Obróbka CNC czy druk 3D dla Twojego projektu?

Obróbka CNC czy druk 3D dla Twojego projektu?

Około dekady temu wiadomości o broni palnej drukowanej w 3D zdominowały nagłówki w prasie produkcyjnej, a druk 3D jest nadal gorącym tematem. Wraz z rozwojem nauki i techniki technologia druku 3D stawała się coraz bardziej dojrzała, a wytwarzane części z tworzyw sztucznych czy metalu znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach, jednak nie zastąpiły całkowicie tradycyjnego procesu wytwórczego, jakim jest obróbka CNC, obróbka próżniowa odlewanie, formowanie wtryskowe itp. Powoduje to zamieszanie wśród projektantów. Jeśli mam prototyp lub mały projekt wsadowy, jak wybrać najbardziej odpowiednią technologię przetwarzania? W tym poście podzielę się kilkoma wskazówkami technicznymi dot Obróbka CNC i druk 3D, aby pomóc Ci zrozumieć, w jaki sposób różnią się one w wielu wymiarach, takich jak dokładność, materiały, koszt, jakość, wydajność i szybkość, aby określić projekt Wybierz między obróbką CNC lub 3D drukowanie.

1,Wytwarzanie subtraktywne i addytywne

Główna różnica między nimi polega na tym, że obróbka CNC to produkcja subtraktywna, podczas gdy drukowanie 3D to produkcja addytywna.

  • Obróbka CNC. Jak wszyscy wiemy, obróbka CNC jest procesem odejmowania produkcja proces, który rozpoczyna się od solidnego kawałka materiału (często nazywanego wykrojem), a następnie wykorzystuje narzędzie do cięcia i usuwania nadmiaru materiału w celu utworzenia części. Jest to jedna z najpopularniejszych metod produkcji prototypów oraz części produkowanych w małych i dużych ilościach, charakteryzująca się powtarzalnością, wysoką precyzją wymiarową, wysokim wykończeniem powierzchni i kompatybilnością z wieloma materiałami, w tym drewnem, metalem i tworzywami sztucznymi.

toczenie cnc
  • drukowanie 3d.Druk 3D działa w przeciwnym kierunku i jest procesem wytwarzania addytywnego. Chociaż oprogramowanie CAD i CAM jest również używane do rysowania i tworzenia niestandardowych części, nie zaczyna się od cięcia materiału, ale od użycia filamentu z tworzywa sztucznego (FDM), żywicy (SLA/DLP), proszku z tworzywa sztucznego lub metalu (SLS/DMLS/SLM), itp. Materiał jest dodawany i utwardzany warstwa po warstwie, aż do powstania produktu końcowego. Druk 3D umożliwia tworzenie skomplikowanych geometrii, dużą dokładność, szybki czas realizacji i, w niektórych przypadkach, niższy koszt części.

Druk 3D
  • Poza tematem. Jeśli połączysz maszyny CNC i drukarki 3D i złożysz je w urządzenie, które ma obie zalety, czy jest to oczywiste? Praktycy, którzy wpadli na ten szalony pomysł, jak ZMorph 2.0 SX, który jest sprzedawany zarówno jako 3-osiowa frezarka CNC, jak i może być również używany jako drukarka 3D. Ponadto kilka firm przeprowadziło ostatnio udane kampanie na Kickstarterze, korzystając z tych połączonych maszyn, takich jak drukarka 3D 1-w-3 firmy Mooz. Obecnie taka kompatybilna maszyna jest wciąż w fazie eksploracyjnej.

2. Porównanie użytych materiałów.

  • Zarówno obróbka CNC, jak i drukowanie 3D są kompatybilne z szeroką gamą materiałów, w tym z tworzywami sztucznymi i metalami. Druk 3D jest bardziej ukierunkowany na wytwarzanie części z tworzyw sztucznych. Obecnie to się zmienia, a producenci tacy jak 3D Systems, Arcam, Desktop Metal i Markforged opracowują lepsze i tańsze sposoby drukowania metali w 3D.

  • Obróbka CNC.Do najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych w obróbce CNC należą między innymi ABS, nylon (PA66), poliwęglan (PC), akryl (PMMA), polipropylen (PP), POM i PEEK. Aluminium jest najczęściej stosowane w obróbce CNC. Według Martina, inżyniera z DDPROTOTYPE, chińskiego producenta zaawansowanych prototypów, „70% naszego materiału to aluminium, a różne wytwarzane przez nas części są wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu”. Aluminium jest materiałem nadającym się do recyklingu o dobrych właściwościach i łatwym przetwarzaniu, inne powszechnie stosowane metale to stal nierdzewna, stopy magnezu, stopy cynku, stopy tytanu, miedź itp.

  • drukowanie 3d.Powszechnie stosowane tworzywa termoplastyczne do druku 3D to ABS, PLA, nylon, ULTEM i inne fotopolimery. Drukarki 3D mogą również drukować części do ceramiki, a nawet ludzkie implanty. Metale najczęściej używane w druku 3D to aluminium, stal nierdzewna, tytan i Inconel. Należy zauważyć, że wymagane są drogie maszyny przemysłowe drukowane w 3D (prawdopodobnie powyżej 100,000 3 USD). Niektórych materiałów, takich jak superstopy lub TPU (materiały elastyczne), nie można obrabiać CNC, dlatego należy zastosować procesy produkcyjne, takie jak drukowanie 3D lub szybkie oprzyrządowanie. Druk XNUMXD nie może przetwarzać drewna, ponieważ żaden materiał nie może symulować prawdziwego drewna.

Porównanie powszechnie stosowanych materiałów.

Proces produkcji

Plastik

Metal

Obróbka CNC

ABS, nylon, poliwęglan, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK itp.

Aluminium, stal nierdzewna, stop magnezu, stop cynku, stop tytanu, miedź itp.

drukowanie 3d

ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (materiał elastyczny) itp.

Aluminium, stal nierdzewna, tytan, inconel itp.

  • Źródło danych DDPROTOTYPE.

3. Dokładność i wielkość obrabianych części

Według zespołu DDPROTOTYPE, opierając się na dużym doświadczeniu, „w zakresie tolerancji obróbka CNC przewyższa wszystkie procesy drukowania 3D, nawet DMLS”. Jeśli twoje części muszą mieć wąskie tolerancje, drukowanie 3D może nie być najlepszym wyborem.

  • Obróbka CNC. Obróbka CNC pozwala uzyskać bardzo wąskie tolerancje i lepsze wykończenie powierzchni, takie jak 0.005 mm, i może być dokładnie obrabiana dla bardzo dużych i bardzo małych części. Ze względu na zaokrąglony charakter narzędzia, wewnętrzne rogi zawsze mają promień, ale zewnętrzne powierzchnie mogą mieć bardzo ostre krawędzie.

  • drukowanie 3d. Różne drukarki 3D oferują różną dokładność wymiarową. Minimalna grubość ścianki jest ograniczona wielkością wykonania końcowego (np. średnica dyszy w FDM lub wielkość plamki lasera w SLS). Ponieważ części są budowane warstwa po warstwie, końcowa część może mieć linie warstw, szczególnie na zakrzywionych częściach. Maszyny klasy przemysłowej mogą wytwarzać części o bardzo dobrych tolerancjach. Jeśli wymagane są wąskie tolerancje, podczas obróbki końcowej wymagana jest obróbka skrawaniem. To dodaje dodatkowy krok i jest mniej wydajne niż obróbka CNC.

Poniższa tabela zawiera tolerancje, grubości ścianek i maksymalne rozmiary części dla różnych technologii

Proces produkcji

Tolerancja

min. Grubość warstwy

Maks. budować objętość

CNC

± 0.005 – 0.125 mm

głębokość cięcia 0.01 mm

Do 2000 x 800 x 1000 mm

SLS

± 0.3 mm

0.1-1.5 mm

Do 340 x 340 x 605 mm

FDM

± 0.3 mm

0.2-0.8 mm

do 914 x 610 x 914 mm

MJF

± 0.3 mm

0.08 mm

do 380 x 284 x 380 mm

DMLS

± 0.1 mm

0.4mm

Do 230 x 150 x 150 mm

  • Źródło danych DDPROTOTYPE.

Jak widać na ikonie, obróbka CNC może wytwarzać większe i bardziej precyzyjne części niż zwykłe techniki drukowania 3D, takie jak FDM, SLS lub MJF itp. W przypadku części w sprzęcie medycznym, lotniczym i innych dziedzinach wymagających wysokiej precyzji, obróbka CNC jest idealnym wyborem.

4. Prędkość

3D drukowanie Techniki takie jak MJF i FDM są znane z tego, że przodują w szybkiej produkcji przy wytwarzaniu mniejszych ilości części, w zależności od geometrii i rozmiaru części. Dzieje się tak dlatego, że po przygotowaniu pliku 3D, wybraniu orientacji, wypełnienia i podpór oraz kliknięciu przycisku nie jest wymagana żadna dodatkowa konfiguracja, a ukończenie części zajmuje zwykle tylko kilka godzin. Obróbka końcowa zależy od procesu obróbki i wymagań pliku 2D.

Obróbka CNC. W porównaniu do druku 3D, proces obróbki CNC jest pracochłonny i wymaga większej liczby operatorów i ustawień. Wykwalifikowani mechanicy wybierają materiały, maszyny, programy, narzędzia i ich prędkości obrotowe, ścieżki cięcia, ręcznie pozycjonują osprzęt, a nawet budują z wyprzedzeniem osprzęt niestandardowy. Wydłuża to czas przetwarzania. Ponadto można tutaj zakończyć techniki obróbki końcowej, takie jak anodowanie, elektroforeza itp., co może wymagać więcej czasu.

Martin powiedział: „W DDPROTOTYPE, jeśli wybierzesz ABS do obróbki 50 sztuk średnio złożonych części, czas realizacji w technologii FDM wynosi średnio 1 dzień roboczy, podczas gdy w przypadku obróbki CNC czas realizacji wynosi 3 dni. Jeśli potrzebujesz wyprodukować ponad 500 sztuk części, w grę wchodzi wydajność produkcji obróbki CNC, która jest znacznie szybsza niż drukowanie 3D ze względu na powtarzalność obróbki CNC”. Podczas gdy niektóre drukarki na rynku mają imponującą prędkość drukowania, drukowanie 3D generalnie wykorzystuje więcej do prototypowania niż do produkcji. W przypadku niektórych części o prostej strukturze można je obrobić w ciągu kilku minut na CNC, ale może to zająć wiele godzin na drukarce 3D.

5, złożoność modelu

drukowanie 3d. Druk 3D może przetwarzać części o dowolnym kształcie z bardzo niewielkimi ograniczeniami geometrycznymi na części. Większość technologii 3D, takich jak FDM lub SLM/DMLS, wymaga struktur pomocniczych, które można usunąć podczas przetwarzania końcowego. Każda część z tworzywa sztucznego o dowolnym kształcie może być łatwo wyprodukowana przy użyciu procesów stapiania proszków, takich jak SLS lub Multi Jet Fusion (MJF), i nie są wymagane żadne podpory. Zdolność druku 3D do wytwarzania bardzo złożonych geometrii.

Obróbka CNC. Oczywiście CNC może również obrabiać dość skomplikowane części. Często, aby wykonać skomplikowane części, konieczne jest ponowne odwrócenie i ustalenie pozycji podczas procesu obróbki, ponieważ nawet w przypadku 5-osiowych maszyn CNC czasami narzędzie nie może dotrzeć do wszystkich powierzchni przedmiotu.

6. Kosztować

Samo omówienie ceny, różnica między frezowaniem CNC a drukowaniem 3D nie wydaje się prowadzić do dokładnego wniosku. Różni się to w zależności od różnych czynników, takich jak materiał, ilość, trudność przetwarzania itp.

Bez względu na to, czy wyprodukowano 1 część, czy 100 części, koszt pojedynczej części wykonanej za pomocą druku 3D pozostaje w zasadzie taki sam i jest zwykle niższy niż w przypadku obróbki CNC. W przypadku większych ilości części, takich jak 100+, obróbka CNC jest bardziej ekonomiczna. Według Martina, jednym z naszych najczęstszych błędnych przekonań jest to, że usługi obróbki CNC są drogie. W rzeczywistości prototypowanie CNC może rozpocząć się już od około 20 USD za część, a ceny jednostkowe drastycznie spadają w miarę produkcji większej ilości.

7. Ochrona środowiska

Obróbka CNC rozpoczyna się od półwyrobu i wykorzystuje różne narzędzia do usuwania nadmiaru materiału. W rezultacie pozostawiane są duże ilości drobnego pyłu i małych kawałków materiału, których nie można odzyskać, co wymaga oczyszczenia i utylizacji. Z drugiej strony w procesie drukowania 3D surowce są podawane do drukarki w celu zbudowania części warstwa po warstwie. Ten proces wymaga jedynie użycia surowców, bez bałaganu i odpadów, więc jest to proces produkcyjny bardziej przyjazny dla środowiska.

8. Studia przypadków

Różnicę między obróbką CNC a drukiem 3D badamy na dwóch przykładach, które wydają się bardziej intuicyjne i zrozumiałe. To są 2 projekty, które DDPROTOTYPE zrealizowało w 2021 roku. Przykładami są obróbka plastikowych skorup i wsporników metalowych.

Prototyp plastikowej obudowy. Wytwarzanie plastikowej obudowy dla elektroniki jest kluczowym krokiem przed masową produkcją. Szybka produkcja, niski koszt i skrócony czas rozwoju to wymagania klientów. W obudowie elektroniki znajdują się zatrzaski, ruchome zawiasy, połączenia blokujące i inne elementy złączne. Wszystkie te funkcje można osiągnąć za pomocą obróbki CNC lub drukowania 3D (FDM lub SLS). Precyzyjne i estetyczne prototypy z tworzywa sztucznego można wykonać za pomocą CNC lub SLS, ale FDM klasy stacjonarnej ma krótszy czas przetwarzania i niższe koszty. DDPROTOTYPE podsumowuje porównanie każdego procesu, jak pokazano w tabeli.

 

Obróbka CNC

Pulpit FDM

SLS

Koszty:

$$

$

$$

Powszechnie stosowany materiał

ABS, nylon

PLA, ABS, nylon

Nylon

Dostawa

5 dni

Dni 1.5

2Days

Dokładność

± 0.121mm

± 0.485 mm

± 0.287 mm

  • Prototyp niedrogiej obudowy wykonany w technologii FDM 3D Printing

Metalowy prototyp wirnika.Metalowe wirniki mogą pracować pod dużymi obciążeniami i temperaturami i muszą pasować do precyzyjnych wałów. Klient wymaga, aby wymiar wirnika był dokładniejszy, a jakość materiału lepsza.

Obróbka CNC dla wirnika wielołopatkowego
 

Obróbka CNC

SLM/DMLS

Natryskiwanie spoiwem

Koszty:

$$

$ $ $ $

$ $ $

Wspólne materiały

Aluminium, stal nierdzewna, mosiądz

Stal nierdzewna, aluminium, tytan, inconel kobalt chrom

Stal nierdzewna, Inconel Kobalt Chrom, Wolfram, Węglik

Dokładność

± 0.022 mm

± 0.108 mm

± 0.214 mm

Zachowanie mechaniczne

bardzo dobry

bardzo dobry

Dobry

9. Szybkie podsumowanie

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi, nie ma technologii uzbrojonej we wszystkie zalety, a zarówno obróbka CNC, jak i druk 3D ma swoje unikalne zalety i wady, które będą zależały od takich czynników, jak materiał, czas realizacji, złożoność geometryczna, precyzja, ilość i budżet . DDPROTOTYPE starannie podsumował tabelę porównawczą w celach informacyjnych.

 

Obróbka CNC

drukowanie 3d

Właściwości mechaniczne

⭐⭐⭐

Prototypowanie

⭐⭐⭐

Koszty:

Tańsze dla średnich i dużych serii

Taniej przy małych seriach

Czas realizacji

⭐⭐⭐

Wybór polimeru

⭐⭐

⭐⭐⭐

Złożoność projektu

⭐⭐

⭐⭐⭐

Dokładność wymiarowa

⭐⭐⭐

Szczegóły i rozdzielczość

⭐⭐⭐

⭐⭐

Duży rozmiar części

⭐⭐⭐

Dobry-⭐lepszy-⭐⭐najlepszy-⭐⭐⭐

10. Wskazówki dotyczące wyboru właściwej metody produkcji

Przed wyborem odpowiedniego procesu produkcyjnego zapoznaj się ze wskazówkami przed podjęciem ostatecznej decyzji.

  • Jak ilość wpływa na wybór metody produkcji? Wybór druku 3D warto rozważyć, gdy potrzebne są małe partie części (poniżej 50 sztuk). Gdy ilość osiągnie 100 do 1000 sztuk, obróbka CNC byłaby lepsza.

  • Czy produkowane części są złożone? W przypadku niewielkich ilości, ale bardzo złożonych części niestandardowych, drukowanie 3D jest często tańsze i szybsze. Obróbka CNC wymaga większej liczby operatorów i konfiguracji oraz generalnie kosztuje więcej niż drukowanie 3D.

  • Jakie materiały są wymagane? Ponieważ obróbka CNC jest bardziej dojrzałą technologią, istnieje szerszy zakres kompatybilnych materiałów. Jednak w przypadku materiałów z nadstopów metali, które są bardzo trudne w obróbce, takich jak tytan lub elastyczny TPU, rozsądniej jest wybrać druk 3D.