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Lavorazione CNC o stampa 3D per il tuo progetto?
Circa un decennio fa, le notizie sulle armi da fuoco stampate in 3D dominavano i titoli dei giornali della stampa di produzione e la stampa 3D è ancora un argomento caldo oggi. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, la tecnologia della stampa 3D è diventata sempre più matura e le parti in plastica o metallo prodotte sono utilizzate in vari campi, ma non hanno sostituito completamente il processo di produzione tradizionale, come la lavorazione CNC, il vuoto colata, stampaggio a iniezione, ecc. Quindi questo crea confusione per i designer. Se ho un prototipo o un piccolo lotto, come scelgo la tecnologia di lavorazione più adatta? In questo post, condividerò alcune linee guida tecniche su Lavorazione CNC e la stampa 3D per aiutarti a capire come i due differiscono in più dimensioni come precisione, materiali, costi, qualità, efficienza e velocità per determinare il tuo progetto Scegli tra lavorazione CNC o stampa 3D.
1, Produzione sottrattiva e additiva
La principale differenza tra i due è che la lavorazione CNC è produzione sottrattiva, mentre la stampa 3D è produzione additiva.
Lavorazione CNC. Come tutti sappiamo, la lavorazione CNC è un sottrattivo consigliato per la processo che inizia con un pezzo di materiale solido (spesso chiamato grezzo) e quindi utilizza uno strumento per tagliare e rimuovere il materiale in eccesso per creare una parte. È uno dei metodi di produzione più popolari per prototipi e parti di produzione di piccole e grandi quantità, con ripetibilità, elevata precisione dimensionale, elevata finitura superficiale e compatibilità con molti materiali, inclusi legno, metallo e plastica.
Stampa 3D.La stampa 3D funziona nella direzione opposta ed è un processo di produzione additiva. Sebbene il software CAD e CAM venga utilizzato anche per disegnare e creare parti personalizzate, non inizia con il taglio del materiale, ma utilizzando filamenti di plastica (FDM), resina (SLA/DLP), plastica o polvere di metallo (SLS/DMLS/SLM), ecc. Il materiale viene aggiunto e polimerizzato strato dopo strato fino alla creazione del prodotto finale. La stampa 3D ha la capacità di creare geometrie complesse, elevata precisione, tempi di consegna rapidi e, in alcuni casi, costi delle parti inferiori.
Fuori tema. Se combini macchine CNC e stampanti 3D e le assembli in un dispositivo che presenta entrambi i vantaggi, è un gioco da ragazzi? I professionisti che hanno questa idea pazza, come la ZMorph 2.0 SX, che è sia commercializzata come una fresatrice CNC a 3 assi che può anche essere utilizzata come stampante 3D. Inoltre, diverse aziende hanno recentemente completato con successo campagne Kickstarter utilizzando queste macchine combinate, come la stampante 3D 1 in 3 di Mooz. Attualmente, una macchina così compatibile è ancora in fase esplorativa.
2. Confronto dei materiali utilizzati.
Sia la lavorazione CNC che la stampa 3D sono compatibili con un'ampia gamma di materiali, inclusi plastica e metalli. La stampa 3D è più orientata alla realizzazione di parti in plastica. La situazione sta attualmente cambiando, con produttori come 3D Systems, Arcam, Desktop Metal e Markforged che stanno sviluppando modi migliori ed economici per stampare i metalli in 3D.
Lavorazione CNC.Le materie plastiche più comunemente utilizzate nella lavorazione CNC includono ABS, nylon (PA66), policarbonato (PC), acrilico (PMMA), polipropilene (PP), POM e PEEK, tra gli altri. L'alluminio è il più utilizzato nelle lavorazioni CNC. Secondo Martin, ingegnere presso DDPROTOTYPE, un produttore di prototipi avanzati in Cina, "il 70% del nostro materiale è alluminio e le varie parti che produciamo sono utilizzate in vari settori". L'alluminio è un materiale riciclabile con buone proprietà e facile lavorazione, altri metalli comunemente usati includono acciaio inossidabile, leghe di magnesio, leghe di zinco, leghe di titanio, rame, ecc.
Stampa 3D.I termoplastici comunemente usati per la stampa 3D includono ABS, PLA, nylon, ULTEM e altri fotopolimeri. Le stampanti 3D possono anche stampare parti per ceramica e persino impianti umani. I metalli più comunemente usati nella stampa 3D includono alluminio, acciaio inossidabile, titanio e Inconel. È importante notare che sono necessarie costose macchine industriali stampate in 3D (probabilmente fino a $ 100,000). Alcuni materiali, come le superleghe o il TPU (materiali flessibili), non possono essere lavorati a CNC, quindi è necessario utilizzare processi di produzione come la stampa 3D o l'utensileria rapida. La stampa 3D non può lavorare il legno perché nessun materiale può simulare il vero legno.
Confronto di materiali di uso comune.
Processo di fabbricazione | Plastica | Metallo |
Lavorazione CNC | ABS, nylon, policarbonato, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK, ecc. | Alluminio, acciaio inossidabile, lega di magnesio, lega di zinco, lega di titanio, rame, ecc. |
Stampa 3D | ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (materiale flessibile), ecc. | Alluminio, Acciaio Inox, Titanio, Inconel, ecc. |
Sorgente dati DDPROTOTYPE.
3. Precisione e dimensioni dei pezzi lavorati
Secondo il team DDPROTOTYPE, sulla base di una notevole esperienza, "per le tolleranze, la lavorazione CNC è superiore a tutti i processi di stampa 3D, anche DMLS". Se le tue parti devono avere tolleranze strette, la stampa 3D potrebbe non essere la scelta migliore.
Lavorazione CNC. La lavorazione CNC può ottenere tolleranze molto strette e una migliore finitura superficiale, come 0.005 mm, e può essere lavorata con precisione per parti da molto grandi a molto piccole. A causa della natura arrotondata dell'utensile, gli angoli interni hanno sempre un raggio, ma le superfici esterne possono avere bordi molto affilati.
Stampa 3D. Diverse stampanti 3D offrono una diversa precisione dimensionale. Lo spessore minimo della parete è limitato dalle dimensioni dell'esecuzione finale (ad es. diametro dell'ugello in FDM o dimensione dello spot laser in SLS). Poiché le parti vengono costruite strato per strato, la parte finale potrebbe presentare linee di livello, specialmente sulle parti curve. Le macchine di livello industriale possono realizzare parti con tolleranze molto buone. Se sono richieste tolleranze strette, è necessaria la lavorazione durante la post-elaborazione. Ciò aggiunge un ulteriore passaggio ed è meno efficiente della lavorazione CNC.
La tabella seguente elenca le tolleranze, gli spessori delle pareti e le dimensioni massime delle parti per varie tecnologie
Processo di fabbricazione | Tolleranza | min. Spessore dello strato | Massimo costruire volume |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | profondità di taglio 0.01 mm | Fino a 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5 mm | Fino a 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8 mm | fino a 914 x 610 x 914 mm |
MJF | ± 0.3 mm | 0.08 mm | fino a 380 x 284 x 380 mm |
LMD | ± 0.1 mm | 0.4mm | Fino a 230 x 150 x 150 mm |
Sorgente dati DDPROTOTYPE.
Come puoi vedere dall'icona, la lavorazione CNC può produrre parti più grandi e di maggiore precisione rispetto alle comuni tecniche di stampa 3D, come FDM, SLS o MJF, ecc. Per le parti in apparecchiature mediche, aerospaziale e altri campi che richiedono un'elevata precisione, la lavorazione CNC è una scelta ideale.
4. Velocità
stampa 3D tecniche come MJF e FDM sono note per eccellere nella produzione rapida quando si producono piccole quantità di parti, a seconda della geometria e delle dimensioni della parte. Questo perché una volta che il file 3D è pronto, scegliendo l'orientamento, il riempimento e i supporti e facendo clic sul pulsante, non è necessaria alcuna configurazione aggiuntiva e di solito sono necessarie solo alcune ore per completare la parte. La post-elaborazione dipende dal processo di lavorazione e dai requisiti del file 2D.
Lavorazione CNC. Rispetto alla stampa 3D, il processo di lavorazione CNC è laborioso e richiede più operatori e impostazioni. Macchinisti esperti selezionano i materiali, le macchine, la programmazione, gli utensili e le relative velocità di rotazione, i percorsi di taglio, posizionano manualmente i dispositivi e costruiscono anche dispositivi personalizzati in anticipo. Ciò prolunga il tempo di elaborazione. Inoltre, qui è possibile completare le tecniche di post-elaborazione come l'anodizzazione, l'elettroforesi, ecc., che potrebbero richiedere più tempo.
Martin ha affermato: “In DDPROTOTYPE, se si sceglie l'ABS per la lavorazione di 50 pezzi di parti medio-complesse, il tempo di consegna con la tecnologia FDM è in media di 1 giorno lavorativo, mentre per la lavorazione CNC il tempo di consegna è di 3 giorni. Se è necessario produrre più di 500 pezzi di parti, entra in gioco l'efficienza di produzione della lavorazione CNC, che è molto più veloce della stampa 3D a causa della ripetibilità della lavorazione CNC". Mentre alcune stampanti sul mercato hanno velocità di stampa impressionanti, la stampa 3D generalmente utilizza di più per la prototipazione piuttosto che per la produzione. Per alcune parti di struttura semplice, possono essere lavorate in pochi minuti su un CNC, ma possono richiedere ore su una stampante 3D.
5, Complessità del modello
Stampa 3D. La stampa 3D può elaborare parti di qualsiasi forma con pochissimi vincoli geometrici sulla parte. La maggior parte delle tecnologie 3D come FDM o SLM/DMLS richiedono strutture di supporto che possono essere rimosse durante la post-elaborazione. Qualsiasi parte in plastica a forma libera può essere facilmente fabbricata utilizzando processi di fusione delle polveri come SLS o Multi Jet Fusion (MJF) e non sono necessari supporti. La capacità della stampa 3D di produrre geometrie altamente complesse.
Lavorazione CNC. Naturalmente, il CNC può anche lavorare parti abbastanza complesse. Spesso, per realizzare pezzi complessi, è necessario capovolgere e fissare la posizione durante il processo di lavorazione, perché anche con macchine CNC a 5 assi, a volte l'utensile non riesce a raggiungere tutte le superfici del componente.
6. Costo
Discutendo semplicemente del prezzo, la differenza tra fresatura CNC e stampa 3D non sembra portare a una conclusione accurata. Questo varia in base a vari fattori, come materiale, quantità, difficoltà di lavorazione, ecc.
Indipendentemente dalla produzione di 1 parte o 100 parti, il costo di una singola parte realizzata con la stampa 3D rimane sostanzialmente lo stesso e di solito è inferiore alla lavorazione CNC. Per quantità maggiori di parti, come 100+, la lavorazione CNC è più economica. Secondo Martin, una delle nostre idee sbagliate più comuni è che i servizi di lavorazione CNC siano costosi. In effetti, la prototipazione CNC può iniziare a partire da circa $ 20 per parte, con prezzi unitari in forte calo man mano che vengono prodotte più quantità.
7. Protezione ambientale
La lavorazione CNC inizia con un grezzo e utilizza diversi strumenti per rimuovere il materiale in eccesso. Di conseguenza, rimangono grandi quantità di polvere fine e piccoli pezzi di materiale che non possono essere recuperati, richiedendo la pulizia e lo smaltimento. Nel processo di stampa 3D, invece, le materie prime vengono immesse nella stampante per costruire la parte strato dopo strato. Questo processo richiede solo l'uso di materie prime, nessun disordine o spreco, quindi è un processo di produzione più rispettoso dell'ambiente.
8. Casi studio
Studiamo la differenza tra lavorazione CNC e stampa 3D attraverso due esempi, che sembrano essere più intuitivi e comprensibili. Questi sono 2 progetti che DDPROTOTYPE ha intrapreso nel 2021. Prendiamo come esempi la lavorazione del guscio di plastica e la lavorazione delle staffe metalliche.
Prototipo di custodia in plastica. La produzione di coperture in plastica per l'elettronica è un passaggio fondamentale prima della produzione di massa. Produzione veloce, basso costo e tempi di sviluppo ridotti sono i requisiti del cliente. Ci sono scatti, cardini vivi, giunti ad incastro e altri elementi di fissaggio nell'alloggiamento elettronico, ecc. Queste funzioni possono essere ottenute tutte mediante lavorazione CNC o stampa 3D (FDM o SLS). È possibile realizzare prototipi in plastica di alta precisione ed esteticamente piacevoli con CNC o SLS, ma l'FDM desktop ha tempi di elaborazione più brevi e costi inferiori. DDPROTOTYPE riassume il confronto di ogni processo, come mostrato nella tabella.
Lavorazione CNC | FDM da tavolo | SLS | |
Costo | $$ | $ | $$ |
Materiale di uso comune | ABS, nylon | PLA, ABS, nylon | Nylon |
Consegna | 5 giorni | 1.5 Giorni | 2Days |
Precisione | ± 0.121mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Prototipo di custodia a basso costo realizzato con stampa 3D FDM
Prototipo di girante in metallo.Le giranti in metallo possono funzionare con carichi e temperature elevati e devono essere inserite in alberi di precisione. Il cliente richiede che la dimensione della girante sia più precisa e che la qualità del materiale sia migliore.
Lavorazione CNC | SLM/DMLS | Getto di raccoglitore | |
Costo | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Materiali comuni | Alluminio, acciaio inossidabile, ottone | Acciaio inossidabile, alluminio, titanio, cromo cobalto Inconel | Acciaio Inossidabile, Inconel Cobalto Cromo, Tungsteno, Carburo |
Precisione | ± 0.022 mm | ± 0.108 mm | ± 0.214 mm |
Comportamento meccanico | Molto Buone | Molto Buone | Buone |
9. Riepilogo rapido
Non esiste una risposta chiara, nessuna tecnologia che sia armata di tutti i vantaggi e sia la lavorazione CNC che la stampa 3D hanno i suoi vantaggi e svantaggi unici, che dipenderanno da fattori come materiale, tempi di consegna, complessità geometrica, precisione, quantità e budget . DDPROTOTYPE ha riassunto accuratamente una tabella di confronto come riferimento.
Lavorazione CNC | Stampa 3D | |
Proprietà meccaniche | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Prototipazione | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Costo | Più economico per le serie medio-grandi | Più economico per piccole serie |
Tempo di consegna | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Selezione del polimero | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Complessità progettuale | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Precisione dimensionale | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Dettagli e risoluzione | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Grande dimensione della parte | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Buono-⭐ Migliore-⭐⭐ Migliore-⭐⭐⭐ | ||
10. Suggerimenti per la scelta del metodo di produzione corretto
Prima di scegliere il giusto processo di produzione, fare riferimento ai suggerimenti prima di prendere la decisione finale.
In che modo la quantità influisce sulla scelta del metodo di produzione? Vale la pena considerare la scelta della stampa 3D quando sono necessari piccoli lotti di parti (meno di 50 pezzi). Quando la quantità raggiunge da 100 a 1000 pezzi, la lavorazione CNC sarebbe migliore.
I pezzi sono complessi? Per piccole quantità ma parti personalizzate altamente complesse, la stampa 3D è spesso più economica e veloce. La lavorazione CNC richiede più operatori e impostazioni e generalmente costa più della stampa 3D.
Quali materiali sono necessari? Poiché la lavorazione CNC è una tecnologia più matura, esiste una gamma più ampia di materiali compatibili. Ma per i materiali in superleghe metalliche che sono molto difficili da lavorare, come il titanio o il TPU flessibile, è più saggio scegliere la stampa 3D.