Kövess engem: 
CNC megmunkálás vagy 3D nyomtatás projektjéhez?
Körülbelül egy évtizeddel ezelőtt a 3D nyomtatott lőfegyverek hírei uralták a gyártással foglalkozó sajtó címlapjait, és a 3D nyomtatás ma is forró téma. A tudomány és a technológia fejlődésével a 3D nyomtatás technológiája egyre érettebbé vált, és a gyártott műanyag vagy fém alkatrészeket számos területen használják, de ezek nem váltották fel teljesen a hagyományos gyártási eljárásokat, mint például a CNC megmunkálás, a vákuumöntés, a fröccsöntés stb. Ez tehát zavart okoz a tervezők számára. Ha prototípusom vagy kis tételű projektem van, hogyan válasszam ki a legmegfelelőbb feldolgozási technológiát? Ebben a bejegyzésben megosztok néhány technikai útmutatást a CNC megmunkálással és a 3D nyomtatással kapcsolatban, hogy segítsek megérteni, hogyan különböznek a kettő több dimenzióban, például a pontosságban, az anyagokban, a költségben, a minőségben, a hatékonyságban és a sebességben, hogy eldönthesd, melyik projekthez szeretnél választani. Választhatsz a CNC megmunkálás és a 3D nyomtatás között.
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 egy szubtraktív gyártási folyamat, amely egy tömör anyagdarabbal (gyakran nyersdarabnak nevezik) kezdődik, majd egy szerszám segítségével kivágja és eltávolítja a felesleges anyagot egy alkatrész létrehozásához. Ez az egyik legnépszerűbb gyártási módszer prototípusok és kis- és nagy volumenű gyártási alkatrészek esetében, megismételhetőséget, nagy méretpontosságot, kiváló felületi minőséget és számos anyaggal való kompatibilitást biztosít, beleértve a fát, a fémet és a műanyagot.
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 létrehozására, ez nem az anyag kivágásával kezdődik, hanem műanyag szál (FDM), gyanta (SLA/DLP), műanyag vagy fémpor (SLS/DMLS/SLM) stb. használatával. Az anyagot rétegről rétegre adják hozzá és kötik meg, amíg a végtermék létre nem jön. A 3D nyomtatás képes összetett geometriák létrehozására, nagy pontossággal, gyors átfutási idővel és bizonyos esetekben alacsonyabb alkatrészköltséggel.
Off topic . Ha CNC gépeket és 3D nyomtatókat kombinálsz, és egy olyan eszközzé szereled össze őket, amely mindkét előnnyel rendelkezik, az magától értetődő? Azoknak a szakembereknek, akiknek van ez az őrült ötletük, mint például a ZMorph 2.0 SX, amelyet 3 tengelyes CNC marógépként forgalmaznak, és 3D nyomtatóként is használható. Ezenkívül számos vállalat fejezte be a közelmúltban sikeres Kickstarter-kampányait ezekkel a kombinált gépekkel, például a Mooz 3 az 1-ben 3D nyomtatójával. Jelenleg egy ilyen kompatibilis gép még a kísérleti 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 az ABS, a nejlon (PA66), a polikarbonát (PC), az akril (PMMA), a polipropilén (PP), a POM és a PEEK, többek között. Az alumínium a legszélesebb körben használt a CNC megmunkálásban. Martin, a DDPROTOTYPE, egy fejlett kínai prototípusgyártó mérnöke szerint: „Anyagunk 70%-a alumínium, és az általunk gyártott különféle alkatrészeket különböző iparágakban használják fel.” Az alumínium egy újrahasznosítható anyag, jó tulajdonságokkal és könnyű feldolgozhatósággal, egyéb gyakran használt fémek közé tartozik a rozsdamentes acél, a magnéziumötvözetek, a cinkötvözetek, a titánötvözetek, a réz stb.
3D nyomtatás. A 3D nyomtatáshoz gyakran használt hőre lágyuló műanyagok közé tartozik az ABS, a PLA, a nejlon, az ULTEM és más fotopolimerek. A 3D nyomtatók kerámiákhoz és akár emberi implantátumokhoz is képesek alkatrészeket nyomtatni. A 3D nyomtatásban leggyakrabban használt fémek az alumínium, a rozsdamentes acél, a titán és az Inconel. Fontos megjegyezni, hogy drága (valószínűleg 100 000 dollár feletti) 3D nyomtatott ipari gépekre van szükség. Egyes anyagok, például a szuperötvözetek vagy a TPU (rugalmas anyagok) nem CNC-megmunkálhatók, ezért olyan gyártási eljárásokat kell alkalmazni, mint a 3D nyomtatás vagy a gyors szerszámozás. A 3D nyomtatás nem képes a fa feldolgozására, mert egyetlen anyag sem képes utánozni a valódi fát.
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
Az olyan 3D nyomtatási technikák, mint az MJF és az FDM, kiválóan alkalmasak gyors gyártásra kisebb mennyiségű alkatrészek gyártásakor, az alkatrész geometriájától és méretétől függően. Ez azért van, mert miután a 3D fájl elkészült, a tájolás, a kitöltés és a támaszok kiválasztása, majd a gombra kattintás után nincs szükség további beállításra, és az alkatrész elkészítése általában csak néhány órát vesz igénybe. Az utófeldolgozás a megmunkálási folyamattól és a 2D fájl követelményeitől függ.
CNC megmunkálás. A 3D nyomtatáshoz képest a CNC megmunkálás munkaigényes, és több kezelőt és beállítást igényel. A képzett gépészek kiválasztják az anyagokat, a gépeket, a programozást, a szerszámokat és azok forgási sebességét, a vágási útvonalakat, manuálisan pozicionálják a szerelvényeket, sőt, akár egyedi szerelvényeket is építenek előre. Ez meghosszabbítja a feldolgozási időt. Ezenkívül az utófeldolgozási technikák, mint például az eloxálás, az elektroforézis stb. is elvégezhetők itt, 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 korlátozással az alkatrészen. A legtöbb 3D technológia, mint például az FDM vagy az SLM/DMLS, olyan tartószerkezeteket igényel, amelyek az utófeldolgozás során eltávolíthatók. Bármely szabad formájú műanyag alkatrész könnyen előállítható porfúziós eljárásokkal, például SLS vagy Multi Jet Fusion (MJF) segítségével, és nincs szükség tartókra. A 3D nyomtatás képessége rendkívül összetett geometriák előállítására.
CNC megmunkálás. Természetesen a CNC meglehetősen összetett alkatrészek megmunkálására is alkalmas. Gyakran előfordul, hogy összetett alkatrészek előállításához újra kell forgatni és rögzíteni kell a pozíciót a megmunkálási folyamat során, mivel még 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 prototípus. Az elektronikai műanyag burkolat gyártása kritikus lépés a tömeggyártás előtt. A gyors gyártás, az alacsony költség és a rövidített fejlesztési idő a vevői igények. Az elektronikai házban patentek, élő zsanérok, reteszelő illesztések és egyéb rögzítőelemek találhatók. 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, de az asztali minőségű FDM rövidebb feldolgozási idővel és alacsonyabb költségekkel rendelkezik. A DDPROTOTYPE összefoglalja az egyes folyamatok összehasonlítását, a táblázatban látható módon.
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
Fém prototípus járókerékből. A fém járókerekek nagy terhelés és hőmérséklet mellett is működhetnek, és precíziós tengelyekbe kell illeszkedniük. Az ügyfél pontosabb járókerék méreteit és jobb anyagminőséget igényel.
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.
