CNC verspanen of 3D printen voor uw project?

CNC verspanen of 3D printen voor uw project?

Ongeveer tien jaar geleden domineerde nieuws over 3D-geprinte vuurwapens de krantenkoppen in de productiepers, en 3D-printen is vandaag de dag nog steeds een hot topic. Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie is de technologie van 3D-printen steeds volwassener geworden en worden de vervaardigde plastic of metalen onderdelen op verschillende gebieden gebruikt, maar ze hebben het traditionele productieproces niet volledig vervangen, zoals CNC-bewerking, vacuüm gieten, spuitgieten, etc. Dit zorgt dus voor verwarring bij ontwerpers. Als ik een prototype of een klein batchproject heb, hoe kies ik dan de meest geschikte verwerkingstechnologie? In dit bericht deel ik enkele technische richtlijnen over: CNC-bewerking en 3D-printen om u te helpen begrijpen hoe de twee verschillen in meerdere dimensies, zoals nauwkeurigheid, materialen, kosten, kwaliteit, efficiëntie en snelheid om uw project te bepalen Kies tussen CNC-bewerking of 3D afdrukken.

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 productie proces dat begint met een massief stuk materiaal (vaak een blanco genoemd) en vervolgens een gereedschap gebruikt om overtollig materiaal te snijden en te verwijderen om een ​​onderdeel te maken. Het is een van de meest populaire productiemethoden voor prototypes en productieonderdelen van kleine tot grote volumes, met herhaalbaarheid, hoge dimensionale precisie, hoge oppervlakteafwerking en compatibiliteit met vele materialen, waaronder hout, metaal en plastic.

cnc draaien
  • 3d printen.3D-printen werkt in de tegenovergestelde richting en is een additief productieproces. Hoewel CAD- en CAM-software ook wordt gebruikt om onderdelen op maat te tekenen en te maken, begint het niet met het snijden van materiaal, maar met behulp van plastic filament (FDM), hars (SLA/DLP), plastic of metaalpoeder (SLS/DMLS/SLM), enz. Materiaal wordt laag voor laag toegevoegd en uitgehard totdat het eindproduct is gemaakt. 3D-printen heeft de mogelijkheid om complexe geometrieën, hoge nauwkeurigheid, snelle doorlooptijd en, in sommige gevallen, lagere onderdeelkosten te creëren.

3d printen
  • Off topic. Als je CNC-machines en 3D-printers combineert en ze samenvoegt tot een apparaat dat beide voordelen heeft, is het dan een no-brainer? Practitioners die dit gekke idee hebben, zoals de ZMorph 2.0 SX, die zowel op de markt wordt gebracht als een 3-assige CNC-freesmachine en ook als 3D-printer kan worden gebruikt. Bovendien hebben verschillende bedrijven onlangs succesvolle Kickstarter-campagnes voltooid met behulp van deze gecombineerde machines, zoals de 3-in-1 3D-printer van Mooz. Momenteel bevindt een dergelijke compatibele machine zich nog in de verkennende fase.

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 wordt het meest gebruikt bij CNC-bewerkingen. Volgens Martin, een ingenieur bij DDPROTOTYPE, een fabrikant van geavanceerde prototypes in China, "is 70% van ons materiaal aluminium en worden de verschillende onderdelen die we maken in verschillende industrieën gebruikt." Aluminium is een recyclebaar materiaal met goede eigenschappen en gemakkelijke verwerking, andere veelgebruikte metalen zijn roestvrij staal, magnesiumlegeringen, zinklegeringen, titaniumlegeringen, koper, enz.

  • 3d printen.Veelgebruikte thermoplasten voor 3D-printen zijn ABS, PLA, nylon, ULTEM en andere fotopolymeren. 3D-printers kunnen ook onderdelen printen voor keramiek en zelfs menselijke implantaten. De metalen die het meest worden gebruikt bij 3D-printen zijn aluminium, roestvrij staal, titanium en Inconel. Het is belangrijk op te merken dat er dure 3D-geprinte industriële machines (waarschijnlijk meer dan $ 100,000) nodig zijn. Sommige materialen, zoals superlegeringen of TPU (flexibele materialen) kunnen niet CNC worden bewerkt, dus moeten productieprocessen zoals 3D-printen of rapid tooling worden gebruikt. 3D-printen kan geen hout verwerken omdat geen enkel materiaal echt hout kan nabootsen.

Vergelijking van veelgebruikte materialen.

Manufacturing Process

Plastic

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 afdrukken Van technieken zoals MJF en FDM is bekend dat ze uitblinken in snelle productie bij het vervaardigen van kleinere hoeveelheden onderdelen, afhankelijk van de geometrie en grootte van het onderdeel. Dit komt omdat zodra het 3D-bestand klaar is, de oriëntatie, vulling en ondersteuningen kiest en op de knop klikt, er geen extra instellingen nodig zijn en het meestal slechts enkele uren duurt voordat het onderdeel is voltooid. Nabewerking is afhankelijk van het bewerkingsproces en de vereisten van het 2D-bestand.

CNC-bewerking. Vergeleken met 3D-printen is het proces van CNC-bewerking arbeidsintensief en vereist meer operators en instellingen. Ervaren machinisten selecteren materialen, machines, programmering, gereedschappen en hun rotatiesnelheden, snijpaden, handmatig positioneren van opspanningen en bouwen zelfs van tevoren aangepaste opspanningen. Dit verlengt de verwerkingstijd. Bovendien kunnen hier nabewerkingstechnieken zoals anodiseren, elektroforese, enz. worden afgewerkt die mogelijk meer tijd vergen.

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 delen van elke vorm worden verwerkt met zeer weinig geometrische beperkingen op het onderdeel. De meeste 3D-technologieën zoals FDM of SLM/DMLS vereisen ondersteuningsstructuren die tijdens de nabewerking kunnen worden verwijderd. Elk plastic onderdeel in vrije vorm kan eenvoudig worden gefabriceerd met behulp van poederfusieprocessen zoals SLS of Multi Jet Fusion (MJF), en er zijn geen ondersteuningen nodig. Het vermogen van 3D-printen om zeer complexe geometrieën te vervaardigen.

CNC-bewerking. Natuurlijk kan CNC ook vrij complexe onderdelen bewerken. Om complexe onderdelen te maken, is het vaak nodig om tijdens het bewerkingsproces opnieuw te spiegelen en de positie te fixeren, omdat zelfs bij 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 kunststof behuizing. Het vervaardigen van een plastic omhulsel voor elektronica is een cruciale stap voor massaproductie. Snelle productie, lage kosten en kortere ontwikkeltijd zijn de eisen van de klant. Er zijn drukknopen, levende scharnieren, in elkaar grijpende verbindingen en andere bevestigingsmiddelen in de elektronische behuizing enz. Deze functies kunnen allemaal worden bereikt door CNC-bewerking of 3D-printen (FDM of SLS). Zeer nauwkeurige en esthetisch aantrekkelijke plastic prototypes kunnen worden gemaakt met CNC of SLS, maar FDM van desktopkwaliteit heeft kortere verwerkingstijden en lagere kosten. DDPROTOTYPE vat de vergelijking van elk proces 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 waaier.Metalen waaiers kunnen onder hoge belastingen en temperaturen werken en moeten in precisie-assen passen. De klant eist dat de afmeting van de waaier nauwkeuriger is en de materiaalkwaliteit beter.

CNC-bewerking-voor-Multi-blade-waaier
 

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.