Kövess engem: 
CNC megmunkálás vagy 3D nyomtatás projektjéhez?
Körülbelül egy évtizeddel ezelőtt a 3D nyomtatott lőfegyverekről szóló hírek uralták a gyártási sajtó főcímeit, és a 3D nyomtatás még ma is forró téma. A tudomány és a technológia fejlődésével a 3D nyomtatás technológiája egyre kiforrottabbá vált, és a legyártott műanyag vagy fém alkatrészeket különféle területeken használják fel, de nem váltották fel teljesen a hagyományos gyártási eljárást, mint például a CNC megmunkálás, vákuum. öntés, fröccsöntés stb. Ez zavart okoz a tervezőkben. Ha van prototípusom vagy kisebb tételes projektem, hogyan válasszam ki a legmegfelelőbb feldolgozási technológiát? Ebben a bejegyzésben megosztok néhány technikai irányelvet CNC megmunkálás és a 3D nyomtatás segít megérteni, hogy a kettő miben különbözik több dimenzióban, például pontosságban, anyagokban, költségekben, minőségben, hatékonyságban és sebességben a projekt meghatározásához Válasszon a CNC megmunkálás vagy a 3D nyomtatás.
1，Kivonó és additív gyártás
A fő különbség a kettő között az, hogy a CNC megmunkálás szubtraktív gyártás, míg a 3D nyomtatás additív gyártás.
CNC megmunkálás. Mint mindannyian tudjuk, a CNC megmunkálás kivonó gyártási folyamat, amely egy szilárd anyagdarabbal kezdődik (gyakran üresnek is nevezik), majd egy szerszám segítségével vágja le és távolítsa el a felesleges anyagot egy alkatrész létrehozásához. Ez az egyik legnépszerűbb gyártási módszer a prototípusok és a kis és nagy volumenű gyártási alkatrészek gyártásához, megismételhetősége, nagy méretpontossága, magas felületi minősége és kompatibilitása számos anyaggal, köztük fával, fémmel és műanyaggal.
3D nyomtatás.A 3D nyomtatás az ellenkező irányban működik, és egy additív gyártási folyamat. Bár CAD és CAM szoftvereket is használnak egyedi alkatrészek rajzolására és készítésére, ez nem az anyag vágásával kezdődik, hanem műanyag filament (FDM), gyanta (SLA/DLP), műanyag vagy fémpor (SLS/DMLS/SLM) felhasználásával, stb. Az anyagot rétegről rétegre adják hozzá és keményítik a végtermék létrejöttéig. A 3D nyomtatás képes összetett geometriák létrehozására, nagy pontossággal, gyors átfutási idővel és bizonyos esetekben alacsonyabb alkatrészköltséggel.
Off topic. Ha kombinálja a CNC gépeket és a 3D nyomtatókat, és összeállítja őket egy olyan eszközzé, amely mindkét előnnyel rendelkezik, akkor az nem gond? Azok a szakemberek, akiknek megvan ez az őrült ötlet, például a ZMorph 2.0 SX, amelyet 3 tengelyes CNC marógépként forgalmaznak, és 3D nyomtatóként is használható. Ezenkívül számos vállalat a közelmúltban sikeres Kickstarter kampányokat hajtott végre ezekkel a kombinált gépekkel, például a Mooz 3 az 1-ben 3D nyomtatójával. Jelenleg egy ilyen kompatibilis gép még csak a kutatási szakaszban van.
2. A felhasznált anyagok összehasonlítása.
Mind a CNC-megmunkálás, mind a 3D nyomtatás sokféle anyaggal kompatibilis, beleértve a műanyagokat és fémeket is. A 3D nyomtatás inkább műanyag alkatrészek készítésére irányul. Ez jelenleg változik, és olyan gyártók, mint a 3D Systems, az Arcam, a Desktop Metal és a Markforged jobb és olcsóbb módszereket fejlesztenek ki a fémek 3D nyomtatására.
CNC megmunkálás.A CNC megmunkálásban leggyakrabban használt műanyagok közé tartozik többek között az ABS, a nylon (PA66), a polikarbonát (PC), az akril (PMMA), a polipropilén (PP), a POM és a PEEK. Az alumínium a legszélesebb körben használt CNC megmunkálás. Martin, a DDPROTOTYPE, egy fejlett kínai prototípusgyártó mérnöke szerint „anyagunk 70%-a alumínium, és az általunk készített különféle alkatrészeket különféle iparágakban használják fel.” Az alumínium jó tulajdonságokkal és könnyen feldolgozható újrahasznosítható anyag, egyéb gyakran használt fémek közé tartozik a rozsdamentes acél, magnéziumötvözetek, cinkötvözetek, titánötvözetek, réz stb.
3D nyomtatás.A 3D nyomtatáshoz általánosan használt hőre lágyuló műanyagok közé tartozik az ABS, a PLA, a nylon, az ULTEM és más fotopolimerek. A 3D nyomtatók a kerámia alkatrészeket, sőt az emberi implantátumokat is nyomtathatják. A 3D nyomtatásban leggyakrabban használt fémek közé tartozik az alumínium, a rozsdamentes acél, a titán és az Inconel. Fontos megjegyezni, hogy drága 3D nyomtatott ipari gépekre van szükség (valószínűleg 100,000 3 dollár felett). Egyes anyagok, mint például a szuperötvözetek vagy a TPU (flexibilis anyagok) nem megmunkálhatók CNC-vel, ezért olyan gyártási folyamatokat kell alkalmazni, mint a 3D nyomtatás vagy a gyors szerszámozás. A XNUMXD nyomtatás nem képes feldolgozni a fát, mert egyetlen anyag sem képes valódi fát szimulálni.
Az általánosan használt anyagok összehasonlítása.
Gyártási folyamat | Műanyag | Fém |
CNC megmunkálás | ABS, nylon, polikarbonát, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK stb. | Alumínium, rozsdamentes acél, magnéziumötvözet, cinkötvözet, titánötvözet, réz stb. |
3D nyomtatás | ABS, PLA, nejlon, ULTEM, ASA, TPU (rugalmas anyag) stb. | Alumínium, rozsdamentes acél, titán, Inconel stb. |
Adatforrás DDPROTOTYPE.
3. A megmunkált alkatrészek pontossága és mérete
A DDPROTOTYPE csapata jelentős tapasztalatokra alapozva szerint „a tűréshatárok tekintetében a CNC megmunkálás minden 3D nyomtatási folyamatnál jobb, még a DMLS-nél is.” Ha az alkatrészeknek szűk tűrésekre van szükségük, előfordulhat, hogy a 3D nyomtatás nem a legjobb választás.
CNC megmunkálás. A CNC megmunkálás nagyon szűk tűréseket és jobb felületkezelést érhet el, például 0.005 mm-es, és pontosan megmunkálható nagyon nagy és nagyon kicsi alkatrészekhez. A szerszám lekerekített jellegéből adódóan a belső sarkoknak mindig van egy sugara, de a külső felületeken nagyon élesek lehetnek.
3D nyomtatás. A különböző 3D nyomtatók eltérő méretpontosságot kínálnak. A minimális falvastagságot a végkivitel mérete korlátozza (pl. fúvóka átmérője FDM-ben vagy lézerpontméret SLS-ben). Mivel az alkatrészek rétegről rétegre épülnek fel, a végső részen lehetnek rétegvonalak, különösen az íves részeken. Az ipari minőségű gépek nagyon jó tűrőképességű alkatrészeket tudnak készíteni. Ha szűk tűrésekre van szükség, akkor az utófeldolgozás során megmunkálás szükséges. Ez plusz lépést ad, és kevésbé hatékony, mint a CNC megmunkálás.
Az alábbi táblázat felsorolja a tűréseket, a falvastagságot és a maximális alkatrészméreteket a különböző technológiákhoz
Gyártási folyamat | Tolerancia | Min. Rétegvastagság | Max. építési mennyiség |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | vágási mélység 0.01 mm | Legfeljebb 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5 mm | Legfeljebb 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8 mm | 914 x 610 x 914 mm-ig |
MJF | ± 0.3 mm | 0.08 mm | 380 x 284 x 380 mm-ig |
DMLS | ± 0.1 mm | 0.4mm | Legfeljebb 230 x 150 x 150 mm |
Adatforrás DDPROTOTYPE.
Amint az ikonról is látható, a CNC megmunkálás nagyobb és precízebb alkatrészeket tud előállítani, mint a közönséges 3D nyomtatási technikák, mint például az FDM, SLS vagy MJF stb. Orvosi berendezések, űrrepülés és egyéb nagy pontosságot igénylő alkatrészekhez CNC megmunkálás ideális választás.
4. Sebesség
3D nyomtatás Az olyan technikákról, mint az MJF és az FDM, ismertek a gyors gyártásban, amikor kisebb mennyiségű alkatrészt gyártanak, az alkatrész geometriától és méretétől függően. Ennek az az oka, hogy amint a 3D fájl elkészült, a tájolást, a kitöltést és a támogatásokat, valamint a gombra kattintást követően nincs szükség további beállításra, és általában csak néhány órába telik, amíg az alkatrész elkészül. Az utófeldolgozás a megmunkálási folyamattól és a 2D fájl követelményeitől függ.
CNC megmunkálás. A 3D nyomtatáshoz képest a CNC megmunkálás folyamata munkaigényes, több kezelőt és beállítást igényel. Szakképzett gépészek kiválasztják az anyagokat, a gépeket, a programozást, a szerszámokat és azok forgási sebességét, a vágási útvonalakat, manuálisan pozícionálják a rögzítőket, és még előre elkészítik az egyedi készülékeket. Ez meghosszabbítja a feldolgozási időt. Ezen kívül itt befejezhetők az olyan utófeldolgozási technikák, mint az eloxálás, elektroforézis stb., amelyek több időt igényelhetnek.
Martin elmondta: „A DDPROTOTYPE-nál, ha az ABS-t választja 50 darab közepesen összetett alkatrész megmunkálásához, az átfutási idő FDM technológiával átlagosan 1 munkanap, míg a CNC megmunkálásnál az átfutási idő 3 nap. Ha több mint 500 darab alkatrészt kell gyártania, akkor a CNC megmunkálás gyártási hatékonysága jön szóba, ami a CNC megmunkálás ismételhetősége miatt sokkal gyorsabb, mint a 3D nyomtatás.” Míg egyes piacon kapható nyomtatók lenyűgöző nyomtatási sebességgel rendelkeznek, a 3D nyomtatás általában többet használ prototípuskészítésre, mint gyártásra. Egyes egyszerű szerkezetű alkatrészeknél percek alatt megmunkálhatók CNC-n, de 3D nyomtatón órákig is eltarthatnak.
5. A modell összetettsége
3D nyomtatás. A 3D nyomtatás bármilyen alakú alkatrészt képes feldolgozni, nagyon kevés geometriai megkötéssel. A legtöbb 3D technológia, például az FDM vagy az SLM/DMLS olyan támasztószerkezeteket igényel, amelyek az utófeldolgozás során eltávolíthatók. Bármely szabad formájú műanyag alkatrész könnyen előállítható porolvasztási eljárásokkal, mint például az SLS vagy a Multi Jet Fusion (MJF), és nincs szükség támasztékokra. A 3D nyomtatás képessége rendkívül összetett geometriák előállítására.
CNC megmunkálás. Természetesen a CNC képes meglehetősen bonyolult alkatrészek megmunkálására is. Az összetett alkatrészek elkészítéséhez gyakran szükséges a megmunkálási folyamat során átfordítani és a pozíciót rögzíteni, mert az 5 tengelyes CNC gépeknél is előfordul, hogy a szerszám nem éri el az alkatrész minden felületét.
6. Költség
Ha egyszerűen az árat tárgyaljuk, úgy tűnik, hogy a CNC marás és a 3D nyomtatás közötti különbség nem vezet pontos következtetéshez. Ez különböző tényezőktől függ, mint például az anyag, a mennyiség, a feldolgozás nehézsége stb.
Mindegy, hogy 1 alkatrészt vagy 100 alkatrészt készítünk, a 3D nyomtatással készült egyetlen alkatrész költsége alapvetően ugyanaz marad, és általában alacsonyabb, mint a CNC megmunkálásé. Nagyobb mennyiségű alkatrésznél, mint például 100+, a CNC megmunkálás gazdaságosabb. Martin szerint az egyik leggyakoribb tévhitünk az, hogy a CNC megmunkálási szolgáltatások drágák. Valójában a CNC prototípusgyártás alkatrészenként körülbelül 20 USD-tól indulhat, az egységárak pedig drámai mértékben csökkennek, ahogy egyre több mennyiséget gyártanak.
7. Környezetvédelem
A CNC megmunkálás egy nyersdarabbal kezdődik, és különböző szerszámokat használ a felesleges anyag eltávolítására. Ennek eredményeként nagy mennyiségű finom por és apró anyagdarabok maradnak vissza, amelyeket nem lehet visszanyerni, és tisztítást és ártalmatlanítást igényelnek. A 3D nyomtatási folyamatban viszont a nyersanyagokat betáplálják a nyomtatóba, hogy rétegről rétegre építsék fel az alkatrészt. Ez az eljárás csak nyersanyag felhasználást igényel, nem kell rendetlenséget vagy hulladékot okozni, így környezetbarátabb gyártási folyamat.
8. Esettanulmányok
Két példán keresztül tanulmányozzuk a CNC megmunkálás és a 3D nyomtatás közötti különbséget, amelyek intuitívabbnak és érthetőbbnek tűnnek. Ez két projekt, amelyet a DDPROTOTYPE 2-ben vállalt el. Példaként a műanyag héj megmunkálását és a fém konzolok feldolgozását vesszük.
Műanyag ház prototípusa. Az elektronikai műanyag héj gyártása kritikus lépés a tömeggyártás előtt. A gyors gyártás, az alacsony költség és a rövidebb fejlesztési idő az ügyfél elvárása. Az elektronikai házban találhatók pattintók, éles zsanérok, reteszelő illesztések és egyéb rögzítőelemek stb. Ezek a funkciók mind CNC megmunkálással vagy 3D nyomtatással (FDM vagy SLS) érhetők el. Nagy pontosságú és esztétikus műanyag prototípusok készíthetők CNC-vel vagy SLS-sel is, de az asztali minőségű FDM-nek rövidebb a feldolgozási ideje és alacsonyabbak a költségek. A DDPROTOTYPE összefoglalja az egyes folyamatok összehasonlítását a táblázat szerint.
CNC megmunkálás | Asztali FDM | SLS | |
Költség | $$ | $ | $$ |
Általánosan használt anyag | ABS, nejlon | PLA, ABS, nylon | Nejlon |
Kézbesítés | 5 nap | 1.5 Napok | 2Days |
Pontosság | ± 0.121 mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
FDM 3D nyomtatással készült alacsony költségű ház prototípus
A járókerék fém prototípusa.A fém járókerekek nagy terhelés és hőmérséklet mellett is működhetnek, és precíziós tengelyekbe kell illeszkedniük. A megrendelő megköveteli, hogy a járókerék mérete pontosabb és az anyagminőség jobb legyen.
CNC megmunkálás | SLM/DMLS | Kötőanyag -sugárzás | |
Költség | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Közös anyagok | Alumínium, rozsdamentes acél, sárgaréz | Rozsdamentes acél, alumínium, titán, Inconel kobalt króm | Rozsdamentes acél, Inconel kobaltkróm, volfrám, keményfém |
Pontosság | ± 0.022 mm | ± 0.108 mm | ± 0.214 mm |
Mechanikus viselkedés | nagyon jó | nagyon jó | Jó |
9. Gyors összefoglaló
Nincs egyértelmű válasz, nincs minden előnnyel felvértezett technológia, és mind a CNC-megmunkálásnak, mind a 3D nyomtatásnak megvannak a maga egyedi előnyei és hátrányai, amelyek olyan tényezőktől függnek, mint az anyag, az átfutási idő, a geometriai összetettség, a pontosság, a mennyiség és a költségvetés. . A DDPROTOTYPE gondosan összefoglalt egy összehasonlító táblázatot az Ön segítségére.
CNC megmunkálás | 3D nyomtatás | |
Mechanikai tulajdonságok | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Prototípus- | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Költség | Közép-nagy sorozatokhoz olcsóbb | Kis sorozatokhoz olcsóbb |
Átfutási idő | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Polimer kiválasztása | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Tervezési összetettség | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Méretpontosság | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Részletek és felbontás | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Nagy alkatrészméret | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Jó-⭐ Jobb-⭐⭐ Legjobb-⭐⭐⭐ | ||
10. Tippek a megfelelő gyártási mód kiválasztásához
A megfelelő gyártási folyamat kiválasztása előtt kérjük, olvassa el a tippeket, mielőtt meghozza a végső döntést.
Hogyan befolyásolja a mennyiség a gyártási módszer megválasztását? A 3D nyomtatást érdemes megfontolni, ha kis tételekre van szükség (kevesebb mint 50 darab). Ha a mennyiség eléri a 100-1000 darabot, akkor a CNC megmunkálás jobb lenne.
Komplexek az alkatrészek? Kis mennyiségű, de rendkívül összetett egyedi alkatrészek esetén a 3D nyomtatás gyakran olcsóbb és gyorsabb. A CNC megmunkálás több kezelőt és beállítást igényel, és általában többe kerül, mint a 3D nyomtatás.
Milyen anyagok szükségesek? Mivel a CNC megmunkálás kiforrottabb technológia, a kompatibilis anyagok szélesebb választéka áll rendelkezésre. De a nagyon nehezen feldolgozható fém szuperötvözet anyagok, például a titán vagy a rugalmas TPU esetében bölcsebb a 3D nyomtatást választani.