Volg me op: 
CNC verspanen of 3D printen voor uw project?
Ongeveer tien jaar geleden domineerden berichten over 3D-geprinte vuurwapens de krantenkoppen in de maakindustrie, en 3D-printen is nog steeds een hot topic. Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie is de 3D-printtechnologie steeds volwassener geworden en worden de geproduceerde kunststof of metalen onderdelen in diverse sectoren gebruikt. Ze hebben echter de traditionele productieprocessen, zoals CNC-bewerking, vacuümgieten en spuitgieten, nog niet volledig vervangen. Dit zorgt voor verwarring bij ontwerpers. Hoe kies ik de meest geschikte verwerkingstechnologie voor een prototype of een kleine serie? In dit artikel deel ik enkele technische richtlijnen voor CNC-bewerking en 3D-printen om u te helpen begrijpen hoe de twee op verschillende vlakken verschillen, zoals nauwkeurigheid, materialen, kosten, kwaliteit, efficiëntie en snelheid. Zo kunt u de juiste keuze maken voor uw project.
1 Subtractieve en additieve productie
Het belangrijkste verschil tussen de twee is dat CNC-bewerking subtractieve productie is, terwijl 3D-printen additieve productie is.
CNC-bewerking. Zoals we allemaal weten, is CNC-bewerking een subtractief productieproces dat begint met een massief stuk materiaal (vaak een blanco genoemd) en vervolgens met behulp van een gereedschap overtollig materiaal verwijdert om een onderdeel te creëren. Het is een van de populairste productiemethoden voor prototypes en onderdelen voor kleine tot grote series, met herhaalbaarheid, hoge maatnauwkeurigheid, een hoogwaardige oppervlakteafwerking en compatibiliteit met veel materialen, waaronder hout, metaal en kunststof.
3D-printen. 3D-printen werkt in de tegenovergestelde richting en is een additief productieproces. Hoewel CAD- en CAM-software ook wordt gebruikt om onderdelen te ontwerpen en te maken, begint het niet met het snijden van materiaal, maar met het gebruik van plastic filament (FDM), hars (SLA/DLP), plastic of metaalpoeder (SLS/DMLS/SLM), enzovoort. Materiaal wordt laagje voor laagje toegevoegd en uitgehard totdat het eindproduct is gemaakt. 3D-printen biedt de mogelijkheid om complexe geometrieën te creëren, met een hoge nauwkeurigheid, een snelle doorlooptijd en in sommige gevallen lagere kosten per onderdeel.
Even los van het onderwerp . Als je CNC-machines en 3D-printers combineert en er een apparaat van maakt dat beide voordelen biedt, is dat dan niet een logische stap? Er zijn wel bedrijven die dit gekke idee hebben, zoals de ZMorph 2.0 SX, die zowel als 3-assige CNC-freesmachine op de markt wordt gebracht als als 3D-printer kan worden gebruikt. Daarnaast hebben verschillende bedrijven recent succesvolle Kickstarter-campagnes afgerond met deze gecombineerde machines, zoals de 3-in-1 3D-printer van Mooz. Momenteel bevindt een dergelijke compatibele machine zich nog in de onderzoeksfase.
2. Vergelijking van gebruikte materialen.
Zowel CNC-bewerking als 3D-printen is compatibel met een breed scala aan materialen, waaronder kunststoffen en metalen. 3D-printen is meer gericht op het maken van plastic onderdelen. Dit is momenteel aan het veranderen, waarbij fabrikanten zoals 3D Systems, Arcam, Desktop Metal en Markforged betere en goedkopere manieren ontwikkelen om metalen 3D te printen.
CNC-bewerking. De meest gebruikte kunststoffen bij CNC-bewerking zijn onder andere ABS, nylon (PA66), polycarbonaat (PC), acryl (PMMA), polypropyleen (PP), POM en PEEK. Aluminium is het meest gebruikte materiaal bij CNC-bewerking. Volgens Martin, een ingenieur bij DDPROTOTYPE, een geavanceerde prototypefabrikant in China, "bestaat 70% van ons materiaal uit aluminium en worden de verschillende onderdelen die we maken in diverse industrieën gebruikt." Aluminium is een recyclebaar materiaal met goede eigenschappen en is gemakkelijk te verwerken. Andere veelgebruikte metalen zijn onder andere roestvrij staal, magnesiumlegeringen, zinklegeringen, titaniumlegeringen en koper.
3D-printen. Veelgebruikte thermoplasten voor 3D-printen zijn onder andere ABS, PLA, nylon, ULTEM en andere fotopolymeren. 3D-printers kunnen ook onderdelen printen voor keramiek en zelfs menselijke implantaten. De metalen die het meest gebruikt worden bij 3D-printen zijn aluminium, roestvrij staal, titanium en Inconel. Het is belangrijk om te weten dat hiervoor dure, industriële 3D-geprinte machines nodig zijn (waarschijnlijk meer dan $ 100,000). Sommige materialen, zoals superlegeringen of TPU (flexibele materialen), kunnen niet CNC-gefreesd worden, waardoor productieprocessen zoals 3D-printen of rapid tooling gebruikt moeten worden. Hout kan niet met 3D-printen bewerkt worden, omdat geen enkel materiaal echt hout kan nabootsen.
Vergelijking van veelgebruikte materialen.
Manufacturing Process | Kunststof | Metaal |
CNC-bewerking | ABS, nylon, polycarbonaat, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK, enz. | Aluminium, roestvrij staal, magnesiumlegering, zinklegering, titaniumlegering, koper, enz. |
3d printen | ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (flexibel materiaal), enz. | Aluminium, RVS, Titanium, Inconel, etc. |
Gegevensbron DDPROTOTYPE.
3. Nauwkeurigheid en grootte van bewerkte onderdelen
Volgens het DDPROTOTYPE-team, gebaseerd op aanzienlijke ervaring, "is CNC-bewerking voor toleranties superieur aan alle 3D-printprocessen, zelfs DMLS." Als uw onderdelen krappe toleranties moeten hebben, is 3D-printen misschien niet de beste keuze.
CNC-bewerking. CNC-bewerking kan zeer nauwe toleranties en een betere oppervlakteafwerking bereiken, zoals 0.005 mm, en kan nauwkeurig worden bewerkt voor zeer grote tot zeer kleine onderdelen. Door het afgeronde karakter van het gereedschap hebben de binnenhoeken altijd een straal, maar de buitenvlakken kunnen zeer scherpe randen hebben.
3d printen. Verschillende 3D-printers bieden verschillende maatnauwkeurigheden. De minimale wanddikte wordt beperkt door de maat van de einduitvoering (bijv. nozzle diameter in FDM of laserspot maat in SLS). Omdat delen laag voor laag worden opgebouwd, kan het laatste deel laaglijnen hebben, vooral op gebogen delen. Machines van industriële kwaliteit kunnen onderdelen maken met zeer goede toleranties. Als krappe toleranties vereist zijn, is machinale bewerking vereist tijdens de nabewerking. Dit voegt een extra stap toe en is minder efficiënt dan CNC verspanen.
De onderstaande tabel geeft een overzicht van toleranties, wanddiktes en maximale onderdeelafmetingen voor verschillende technologieën
Manufacturing Process | Tolerantie | Min. Laagdikte | Maximaal volume opbouwen |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | snijdiepte 0.01 mm | Tot 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5 mm | Tot 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8 mm | tot 914 x 610 x 914 mm |
MJF | ± 0.3 mm | 0.08 mm | tot 380 x 284 x 380 mm |
DMLS | ± 0.1 mm | 0.4mm | Tot 230 x 150 x 150 mm |
Gegevensbron DDPROTOTYPE.
Zoals u kunt zien aan het pictogram, kan CNC-bewerking grotere en nauwkeurigere onderdelen produceren dan gebruikelijke 3D-printtechnieken, zoals FDM, SLS of MJF, enz. Voor onderdelen in medische apparatuur, ruimtevaart en andere gebieden die hoge precisie vereisen, CNC-bewerking is een ideale keuze.
4. Snelheid
3D-printtechnieken zoals MJF en FDM staan bekend om hun uitstekende mogelijkheden voor snelle productie bij kleinere aantallen onderdelen, afhankelijk van de geometrie en grootte van het onderdeel. Dit komt doordat, zodra het 3D-bestand gereed is, de oriëntatie, vulling en ondersteuning gekozen zijn en het printproces is gestart, er geen verdere instellingen nodig zijn en het printen meestal slechts enkele uren duurt. De nabewerking is afhankelijk van het bewerkingsproces en de eisen van het 2D-bestand.
CNC-bewerking. In vergelijking met 3D-printen is het CNC-bewerkingsproces arbeidsintensiever en vereist het meer operators en instellingen. Ervaren machinisten selecteren materialen, machines, programmering, gereedschap en hun rotatiesnelheden, snijpaden, positioneren handmatig opspaninrichtingen en bouwen zelfs van tevoren op maat gemaakte opspaninrichtingen. Dit verlengt de bewerkingstijd. Bovendien kunnen hier nabewerkingstechnieken zoals anodiseren, elektroforese, enz. worden uitgevoerd, wat extra tijd in beslag kan nemen.
Martin zei: "Als u bij DDPROTOTYPE ABS kiest voor het bewerken van 50 stuks middelcomplexe onderdelen, is de doorlooptijd met FDM-technologie gemiddeld 1 werkdag, terwijl voor CNC-bewerking de doorlooptijd 3 dagen is. Als je meer dan 500 onderdelen moet produceren, komt de productie-efficiëntie van CNC-bewerking in het spel, die veel sneller is dan 3D-printen vanwege de herhaalbaarheid van CNC-bewerking.” Hoewel sommige printers op de markt indrukwekkende afdruksnelheden hebben, wordt bij 3D-printen over het algemeen meer gebruikt voor prototyping dan voor productie. Sommige onderdelen met een eenvoudige structuur kunnen op een CNC in enkele minuten worden bewerkt, maar op een 3D-printer kan dit uren duren.
5，Modelcomplexiteit
3D-printen. Met 3D-printen kunnen onderdelen van elke vorm worden geproduceerd met zeer weinig geometrische beperkingen. De meeste 3D-technologieën, zoals FDM of SLM/DMLS, vereisen ondersteuningsstructuren die tijdens de nabewerking kunnen worden verwijderd. Elk vrijgevormd plastic onderdeel kan eenvoudig worden vervaardigd met behulp van poederfusieprocessen zoals SLS of Multi Jet Fusion (MJF), en er zijn geen ondersteuningen nodig. 3D-printen biedt de mogelijkheid om zeer complexe geometrieën te produceren.
CNC-bewerking. CNC-machines kunnen natuurlijk ook vrij complexe onderdelen bewerken. Vaak is het bij de productie van complexe onderdelen nodig om de positie tijdens het bewerkingsproces te herpositioneren en vast te zetten, omdat zelfs met 5-assige CNC-machines het gereedschap soms niet alle oppervlakken van het onderdeel kan bereiken.
6. Kosten
Alleen al het bespreken van de prijs, het verschil tussen CNC-frezen en 3D-printen lijkt niet tot een juiste conclusie te leiden. Dit varieert met verschillende factoren, zoals materiaal, hoeveelheid, moeilijkheidsgraad van verwerking, enz.
Ongeacht het maken van 1 onderdeel of 100 onderdelen, de kosten van een enkel onderdeel gemaakt door 3D-printen blijven in principe hetzelfde en zijn meestal lager dan bij CNC-bewerking. Voor grotere hoeveelheden onderdelen, zoals 100+, is CNC-bewerking voordeliger. Volgens Martin is een van onze meest voorkomende misvattingen dat CNC-bewerkingsdiensten duur zijn. In feite kan CNC-prototyping al beginnen vanaf ongeveer $ 20 per onderdeel, waarbij de eenheidsprijzen dramatisch dalen naarmate er meer hoeveelheden worden vervaardigd.
7. Milieubescherming
CNC-bewerking begint met een blank en gebruikt verschillende gereedschappen om overtollig materiaal te verwijderen. Als gevolg hiervan blijven grote hoeveelheden fijn stof en kleine stukjes materiaal achter die niet kunnen worden teruggewonnen en moeten worden gereinigd en afgevoerd. Bij het 3D-printproces daarentegen worden grondstoffen in de printer gevoerd om het onderdeel laag voor laag op te bouwen. Dit proces vereist alleen het gebruik van grondstoffen, geen rommel of afval, dus het is een milieuvriendelijker productieproces.
8. Case studies
We bestuderen het verschil tussen CNC-bewerking en 3D-printen aan de hand van twee voorbeelden, die intuïtiever en begrijpelijker lijken. Dit zijn 2 projecten die DDPROTOTYPE in 2021 heeft uitgevoerd. We nemen de verwerking van kunststof omhulsels en verwerking van metalen beugels als voorbeelden.
Prototype van een kunststof behuizing. Het produceren van een kunststof behuizing voor elektronica is een cruciale stap vóór massaproductie. Snelle productie, lage kosten en een kortere ontwikkeltijd zijn eisen van de klant. De behuizing van de elektronica bevat kliksluitingen, scharnieren, in elkaar grijpende verbindingen en andere bevestigingsmiddelen. Al deze functies kunnen worden gerealiseerd met CNC-bewerking of 3D-printen (FDM of SLS). Zeer nauwkeurige en esthetisch aantrekkelijke kunststof prototypes kunnen met zowel CNC als SLS worden gemaakt, maar FDM voor desktopgebruik heeft kortere verwerkingstijden en lagere kosten. DDPROTOTYPE vat de vergelijking van beide processen samen, zoals weergegeven in de tabel.
CNC-bewerking | Desktop-FDM | SLS | |
Kosten | $$ | $ | $$ |
Veelgebruikt materiaal | ABS (nylon) | PLA, ABS, nylon | Nylon |
Verzending | 5 dagen | 1.5 dagen | 2Days |
Nauwkeurigheid | ± 0.121mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Goedkoop prototype van een behuizing gemaakt met FDM 3D Printing
Metalen prototype van een waaier. Metalen waaiers kunnen onder hoge belasting en temperatuur werken en moeten in precisieassen passen. De klant stelt hogere eisen aan de afmetingen van de waaier en de materiaalkwaliteit.
CNC-bewerking | SLM/DMLS | Bindmiddelspuiten | |
Kosten | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Gemeenschappelijke materialen | Aluminium, roestvrij staal, messing | Roestvrij staal, aluminium, titanium, inconel kobaltchroom | Roestvrij staal, Inconel-kobaltchroom, wolfraam, carbide |
Nauwkeurigheid | ± 0.022 mm | ± 0.108 mm | ± 0.214 mm |
Mechanisch gedrag | Very Good | Very Good | Goed |
9. Snelle samenvatting
Er is geen duidelijk antwoord, geen technologie die gewapend is met alle voordelen, en zowel CNC-bewerking als 3D-printen heeft zijn unieke voor- en nadelen, die afhankelijk zijn van factoren zoals materiaal, doorlooptijd, geometrische complexiteit, precisie, hoeveelheid en budget . DDPROTOTYPE heeft ter referentie zorgvuldig een vergelijkingstabel samengesteld.
CNC-bewerking | 3d printen | |
Mechanische eigenschappen | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Prototyping | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Kosten | Goedkoper voor middelgrote series | Goedkoper voor kleine series |
Doorlooptijd | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Polymeer selectie | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Ontwerp complexiteit | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Dimensionale nauwkeurigheid | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Details en resolutie | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Grote onderdeelgrootte | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Goed-⭐ Beter-⭐⭐ Best-⭐⭐⭐ | ||
10. Tips voor het kiezen van de juiste productiemethode
Voordat u het juiste productieproces kiest, raadpleegt u de tips voordat u de definitieve beslissing neemt.
Welke invloed heeft de hoeveelheid op de keuze van de productiemethode? De keuze voor 3D-printen is het overwegen waard wanneer u kleine partijen onderdelen nodig heeft (minder dan 50 stuks). Wanneer de hoeveelheid 100 tot 1000 stuks bereikt, zou CNC-bewerking beter zijn.
Zijn de geproduceerde onderdelen complex? Voor kleine maar zeer complexe custom onderdelen is 3D printen vaak goedkoper en sneller. CNC-bewerking vereist meer operators en instellingen, en kost over het algemeen meer dan 3D-printen.
Welke materialen zijn nodig? Omdat CNC-bewerking een meer volwassen technologie is, is er een breder scala aan compatibele materialen. Maar voor metalen superlegeringen die erg moeilijk te verwerken zijn, zoals titanium of flexibel TPU, is het verstandiger om te kiezen voor 3D-printen.
