Følg meg på: 
CNC-bearbeiding eller 3D-utskrift for prosjektet ditt?
For omtrent et tiår siden dominerte nyheter om 3D-printede skytevåpen overskriftene i produksjonspressen, og 3D-printing er fortsatt et hett tema i dag. Med utviklingen av vitenskap og teknologi har teknologien for 3D-printing blitt mer og mer moden, og de produserte plast- eller metalldelene brukes på ulike felt, men de har ikke fullstendig erstattet den tradisjonelle produksjonsprosessen, som CNC-maskinering, vakuumstøping, sprøytestøping osv. Så dette skaper forvirring for designere. Hvis jeg har en prototype eller et lite batchprosjekt, hvordan velger jeg den mest passende prosesseringsteknologien? I dette innlegget vil jeg dele noen tekniske retningslinjer for CNC-maskinering og 3D-printing for å hjelpe deg å forstå hvordan de to skiller seg i flere dimensjoner som nøyaktighet, materialer, kostnad, kvalitet, effektivitet og hastighet for å bestemme prosjektet ditt. Velg mellom CNC-maskinering eller 3D -printing.
1, Subtraktiv og additiv produksjon
Hovedforskjellen mellom de to er at CNC-maskinering er subtraktiv produksjon, mens 3D-utskrift er additiv produksjon.
CNC-maskinering. Som vi alle vet, er CNC-maskinering en subtraktiv produksjonsprosess som starter med et solid stykke materiale (ofte kalt et emne) og deretter bruker et verktøy til å kutte og fjerne overflødig materiale for å lage en del. Det er en av de mest populære produksjonsmetodene for prototyper og deler i små til store volum, med repeterbarhet, høy dimensjonal presisjon, høy overflatefinish og kompatibilitet med mange materialer, inkludert tre, metall og plast.
3D-printing. 3D-printing fungerer i motsatt retning og er en additiv produksjonsprosess. Selv om CAD- og CAM-programvare også brukes til å tegne og lage tilpassede deler, starter det ikke med å skjære materiale, men bruker plastfilament (FDM), harpiks (SLA/DLP), plast- eller metallpulver (SLS/DMLS/SLM), osv. Materiale legges til og herdes lag for lag til det endelige produktet er laget. 3D-printing har evnen til å lage komplekse geometrier, høy nøyaktighet, rask behandlingstid og i noen tilfeller lavere delekostnader.
Off-topic . Hvis du kombinerer CNC-maskiner og 3D-printere og setter dem sammen til en enhet som har begge fordeler, er det en selvfølge? Utøvere som har denne vanvittige ideen, som ZMorph 2.0 SX, som både markedsføres som en 3-akset CNC-fresemaskin og også kan brukes som en 3D-printer. I tillegg har flere selskaper nylig fullført vellykkede Kickstarter-kampanjer som bruker disse kombinerte maskinene, for eksempel Mooz' 3-i-1 3D-printer. For øyeblikket er en slik kompatibel maskin fortsatt i utforskningsfasen.
2. Sammenligning av brukte materialer.
Både CNC-maskinering og 3D-utskrift er kompatible med et bredt spekter av materialer, inkludert plast og metaller. 3D-printing er mer rettet mot å lage plastdeler. Dette er for tiden i endring, med produsenter som 3D Systems, Arcam, Desktop Metal og Markforged som utvikler bedre og billigere måter å 3D-printe metaller på.
CNC-maskinering. De mest brukte plasttypene i CNC-maskinering inkluderer blant annet ABS, nylon (PA66), polykarbonat (PC), akryl (PMMA), polypropylen (PP), POM og PEEK. Aluminium er det mest brukte materialet i CNC-maskinering. Ifølge Martin, ingeniør hos DDPROTOTYPE, en avansert prototypeprodusent i Kina, er «70 % av materialet vårt aluminium, og de forskjellige delene vi lager brukes i forskjellige bransjer.» Aluminium er et resirkulerbart materiale med gode egenskaper og enkel bearbeiding, andre vanlige metaller inkluderer rustfritt stål, magnesiumlegeringer, sinklegeringer, titanlegeringer, kobber osv.
3D-printing. Vanlig brukte termoplaster for 3D-printing inkluderer ABS, PLA, nylon, ULTEM og andre fotopolymerer. 3D-printere kan også printe deler til keramikk og til og med menneskelige implantater. Metallene som oftest brukes i 3D-printing inkluderer aluminium, rustfritt stål, titan og Inconel. Det er viktig å merke seg at dyre 3D-printede industrimaskiner (sannsynligvis oppover $100 000) er nødvendig. Noen materialer, som superlegeringer eller TPU (fleksible materialer), kan ikke CNC-maskineres, så produksjonsprosesser som 3D-printing eller hurtigverktøy må brukes. 3D-printing kan ikke bearbeide tre fordi ingen materialer kan simulere ekte tre.
Sammenligning av vanlige materialer.
Produksjonsprosess | Plast | Metall |
CNC Maskinering | ABS, nylon, polykarbonat, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK, etc. | Aluminium, rustfritt stål, magnesiumlegering, sinklegering, titanlegering, kobber, etc. |
3D-utskrift | ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (fleksibelt materiale), etc. | Aluminium, rustfritt stål, titan, Inconel, etc. |
Datakilde DDPROTOTYPE.
3. Nøyaktighet og størrelse på maskinerte deler
Ifølge DDPROTOTYPE-teamet, basert på betydelig erfaring, "for toleranser er CNC-maskinering overlegen alle 3D-utskriftsprosesser, til og med DMLS." Hvis delene dine trenger å ha stramme toleranser, er 3D-utskrift kanskje ikke det beste valget.
CNC maskinering. CNC-bearbeiding kan oppnå svært stramme toleranser og bedre overflatebehandling, slik som 0.005 mm, og kan maskineres nøyaktig for svært store til svært små deler. På grunn av verktøyets avrundede natur har de innvendige hjørnene alltid en radius, men de ytre overflatene kan ha svært skarpe kanter.
3D-utskrift. Ulike 3D-skrivere tilbyr forskjellig dimensjonsnøyaktighet. Minste veggtykkelse er begrenset av størrelsen på endeutførelsen (f.eks. dysediameter i FDM eller laserpunktstørrelse i SLS). Fordi deler bygges lag for lag, kan den siste delen ha laglinjer, spesielt på buede deler. Industrielle maskiner kan lage deler med svært gode toleranser. Hvis det kreves tette toleranser, kreves maskinering under etterbehandling. Dette legger til et ekstra trinn og er mindre effektiv enn CNC-maskinering.
Tabellen nedenfor viser toleranser, veggtykkelser og maksimale delstørrelser for ulike teknologier
Produksjonsprosess | Toleranse | Min. Lagtykkelse | Maks. bygge volum |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | skjæredybde 0.01 mm | Opptil 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5 mm | Opptil 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8 mm | opptil 914 x 610 x 914 mm |
M.J.F. | ± 0.3 mm | 0.08 mm | opptil 380 x 284 x 380 mm |
DMLS | ± 0.1 mm | 0.4mm | Opptil 230 x 150 x 150 mm |
Datakilde DDPROTOTYPE.
Som du kan se fra ikonet, kan CNC-maskinering produsere større og mer presisjonsdeler enn vanlige 3D-utskriftsteknikker, som FDM, SLS eller MJF osv. For deler innen medisinsk utstyr, romfart og andre felt som krever høy presisjon, CNC-maskinering er et ideelt valg.
4. Hastighet
3D-utskriftsteknikker som MJF og FDM er kjent for å utmerke seg ved rask produksjon ved produksjon av mindre mengder deler, avhengig av delens geometri og størrelse. Dette er fordi når 3D-filen er klar, velges retning, fyll og støtter, og klikkes på knappen, er det ikke nødvendig med ytterligere oppsett, og det tar vanligvis bare flere timer før delen er ferdig. Etterbehandling avhenger av maskineringsprosessen og kravene til 2D-filen.
CNC-maskinering. Sammenlignet med 3D-printing er CNC-maskinering arbeidskrevende og krever flere operatører og innstillinger. Dyktige maskinister velger materialer, maskiner, programmering, verktøy og rotasjonshastigheter, skjærebaner, plasserer inventar manuelt og bygger til og med tilpassede inventar på forhånd. Dette forlenger behandlingstiden. I tillegg kan etterbehandlingsteknikker som anodisering, elektroforese osv. fullføres her, noe som kan kreve mer tid.
Martin sa: "Hvis du hos DDPROTOTYPE velger ABS for å bearbeide 50 deler av middels komplekse deler, er behandlingstiden med FDM-teknologi 1 arbeidsdag i gjennomsnitt, mens behandlingstiden for CNC-bearbeiding er 3 dager. Hvis du trenger å produsere mer enn 500 deler av deler, kommer produksjonseffektiviteten til CNC-maskinering inn i bildet, som er mye raskere enn 3D-utskrift på grunn av repeterbarheten til CNC-maskinering.» Mens noen skrivere på markedet har imponerende utskriftshastigheter, bruker 3D-utskrift generelt mer til prototyping i stedet for produksjon. For noen enkeltstrukturerte deler kan de maskineres på få minutter på en CNC, men kan ta timer på en 3D-skriver.
5, Modellkompleksitet
3D-printing. 3D-printing kan behandle deler av enhver form med svært få geometriske begrensninger på delen. De fleste 3D-teknologier som FDM eller SLM/DMLS krever støttestrukturer som kan fjernes under etterbehandling. Enhver friformet plastdel kan enkelt fremstilles ved hjelp av pulverfusjonsprosesser som SLS eller Multi Jet Fusion (MJF), og ingen støtter er nødvendig. 3D-printings evne til å produsere svært komplekse geometrier.
CNC-maskinering. CNC kan selvfølgelig også maskinere ganske komplekse deler. For å lage komplekse deler er det ofte nødvendig å snu og fikse posisjonen under maskineringsprosessen, fordi selv med 5-aksede CNC-maskiner kan verktøyet noen ganger ikke nå alle overflater på komponenten.
6. Koste
Bare for å diskutere prisen, ser ikke forskjellen mellom CNC-fresing og 3D-utskrift ut til å føre til en nøyaktig konklusjon. Dette varierer med ulike faktorer, som materiale, mengde, bearbeidingsvansker osv.
Uansett å lage 1 del eller 100 deler, forblir kostnaden for en enkelt del laget ved 3D-utskrift stort sett den samme og er vanligvis lavere enn CNC-maskinering. For større mengder deler, for eksempel 100+, er CNC-bearbeiding mer økonomisk. I følge Martin er en av våre vanligste misoppfatninger at CNC-maskintjenester er dyre. Faktisk kan CNC-prototyping starte så lavt som rundt $20 per del, med enhetspriser som faller dramatisk etter hvert som flere kvanta produseres.
7. Miljøvern
CNC-bearbeiding starter med et emne og bruker forskjellige verktøy for å fjerne overflødig materiale. Som et resultat blir det etterlatt store mengder fint støv og små stykker materiale som ikke kan gjenvinnes, og som krever rengjøring og avhending. I 3D-utskriftsprosessen, derimot, mates råvarer inn i skriveren for å bygge delen lag for lag. Denne prosessen krever kun bruk av råvarer, ingen søl eller avfall, så det er en mer miljøvennlig produksjonsprosess.
8. Casestudier
Vi studerer forskjellen mellom CNC-maskinering og 3D-utskrift gjennom to eksempler, som ser ut til å være mer intuitive og forståelige. Dette er 2 prosjekter som DDPROTOTYPE har påtatt seg i 2021. Vi tar plastskallbearbeiding og metallbrakettbearbeiding som eksempler.
Prototype av plasthus. Produksjon av plastskall for elektronikk er et kritisk trinn før masseproduksjon. Rask produksjon, lave kostnader og forkortet utviklingstid er kundens krav. Det finnes trykknapper, levende hengsler, sammenlåsende skjøter og andre festemidler i elektronikkhuset osv. Disse funksjonene kan alle oppnås ved CNC-maskinering eller 3D-printing (FDM eller SLS). Høypresisjons og estetisk tiltalende plastprototyper kan lages med enten CNC eller SLS, men FDM i skrivebordskvalitet har kortere behandlingstider og lavere kostnader. DDPROTOTYPE oppsummerer sammenligningen av hver prosess, som vist i tabellen.
CNC-bearbeiding | Desktop FDM | SLS | |
Kostnad | $$ | $ | $$ |
Ofte brukt materiale | ABS, nylon | PLA, ABS, nylon | nylon |
Frakt | 5 dager | 1.5 dager | 2Days |
Nøyaktighet | ± 0.121 mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Lavpris boligprototype laget med FDM 3D-utskrift
Metallprototype av impeller. Metallimpeller kan operere under høye belastninger og temperaturer, og må passe inn i presisjonsaksler. Kunden krever at impellerens dimensjon er mer presis og at materialkvaliteten er bedre.
CNC Maskinering | SLM/DMLS | Binder jetting | |
Kostnad | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Vanlige materialer | Aluminium, rustfritt stål, messing | Rustfritt stål, aluminium, titan, Inconel koboltkrom | Rustfritt stål, Inconel koboltkrom, wolfram, karbid |
Nøyaktighet | ± 0.022 mm | ± 0.108 mm | ± 0.214 mm |
Mekanisk oppførsel | veldig bra | veldig bra | Flink |
9. Rask oppsummering
Det er ikke noe klart svar, ingen teknologi som er bevæpnet med alle fordeler, og både CNC-maskinering og 3D-printing har sine unike fordeler og ulemper, som vil avhenge av faktorer som materiale, ledetid, geometrisk kompleksitet, presisjon, mengde og budsjett . DDPROTOTYPE har nøye oppsummert et sammenligningsdiagram for din referanse.
CNC-bearbeiding | 3D-utskrift | |
Mekaniske egenskaper | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Prototyping | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Kostnad | Billigere for mellomstore serier | Billigere for små serier |
Turnaround tid | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Polymer utvalg | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Design kompleksitet | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Dimensjonsnøyaktighet | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Detaljer og oppløsning | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Stor delstørrelse | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Bra-⭐ Bedre-⭐⭐ Best-⭐⭐⭐ | ||
10. Tips for å velge riktig produksjonsmetode
Før du velger riktig produksjonsprosess, vennligst se tipsene før du tar den endelige avgjørelsen.
Hvordan påvirker kvantiteten valget av produksjonsmetode? Å velge 3D-utskrift er verdt å vurdere når du trenger små partier med deler (mindre enn 50 stykker). Når mengden når til 100 til 1000 stykker, ville CNC-maskinering være bedre.
Er delene som produseres komplekse? For små mengder, men svært komplekse tilpassede deler, er 3D-utskrift ofte billigere og raskere. CNC-maskinering krever flere operatører og oppsett, og koster generelt mer enn 3D-utskrift.
Hvilke materialer kreves? Siden CNC-maskinering er en mer moden teknologi, finnes det et bredere utvalg av kompatible materialer. Men for metallsuperlegeringsmaterialer som er svært vanskelige å behandle, som titan eller fleksibel TPU, er det lurere å velge 3D-utskrift.
