Śledź mnie na: 
Obróbka CNC czy druk 3D dla Twojego projektu?
Około dekady temu wiadomości o broni palnej drukowanej w 3D zdominowały nagłówki prasy produkcyjnej, a druk 3D jest nadal gorącym tematem. Wraz z rozwojem nauki i technologii, technologia druku 3D staje się coraz bardziej dojrzała, a wytwarzane części z tworzyw sztucznych lub metalu są wykorzystywane w różnych dziedzinach, ale nie zastąpiły całkowicie tradycyjnego procesu produkcyjnego, takiego jak obróbka CNC, odlewanie próżniowe, formowanie wtryskowe itp. Powoduje to zamieszanie wśród projektantów. Jeśli mam prototyp lub projekt małej partii, jak wybrać najodpowiedniejszą technologię przetwarzania? W tym poście podzielę się kilkoma wskazówkami technicznymi dotyczącymi obróbki CNC i druku 3D, aby pomóc Ci zrozumieć, jak te dwie technologie różnią się pod wieloma względami, takimi jak dokładność, materiały, koszty, jakość, wydajność i szybkość, aby określić swój projekt Wybierz między obróbką CNC a drukiem 3D.
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 powszechnie wiadomo, obróbka CNC to proces ubytkowy , który rozpoczyna się od solidnego kawałka materiału (często nazywanego półfabrykatem), a następnie za pomocą narzędzia wycina i usuwa nadmiar materiału, aby stworzyć element. Jest to jedna z najpopularniejszych metod wytwarzania prototypów oraz części produkowanych w małych i dużych seriach, charakteryzująca się powtarzalnością, wysoką precyzją wymiarową, wysoką jakością wykończenia powierzchni oraz kompatybilnością z wieloma materiałami, w tym drewnem, metalem i tworzywami sztucznymi.
Druk 3D. Druk 3D działa w odwrotnym kierunku i jest procesem wytwarzania addytywnego. Chociaż oprogramowanie CAD i CAM jest również wykorzystywane 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 uzyskania produktu końcowego. Druk 3D umożliwia tworzenie złożonych geometrii, wysoką dokładność, szybki czas realizacji, a w niektórych przypadkach niższy koszt części.
Odchodząc od tematu . Połączenie maszyn CNC i drukarek 3D i zmontowanie ich w urządzenie, które łączy obie te zalety, czy to oczywiste? Praktycy, którzy wpadli na ten szalony pomysł, jak np. ZMorph 2.0 SX, który jest sprzedawany jako 3-osiowa frezarka CNC i może być również używany jako drukarka 3D. Co więcej, kilka firm zakończyło ostatnio udane kampanie na Kickstarterze, wykorzystując te połączone maszyny, takie jak drukarka 3D 3 w 1 firmy Mooz. Obecnie taka kompatybilna maszyna jest wciąż w fazie badań.
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 m.in. ABS, nylon (PA66), poliwęglan (PC), akryl (PMMA), polipropylen (PP), POM i PEEK. Aluminium jest najczęściej stosowanym materiałem w obróbce CNC. Według Martina, inżyniera z DDPROTOTYPE, chińskiego producenta zaawansowanych prototypów, „70% naszego materiału stanowi aluminium, a wytwarzane przez nas części znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu”. Aluminium to materiał nadający się do recyklingu, o dobrych właściwościach i łatwy w obróbce. Inne powszechnie stosowane metale to stal nierdzewna, stopy magnezu, stopy cynku, stopy tytanu, miedź itp.
Druk 3D. Do powszechnie stosowanych tworzyw termoplastycznych w druku 3D należą ABS, PLA, nylon, ULTEM i inne fotopolimery. Drukarki 3D mogą również drukować elementy ceramiczne, a nawet implanty ludzkie. Metale najczęściej używane w druku 3D to aluminium, stal nierdzewna, tytan i Inconel. Należy pamiętać, że wymagane są drogie maszyny przemysłowe do druku 3D (prawdopodobnie kosztujące ponad 100 000 dolarów). Niektóre materiały, takie jak superstopy lub TPU (materiały elastyczne), nie nadają się do obróbki CNC, dlatego konieczne jest zastosowanie procesów produkcyjnych, takich jak druk 3D lub szybkie narzędzia. Druk 3D nie nadaje się do obróbki drewna, ponieważ żaden materiał nie imituje 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
Techniki druku 3D, takie jak MJF i FDM, są znane z tego, że doskonale sprawdzają się w szybkiej produkcji mniejszych ilości części, w zależności od ich geometrii i rozmiaru. Dzieje się tak, ponieważ po przygotowaniu pliku 3D, wybraniu orientacji, wypełnienia i podpór oraz kliknięciu przycisku, nie jest wymagana żadna dodatkowa konfiguracja, a ukończenie części zajmuje zazwyczaj zaledwie kilka godzin. Obróbka końcowa zależy od procesu obróbki i wymagań pliku 2D.
Obróbka CNC. W porównaniu z drukiem 3D, proces obróbki CNC jest pracochłonny i wymaga większej liczby operatorów oraz ustawień. Wykwalifikowani operatorzy dobierają materiały, maszyny, programy, narzędzia i ich prędkości obrotowe, ścieżki skrawania, ręcznie pozycjonują oprzyrządowanie, a nawet tworzą z wyprzedzeniem niestandardowe oprzyrządowanie. Wydłuża to czas obróbki. Dodatkowo, można tu zastosować techniki postprodukcji, 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
Druk 3D. Druk 3D umożliwia przetwarzanie części o dowolnym kształcie z minimalnymi ograniczeniami geometrycznymi. Większość technologii 3D, takich jak FDM lub SLM/DMLS, wymaga struktur podporowych, które można usunąć podczas obróbki końcowej. Każda część z tworzywa sztucznego o dowolnym kształcie może być łatwo wytworzona za pomocą procesów łączenia proszków, takich jak SLS lub Multi Jet Fusion (MJF), bez konieczności stosowania podpór. Zdolność druku 3D do wytwarzania elementów o bardzo złożonej geometrii.
Obróbka CNC. Oczywiście, CNC może również obrabiać dość złożone elementy. Często, aby wykonać złożone elementy, konieczne jest ponowne obrócenie i ustalenie pozycji podczas obróbki, ponieważ nawet w przypadku 5-osiowych maszyn CNC, narzędzie czasami nie może objąć wszystkich powierzchni elementu.
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 obudowy z tworzywa sztucznego. Produkcja obudowy z tworzywa sztucznego dla elektroniki jest kluczowym etapem przed masową produkcją. Klienci oczekują szybkiej produkcji, niskich kosztów i skróconego czasu rozwoju. W obudowie elektroniki znajdują się zatrzaski, zawiasy, połączenia blokujące i inne elementy mocujące. Wszystkie te funkcje można osiągnąć poprzez obróbkę CNC lub druk 3D (FDM lub SLS). Precyzyjne i estetyczne prototypy z tworzywa sztucznego można wytwarzać zarówno za pomocą CNC, jak i SLS, ale FDM klasy desktopowej charakteryzuje się krótszym czasem obróbki i niższymi kosztami. 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 | 1.5 Dni | 2Days |
Dokładność | ± 0.121mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Prototyp niedrogiej obudowy wykonany w technologii FDM 3D Printing
Metalowy prototyp wirnika. Wirniki metalowe mogą pracować pod wysokim obciążeniem i w wysokich temperaturach, dlatego muszą być dopasowane do precyzyjnych wałów. Klient wymaga dokładniejszego wymiaru wirnika i lepszej jakości materiału.
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.
