.08mm | bis zu 380 x 284 x 380 mm |
Dmls | ± 0.1 mm | 0.4 mm | Bis zu 230 x 150 x 150 mm |
Datenquelle DDPROTOTYPE.
Wie Sie dem Symbol entnehmen können, kann die CNC-Bearbeitung größere und präzisere Teile herstellen als herkömmliche 3D-Drucktechniken wie FDM, SLS oder MJF usw. Für Teile in medizinischen Geräten, der Luft- und Raumfahrt und anderen Bereichen, die eine hochpräzise CNC-Bearbeitung erfordern ist eine ideale Wahl.
4. Schnelligkeit
3D Druck Techniken wie MJF und FDM sind dafür bekannt, dass sie sich bei der Herstellung kleinerer Mengen von Teilen je nach Teilegeometrie und -größe durch schnelle Fertigung auszeichnen. Denn sobald die 3D-Datei fertig ist, Ausrichtung, Füllung und Stützen ausgewählt und auf die Schaltfläche geklickt wird, ist keine weitere Einrichtung erforderlich, und es dauert normalerweise nur einige Stunden, bis das Teil fertig ist. Die Nachbearbeitung hängt vom Bearbeitungsprozess und den Anforderungen an die 2D-Datei ab.
CNC-Bearbeitung. Im Vergleich zum 3D-Druck ist der Prozess der CNC-Bearbeitung arbeitsintensiv und erfordert mehr Bediener und Einstellungen. Erfahrene Maschinisten wählen Materialien, Maschinen, Programmierung, Werkzeuge und deren Rotationsgeschwindigkeiten, Schneidpfade aus, positionieren Vorrichtungen manuell und bauen sogar im Voraus kundenspezifische Vorrichtungen. Dadurch verlängert sich die Bearbeitungszeit. Darüber hinaus können hier Nachbearbeitungstechniken wie Eloxieren, Elektrophorese usw. abgeschlossen werden, die möglicherweise mehr Zeit in Anspruch nehmen.
Martin sagte: „Wenn Sie bei DDPROTOTYPE ABS für die Bearbeitung von 50 Stück mittelkomplexer Teile wählen, beträgt die Bearbeitungszeit mit der FDM-Technologie durchschnittlich 1 Arbeitstag, während die Bearbeitungszeit für die CNC-Bearbeitung 3 Tage beträgt. Wenn Sie mehr als 500 Teile herstellen müssen, kommt die Fertigungseffizienz der CNC-Bearbeitung ins Spiel, die aufgrund der Wiederholbarkeit der CNC-Bearbeitung viel schneller ist als der 3D-Druck.“ Während einige Drucker auf dem Markt beeindruckende Druckgeschwindigkeiten haben, wird beim 3D-Druck im Allgemeinen mehr für das Prototyping als für die Produktion verwendet. Einige einfach strukturierte Teile können auf einer CNC in Minuten bearbeitet werden, auf einem 3D-Drucker jedoch Stunden dauern.
5，Modellkomplexität
3D-Druck. Der 3D-Druck kann Teile jeder Form mit sehr wenigen geometrischen Einschränkungen für das Teil verarbeiten. Die meisten 3D-Technologien wie FDM oder SLM/DMLS erfordern Stützstrukturen, die während der Nachbearbeitung entfernt werden können. Jedes Freiform-Kunststoffteil kann einfach mit Pulverschmelzverfahren wie SLS oder Multi Jet Fusion (MJF) hergestellt werden, und es sind keine Stützen erforderlich. Die Fähigkeit des 3D-Drucks, hochkomplexe Geometrien herzustellen.
CNC-Bearbeitung. Natürlich kann CNC auch ziemlich komplexe Teile bearbeiten. Um komplexe Teile herzustellen, ist es oft notwendig, die Position während des Bearbeitungsprozesses neu zu wenden und zu fixieren, denn selbst bei 5-Achs-CNC-Maschinen kann das Werkzeug manchmal nicht alle Oberflächen des Bauteils erreichen.
6. Kosten
Nur über den Preis zu diskutieren, der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und 3D-Druck scheint nicht zu einem genauen Schluss zu führen. Dies variiert mit verschiedenen Faktoren, wie Material, Menge, Verarbeitungsschwierigkeiten usw.
Unabhängig davon, ob Sie 1 Teil oder 100 Teile herstellen, die Kosten für ein einzelnes Teil, das durch 3D-Druck hergestellt wird, bleiben im Wesentlichen gleich und sind normalerweise niedriger als bei der CNC-Bearbeitung. Bei größeren Teilemengen, z. B. 100+, ist die CNC-Bearbeitung wirtschaftlicher. Laut Martin ist eines unserer häufigsten Missverständnisse, dass CNC-Bearbeitungsdienste teuer sind. Tatsächlich kann das CNC-Prototyping bereits bei etwa 20 US-Dollar pro Teil beginnen, wobei die Stückpreise dramatisch sinken, wenn mehr Stückzahlen hergestellt werden.
7. Umweltschutz
Die CNC-Bearbeitung beginnt mit einem Rohling und verwendet verschiedene Werkzeuge, um überschüssiges Material zu entfernen. Dadurch bleiben große Mengen an Feinstaub und kleinen Materialstückchen zurück, die nicht wiedergewonnen werden können und gereinigt und entsorgt werden müssen. Beim 3D-Druckverfahren hingegen werden dem Drucker Rohstoffe zugeführt, um das Teil Schicht für Schicht aufzubauen. Dieses Verfahren erfordert nur die Verwendung von Rohstoffen, kein Durcheinander oder Abfall, daher ist es ein umweltfreundlicheres Herstellungsverfahren.
8. Fallstudien
Wir untersuchen den Unterschied zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck anhand von zwei Beispielen, die intuitiver und verständlicher erscheinen. Dies sind 2 Projekte, die DDPROTOTYPE im Jahr 2021 durchgeführt hat. Wir nehmen die Verarbeitung von Kunststoffschalen und die Verarbeitung von Metallhalterungen als Beispiele.
Prototyp eines Kunststoffgehäuses. Die Herstellung von Kunststoffgehäusen für die Elektronik ist ein entscheidender Schritt vor der Massenproduktion. Schnelle Herstellung, niedrige Kosten und verkürzte Entwicklungszeit sind die Anforderungen der Kunden. Es gibt Schnappverschlüsse, bewegliche Scharniere, Verriegelungsverbindungen und andere Befestigungselemente im Elektronikgehäuse usw. Diese Funktionen können alle durch CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck (FDM oder SLS) erreicht werden. Hochpräzise und ästhetisch ansprechende Kunststoffprototypen können entweder mit CNC oder SLS hergestellt werden, aber Desktop-FDM hat kürzere Bearbeitungszeiten und niedrigere Kosten. DDPROTOTYPE fasst den Vergleich jedes Prozesses zusammen, wie in der Tabelle gezeigt.
CNC-Bearbeitung | Desktop-FDM | SLS | |
Cost | $$ | $ | $$ |
Häufig verwendetes Material | ABS, Nylon | PLA, ABS, Nylon | Nylon |
LIEFERUNG | 5 Tage | 1.5 Tage | 2Days |
Genauigkeit | ± 0.121mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Kostengünstiger Gehäuseprototyp, hergestellt mit FDM 3D-Druck
Metallprototyp des Laufrads.Laufräder aus Metall können unter hohen Belastungen und Temperaturen betrieben werden und müssen in Präzisionswellen passen. Der Kunde fordert eine genauere Dimensionierung des Laufrades und eine bessere Materialqualität.
CNC-Bearbeitung | SLM/DMLS | Binderdüsen | |
Kosten | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Gemeinsame Materialien | Aluminium, Edelstahl, Messing | Edelstahl, Aluminium, Titan, Inconel-Kobalt-Chrom | Edelstahl, Inconel-Kobalt-Chrom, Wolfram, Hartmetall |
Genauigkeit | ± 0.022 mm | ± 0.108 mm | ± 0.214 mm |
Mechanisches Verhalten | Sehr gut | Sehr gut | Gutes |
9. Kurze Zusammenfassung
Es gibt keine klare Antwort, keine Technologie, die mit allen Vorteilen ausgestattet ist, und sowohl die CNC-Bearbeitung als auch der 3D-Druck haben ihre einzigartigen Vor- und Nachteile, die von Faktoren wie Material, Vorlaufzeit, geometrischer Komplexität, Präzision, Menge und Budget abhängen . DDPROTOTYPE hat sorgfältig eine Vergleichstabelle als Referenz zusammengefasst.
CNC-Bearbeitung | 3d Drucken | |
Mechanische Eigenschaften | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Prototyping | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Kosten | Günstiger für mittlere bis große Serien | Günstiger für Kleinserien |
Seitenwechsel | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Polymerauswahl | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Komplexität des Designs | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Maßhaltigkeit | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Einzelheiten und Auflösung | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Große Teilegröße | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Gut-⭐ Besser-⭐⭐ Am besten-⭐⭐⭐ | ||
10. Tipps zur Wahl des richtigen Herstellungsverfahrens
Bevor Sie sich für das richtige Herstellungsverfahren entscheiden, lesen Sie bitte die Tipps, bevor Sie die endgültige Entscheidung treffen.
Wie wirkt sich die Menge auf die Wahl des Herstellungsverfahrens aus? Die Wahl des 3D-Drucks ist eine Überlegung wert, wenn Sie kleine Chargen von Teilen (weniger als 50 Stück) benötigen. Wenn die Menge 100 bis 1000 Stück erreicht, wäre die CNC-Bearbeitung besser.
Sind die hergestellten Teile komplex? Für kleine Mengen, aber hochkomplexe kundenspezifische Teile ist der 3D-Druck oft billiger und schneller. Die CNC-Bearbeitung erfordert mehr Bediener und Einrichtung und kostet im Allgemeinen mehr als der 3D-Druck.
Welche Materialien werden benötigt? Da die CNC-Bearbeitung eine ausgereiftere Technologie ist, gibt es eine größere Auswahl an kompatiblen Materialien. Aber für sehr schwer zu verarbeitende metallische Superlegierungsmaterialien wie Titan oder flexibles TPU ist es klüger, sich für den 3D-Druck zu entscheiden.