Mesin CNC atau pencetakan 3D untuk proyek Anda?

Mesin CNC atau pencetakan 3D untuk proyek Anda?

Sekitar satu dekade yang lalu, berita senjata api cetak 3D mendominasi berita utama di media manufaktur, dan pencetakan 3D masih menjadi topik hangat saat ini. Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, teknologi pencetakan 3D menjadi semakin matang, dan bagian plastik atau logam yang diproduksi digunakan di berbagai bidang, tetapi belum sepenuhnya menggantikan proses pembuatan tradisional, seperti pemesinan CNC, vakum casting, injection molding, dll. Sehingga hal ini menimbulkan kebingungan bagi para desainer. Jika saya memiliki prototipe atau proyek batch kecil, bagaimana cara memilih teknologi pemrosesan yang paling sesuai? Dalam posting ini, saya akan membagikan beberapa panduan teknis tentang Mesin CNC dan pencetakan 3D untuk membantu Anda memahami bagaimana keduanya berbeda dalam berbagai dimensi seperti akurasi, bahan, biaya, kualitas, efisiensi, dan kecepatan untuk menentukan proyek Anda Pilih antara pemesinan CNC atau 3D pencetakan.

1, Manufaktur Subtraktif dan Aditif

Perbedaan utama antara keduanya adalah bahwa pemesinan CNC adalah manufaktur subtraktif, sedangkan pencetakan 3D adalah manufaktur aditif.

  • permesinan CNC. Seperti yang kita semua tahu, mesin CNC adalah subtraktif pabrik proses yang dimulai dengan bahan padat (sering disebut blank) dan kemudian menggunakan alat untuk memotong dan membuang kelebihan bahan untuk membuat bagian. Ini adalah salah satu metode manufaktur paling populer untuk prototipe dan komponen produksi volume kecil hingga tinggi, dengan pengulangan, presisi dimensi tinggi, penyelesaian permukaan tinggi, dan kompatibilitas dengan banyak bahan, termasuk kayu, logam, dan plastik.

pembubutan cnc
  • Pencetakan 3D.Pencetakan 3D bekerja berlawanan arah dan merupakan proses pembuatan aditif. Meskipun perangkat lunak CAD dan CAM juga digunakan untuk menggambar dan membuat suku cadang khusus, itu tidak dimulai dengan memotong bahan, tetapi menggunakan filamen plastik (FDM), resin (SLA/DLP), bubuk plastik atau logam (SLS/DMLS/SLM), dll. Bahan ditambahkan dan disembuhkan lapis demi lapis sampai produk akhir dibuat. Pencetakan 3D memiliki kemampuan untuk membuat geometri yang kompleks, akurasi tinggi, perputaran cepat dan, dalam beberapa kasus, biaya bagian yang lebih rendah.

Pencetakan 3D
  • Hors sujet. Jika Anda menggabungkan mesin CNC dan printer 3D dan merakitnya menjadi perangkat yang memiliki kedua keunggulan tersebut, apakah itu tidak perlu dipikirkan lagi? Praktisi yang memang punya ide gila ini, seperti ZMorph 2.0 SX, yang keduanya dipasarkan sebagai mesin milling CNC 3 sumbu dan juga bisa digunakan sebagai printer 3D. Selain itu, beberapa perusahaan baru saja menyelesaikan kampanye Kickstarter yang sukses menggunakan mesin gabungan ini, seperti printer 3-in-1 3D Mooz. Saat ini, mesin yang kompatibel tersebut masih dalam tahap eksplorasi.

2. Perbandingan bahan yang digunakan.

  • Pemesinan CNC dan pencetakan 3D kompatibel dengan berbagai bahan, termasuk plastik dan logam. Pencetakan 3D lebih diarahkan untuk membuat komponen plastik. Ini sedang berubah, dengan produsen seperti Sistem 3D, Arcam, Desktop Metal dan Markforged mengembangkan cara yang lebih baik dan lebih murah untuk mencetak logam 3D.

  • permesinan CNC.Plastik yang paling umum digunakan dalam permesinan CNC antara lain ABS, Nylon (PA66), Polycarbonate (PC), Acrylic (PMMA), Polypropylene (PP), POM dan PEEK. Aluminium adalah yang paling banyak digunakan dalam permesinan CNC. Menurut Martin, seorang insinyur di DDPROTOTYPE, produsen prototipe canggih di China, “70% dari bahan kami adalah aluminium, dan berbagai suku cadang yang kami buat digunakan di berbagai industri.” Aluminium adalah bahan yang dapat didaur ulang dengan sifat yang baik dan pemrosesan yang mudah, logam lain yang umum digunakan termasuk baja tahan karat, paduan magnesium, paduan seng, paduan titanium, tembaga, dll.

  • Pencetakan 3D.Termoplastik yang biasa digunakan untuk pencetakan 3D termasuk ABS, PLA, nilon, ULTEM, dan photopolymers lainnya. Printer 3D juga dapat mencetak komponen keramik dan bahkan implan manusia. Logam yang paling umum digunakan dalam pencetakan 3D termasuk aluminium, baja tahan karat, titanium, dan Inconel. Penting untuk dicatat bahwa diperlukan mesin industri cetak 3D yang mahal (mungkin di atas $100,000). Beberapa bahan, seperti superalloy atau TPU (bahan fleksibel) tidak dapat dikerjakan dengan mesin CNC, sehingga proses pembuatan seperti pencetakan 3D atau perkakas cepat harus digunakan. Pencetakan 3D tidak dapat memproses kayu karena tidak ada bahan yang dapat mensimulasikan kayu asli.

Perbandingan bahan yang biasa digunakan.

Proses Manufaktur

Plastik

Logam

Mesin CNC

ABS, Nylon, Polycarbonate, PEEK、PC、PMMA、PP、POM PEEK, dll.

Aluminium, baja tahan karat, paduan magnesium, paduan seng, paduan titanium, tembaga, dll.

Pencetakan 3D

ABS, PLA, Nilon, ULTEM, ASA, TPU (bahan fleksibel), dll.

Aluminium, Stainless Steel, Titanium, Inconel, dll.

  • Sumber data DDPROTOTYPE.

3. Akurasi dan ukuran bagian mesin

Menurut tim DDPROTOTYPE, berdasarkan pengalaman yang cukup, “untuk toleransi, pemesinan CNC lebih unggul dari semua proses pencetakan 3D, bahkan DMLS.” Jika komponen Anda harus memiliki toleransi yang ketat, pencetakan 3D mungkin bukan pilihan terbaik.

  • permesinan CNC. Pemesinan CNC dapat mencapai toleransi yang sangat ketat dan penyelesaian permukaan yang lebih baik, seperti 0.005mm, dan dapat dikerjakan secara akurat untuk bagian yang sangat besar hingga sangat kecil. Karena sifat alat yang membulat, sudut bagian dalam selalu memiliki jari-jari, tetapi permukaan luarnya mungkin memiliki tepi yang sangat tajam.

  • pencetakan 3D. Printer 3D yang berbeda menawarkan akurasi dimensi yang berbeda. Ketebalan dinding minimum dibatasi oleh ukuran eksekusi ujung (misalnya diameter nosel dalam FDM atau ukuran titik laser dalam SLS). Karena bagian dibangun lapis demi lapis, bagian akhir mungkin memiliki garis lapisan, terutama pada bagian yang melengkung. Mesin tingkat industri dapat membuat suku cadang dengan toleransi yang sangat baik. Jika diperlukan toleransi yang ketat, pemesinan diperlukan selama pasca-pemrosesan. Ini menambah langkah ekstra dan kurang efisien dibandingkan pemesinan CNC.

Tabel di bawah mencantumkan toleransi, ketebalan dinding, dan ukuran komponen maksimum untuk berbagai teknologi

Proses Manufaktur

Toleransi

Min. Ketebalan Lapisan

Maks. membangun volume

Cnc

± 0.005 – 0.125 mm

kedalaman pemotongan 0.01 mm

Hingga 2000 x 800 x 1000 mm

SLS

± 0.3 mm

0.1-1.5 mm

Hingga 340 x 340 x 605 mm

FDM

± 0.3 mm

0.2-0.8 mm

hingga 914 x 610 x 914 mm

MJF

± 0.3 mm

0.08 mm

hingga 380 x 284 x 380 mm

DMLS

± 0.1 mm

0.4mm

Hingga 230 x 150 x 150 mm

  • Sumber data DDPROTOTYPE.

Seperti yang dapat Anda lihat dari ikonnya, pemesinan CNC dapat menghasilkan komponen yang lebih besar dan lebih presisi daripada teknik pencetakan 3D biasa, seperti FDM, SLS atau MJF, dll. Untuk komponen peralatan medis, aerospace, dan bidang lain yang memerlukan presisi tinggi, pemesinan CNC adalah pilihan yang ideal.

4. Kecepatan

3D pencetakan teknik seperti MJF dan FDM dikenal unggul dalam produksi cepat saat memproduksi komponen dalam jumlah yang lebih kecil, tergantung pada geometri dan ukuran komponen. Ini karena setelah file 3D siap, memilih orientasi, mengisi dan mendukung, dan mengklik tombol, tidak diperlukan pengaturan tambahan, dan biasanya hanya perlu beberapa jam untuk menyelesaikan bagian tersebut. Pasca-pemrosesan bergantung pada proses pemesinan dan persyaratan file 2D.

permesinan CNC. Dibandingkan dengan pencetakan 3D, proses pemesinan CNC padat karya dan membutuhkan lebih banyak operator dan pengaturan. Teknisi yang terampil memilih bahan, mesin, pemrograman, alat, dan kecepatan rotasinya, jalur pemotongan, memposisikan perlengkapan secara manual, dan bahkan membuat perlengkapan khusus terlebih dahulu. Ini memperpanjang waktu pemrosesan. Selain itu, teknik pasca-pemrosesan seperti anodisasi, elektroforesis, dll. dapat diselesaikan di sini yang mungkin membutuhkan lebih banyak waktu.

Martin berkata, “Di DDPROTOTYPE, jika Anda memilih ABS untuk mengerjakan 50 bagian komponen kompleks menengah, waktu penyelesaian dengan teknologi FDM rata-rata adalah 1 hari kerja, sedangkan untuk pemesinan CNC, waktu penyelesaiannya adalah 3 hari. Jika Anda perlu memproduksi lebih dari 500 buah suku cadang, efisiensi produksi pemesinan CNC berperan, yang jauh lebih cepat daripada pencetakan 3D karena kemampuan pengulangan pemesinan CNC.” Sementara beberapa printer di pasaran memiliki kecepatan cetak yang mengesankan, pencetakan 3D umumnya lebih banyak digunakan untuk pembuatan prototipe daripada produksi. Untuk beberapa bagian berstruktur sederhana, mereka dapat dikerjakan dalam hitungan menit pada CNC, tetapi dapat memakan waktu berjam-jam pada printer 3D.

5, Kompleksitas Model

Pencetakan 3D. Pencetakan 3D dapat memproses bagian dari bentuk apa pun dengan sangat sedikit batasan geometris pada bagian tersebut. Sebagian besar teknologi 3D seperti FDM atau SLM/DMLS memerlukan struktur pendukung yang dapat dihapus selama pasca pemrosesan. Bagian plastik bentuk bebas apa pun dapat dibuat dengan mudah menggunakan proses fusi bubuk seperti SLS atau Multi Jet Fusion (MJF), dan tidak diperlukan penyangga. Kemampuan pencetakan 3D untuk memproduksi geometri yang sangat kompleks.

permesinan CNC. Tentu saja, CNC juga dapat mengolah bagian yang cukup kompleks. Seringkali, untuk membuat bagian yang rumit, perlu membalik dan memperbaiki posisi selama proses pemesinan, karena bahkan dengan mesin CNC 5 sumbu, terkadang pahat tidak dapat menjangkau semua permukaan komponen.

6. Biaya

Membahas harga saja, perbedaan antara penggilingan CNC dan pencetakan 3D tampaknya tidak menghasilkan kesimpulan yang akurat. Ini bervariasi dengan berbagai faktor, seperti bahan, jumlah, kesulitan pemrosesan, dll.

Tidak masalah membuat 1 bagian atau 100 bagian, biaya satu bagian yang dibuat dengan pencetakan 3D pada dasarnya tetap sama dan biasanya lebih rendah daripada pemesinan CNC. Untuk jumlah suku cadang yang lebih besar, seperti 100+, pemesinan CNC lebih ekonomis. Menurut Martin, salah satu kesalahpahaman kami yang paling umum adalah bahwa layanan permesinan CNC itu mahal. Faktanya, pembuatan prototipe CNC dapat mulai dari $20 per bagian, dengan harga unit turun secara dramatis karena semakin banyak jumlah yang diproduksi.

7. Perlindungan lingkungan

Pemesinan CNC dimulai dengan blanko dan menggunakan alat yang berbeda untuk menghilangkan material berlebih. Akibatnya, sejumlah besar debu halus dan potongan kecil material tertinggal yang tidak dapat dipulihkan, sehingga perlu dibersihkan dan dibuang. Sebaliknya, dalam proses pencetakan 3D, bahan baku dimasukkan ke dalam printer untuk membuat bagian lapis demi lapis. Proses ini hanya membutuhkan penggunaan bahan baku, tidak ada mess atau limbah, sehingga merupakan proses pembuatan yang lebih ramah lingkungan.

8. Studi kasus

Kami mempelajari perbedaan antara pemesinan CNC dan pencetakan 3D melalui dua contoh, yang tampaknya lebih intuitif dan mudah dipahami. Ini adalah 2 proyek yang telah dilakukan DDPROTOTYPE pada tahun 2021. Kami mengambil pemrosesan cangkang plastik dan pemrosesan braket logam sebagai contoh.

Prototipe perumahan plastik. Memproduksi cangkang plastik untuk elektronik merupakan langkah penting sebelum produksi massal. Manufaktur cepat, biaya rendah, dan waktu pengembangan yang dipersingkat adalah kebutuhan pelanggan. Ada kancing, engsel hidup, sambungan yang saling mengunci, dan pengencang lainnya di rumah elektronik, dll. Semua fungsi ini dapat dicapai dengan pemesinan CNC atau pencetakan 3D (FDM atau SLS). Prototipe plastik presisi tinggi dan estetis dapat dibuat dengan CNC atau SLS, tetapi FDM tingkat desktop memiliki waktu pemrosesan yang lebih singkat dan biaya yang lebih rendah. DDPROTOTYPE merangkum perbandingan setiap proses, seperti yang ditunjukkan pada tabel.

 

Mesin CNC

FDM desktop

SLS

Biaya

$$

$

$$

Bahan yang biasa digunakan

ABS, Nilon

PLA, ABS, Nilon

Nilon

Penyampaian

selama 5 hari

1.5 Hari

2Days

Ketepatan

± 0.121 mm

± 0.485 mm

± 0.287 mm

  • Prototipe rumah murah dibuat dengan FDM 3D Printing

Prototipe impeller logam.Impeler logam dapat beroperasi di bawah beban dan suhu tinggi, dan harus sesuai dengan poros presisi. Pelanggan membutuhkan dimensi impeller yang lebih presisi dan kualitas material yang lebih baik.

Pemesinan-CNC untuk impeller multi-bilah
 

Mesin CNC

SLM/DML

Pengikatan Pengikat

Biaya

$$

$ $ $ $

$ $ $

Bahan Umum

Aluminium, Baja Tahan Karat, Kuningan

Stainless Steel, Aluminium, Titanium, Inconel Cobalt Chrome

Baja Tahan Karat, Kromium Kobalt Inconel, Tungsten, Karbida

Ketepatan

± 0.022 mm

± 0.108 mm

± 0.214 mm

Perilaku Mekanik

Sangat Bagus

Sangat Bagus

baik

9. Ringkasan Cepat

Tidak ada jawaban yang jelas, tidak ada teknologi yang dipersenjatai dengan semua keunggulan, dan baik mesin CNC maupun pencetakan 3D memiliki kelebihan dan kekurangan yang unik, yang akan bergantung pada faktor-faktor seperti bahan, waktu tunggu, kompleksitas geometris, presisi, kuantitas, dan anggaran. . DDPROTOTYPE telah merangkum bagan perbandingan dengan hati-hati untuk referensi Anda.

 

Mesin CNC

Pencetakan 3D

Peralatan mekanis

⭐⭐⭐

prototyping

⭐⭐⭐

Biaya

Lebih murah untuk seri menengah-besar

Lebih murah untuk seri kecil

Waktu penyelesaian

⭐⭐⭐

Seleksi polimer

⭐⭐

⭐⭐⭐

Kompleksitas desain

⭐⭐

⭐⭐⭐

Akurasi dimensi

⭐⭐⭐

Detail dan resolusi

⭐⭐⭐

⭐⭐

Ukuran bagian besar

⭐⭐⭐

Bagus-⭐ Lebih baik-⭐⭐ Terbaik-⭐⭐⭐

10. Tips memilih metode pembuatan yang tepat

Sebelum memilih proses pembuatan yang tepat, silakan simak tipsnya sebelum mengambil keputusan akhir.

  • Bagaimana kuantitas memengaruhi pilihan metode pembuatan? Memilih pencetakan 3D patut dipertimbangkan saat Anda membutuhkan batch kecil suku cadang (kurang dari 50 buah). Ketika jumlahnya mencapai 100 hingga 1000 buah, maka permesinan CNC akan lebih baik.

  • Apakah suku cadangnya rumit? Untuk suku cadang kustom dalam jumlah kecil tetapi sangat kompleks, pencetakan 3D seringkali lebih murah dan lebih cepat. Pemesinan CNC membutuhkan lebih banyak operator dan penyiapan, dan umumnya lebih mahal daripada pencetakan 3D.

  • Bahan apa yang dibutuhkan? Karena pemesinan CNC adalah teknologi yang lebih matang, ada lebih banyak bahan yang kompatibel. Namun untuk bahan logam superalloy yang sangat sulit diproses, seperti titanium atau TPU fleksibel, sebaiknya pilih pencetakan 3D.