Usinagem CNC ou impressão 3D para seu projeto?

Usinagem CNC ou impressão 3D para seu projeto?

Cerca de uma década atrás, as notícias de armas de fogo impressas em 3D dominavam as manchetes da imprensa de fabricação, e a impressão 3D ainda é um tema quente hoje. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a tecnologia de impressão 3D tornou-se cada vez mais madura, e as peças plásticas ou metálicas fabricadas são utilizadas em diversos campos, mas não substituíram completamente o processo de fabricação tradicional, como usinagem CNC, vácuo fundição, moldagem por injeção, etc. Isso cria confusão para os designers. Se eu tiver um protótipo ou um projeto de lote pequeno, como escolho a tecnologia de processamento mais adequada? Neste post, compartilharei algumas orientações técnicas sobre usinagem CNC e impressão 3D para ajudá-lo a entender como os dois diferem em várias dimensões, como precisão, materiais, custo, qualidade, eficiência e velocidade para determinar seu projeto Escolha entre usinagem CNC ou impressão 3D.

1,Manufatura Subtrativa e Aditiva

A principal diferença entre os dois é que a usinagem CNC é manufatura subtrativa, enquanto a impressão 3D é manufatura aditiva.

  • Usinagem CNC. Como todos sabemos, a usinagem CNC é um processo subtrativo fabrica processo que começa com um pedaço sólido de material (geralmente chamado de blank) e, em seguida, usa uma ferramenta para cortar e remover o excesso de material para criar uma peça. É um dos métodos de fabricação mais populares para protótipos e peças de produção de pequeno a alto volume, com repetibilidade, alta precisão dimensional, alto acabamento superficial e compatibilidade com muitos materiais, incluindo madeira, metal e plástico.

cnc girando
  • impressao 3D.A impressão 3D funciona na direção oposta e é um processo de manufatura aditiva. Embora o software CAD e CAM também seja usado para desenhar e criar peças personalizadas, ele não começa com material de corte, mas usando filamento de plástico (FDM), resina (SLA/DLP), pó de plástico ou metal (SLS/DMLS/SLM), etc. O material é adicionado e curado camada por camada até que o produto final seja criado. A impressão 3D tem a capacidade de criar geometrias complexas, alta precisão, retorno rápido e, em alguns casos, menor custo de peça.

Impressão 3D
  • Off topic. Se você combinar máquinas CNC e impressoras 3D e montá-las em um dispositivo que tenha as duas vantagens, é óbvio? Praticantes que têm essa ideia maluca, como a ZMorph 2.0 SX, que é comercializada como uma fresadora CNC de 3 eixos e também pode ser usada como impressora 3D. Além disso, várias empresas concluíram recentemente campanhas bem-sucedidas do Kickstarter usando essas máquinas combinadas, como a impressora 3D 1 em 3 da Mooz. Atualmente, tal máquina compatível ainda está em fase exploratória.

2. Comparação dos materiais utilizados.

  • Tanto a usinagem CNC quanto a impressão 3D são compatíveis com uma ampla gama de materiais, incluindo plásticos e metais. A impressão 3D é mais voltada para a fabricação de peças plásticas. Isso está mudando atualmente, com fabricantes como 3D Systems, Arcam, Desktop Metal e Markforged desenvolvendo maneiras melhores e mais baratas de imprimir metais em 3D.

  • Usinagem CNC.Os plásticos mais utilizados na usinagem CNC incluem ABS, Nylon (PA66), Policarbonato (PC), Acrílico (PMMA), Polipropileno (PP), POM e PEEK, entre outros. O alumínio é o mais utilizado na usinagem CNC. De acordo com Martin, engenheiro da DDPROTOTYPE, fabricante de protótipos avançados na China, “70% do nosso material é alumínio e as várias peças que fabricamos são usadas em vários setores”. O alumínio é um material reciclável com boas propriedades e fácil processamento, outros metais comumente usados ​​incluem aço inoxidável, ligas de magnésio, ligas de zinco, ligas de titânio, cobre, etc.

  • impressao 3D.Os termoplásticos comumente usados ​​para impressão 3D incluem ABS, PLA, nylon, ULTEM e outros fotopolímeros. As impressoras 3D também podem imprimir peças para cerâmicas e até implantes humanos. Os metais mais usados ​​na impressão 3D incluem alumínio, aço inoxidável, titânio e Inconel. É importante notar que são necessárias máquinas industriais impressas em 3D caras (provavelmente mais de US $ 100,000). Alguns materiais, como superligas ou TPU (materiais flexíveis) não podem ser usinados em CNC, portanto, processos de fabricação como impressão 3D ou ferramentas rápidas devem ser usados. A impressão 3D não pode processar madeira porque nenhum material pode simular madeira real.

Comparação de materiais comumente usados.

Processo de Fabricação

Plástico

Metal

Usinagem CNC

ABS, Nylon, Policarbonato, PEEK、PC、PMMA、PP、POM PEEK, etc.

Alumínio, aço inoxidável, liga de magnésio, liga de zinco, liga de titânio, cobre, etc.

impressao 3D

ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (material flexível), etc.

Alumínio, Aço Inoxidável, Titânio, Inconel, etc.

  • Fonte de dados DDPROTOTYPE.

3. Precisão e tamanho das peças usinadas

De acordo com a equipe DDPROTOTYPE, com base em uma experiência considerável, “para tolerâncias, a usinagem CNC é superior a todos os processos de impressão 3D, mesmo DMLS”. Se suas peças precisam ter tolerâncias apertadas, a impressão 3D pode não ser a melhor escolha.

  • Usinagem CNC. A usinagem CNC pode atingir tolerâncias muito apertadas e melhor acabamento superficial, como 0.005 mm, e pode ser usinada com precisão para peças muito grandes a muito pequenas. Devido à natureza arredondada da ferramenta, os cantos internos sempre têm um raio, mas as superfícies externas podem ter arestas muito afiadas.

  • impressao 3D. Diferentes impressoras 3D oferecem precisão dimensional diferente. A espessura mínima da parede é limitada pelo tamanho da execução final (por exemplo, diâmetro do bocal em FDM ou tamanho do ponto de laser em SLS). Como as peças são construídas camada por camada, a peça final pode ter linhas de camada, especialmente em peças curvas. Máquinas de nível industrial podem fazer peças com tolerâncias muito boas. Se tolerâncias apertadas são necessárias, a usinagem é necessária durante o pós-processamento. Isso adiciona uma etapa extra e é menos eficiente do que a usinagem CNC.

A tabela abaixo lista tolerâncias, espessuras de parede e tamanhos máximos de peças para várias tecnologias

Processo de Fabricação

Tolerância

Min. Espessura da camada

Máx. construir volume

CNC

± 0.005 – 0.125 mm

profundidade de corte 0.01 mm

Até 2000 x 800 x 1000 milímetros

SLS

± 0.3 mm

0.1-1.5 mm

Até 340 x 340 x 605 milímetros

FDM

± 0.3 mm

0.2-0.8 mm

até 914 x 610 x 914 mm

CMJ

± 0.3 mm

0.08 mm

até 380 x 284 x 380 mm

Dmls

± 0.1 mm

0.4mm

Até 230 x 150 x 150 milímetros

  • Fonte de dados DDPROTOTYPE.

Como você pode ver no ícone, a usinagem CNC pode produzir peças maiores e mais precisas do que as técnicas comuns de impressão 3D, como FDM, SLS ou MJF, etc. Para peças em equipamentos médicos, aeroespacial e outros campos que exigem alta precisão, usinagem CNC é uma escolha ideal.

4. Velocidade

impressão 3D técnicas como MJF e FDM são conhecidas por se destacarem na fabricação rápida ao fabricar pequenas quantidades de peças, dependendo da geometria e tamanho da peça. Isso ocorre porque uma vez que o arquivo 3D está pronto, escolhendo a orientação, preenchimento e suportes, e clique no botão, nenhuma configuração adicional é necessária e geralmente leva apenas algumas horas para a peça ser finalizada. O pós-processamento depende do processo de usinagem e dos requisitos do arquivo 2D.

Usinagem CNC. Comparado à impressão 3D, o processo de usinagem CNC é trabalhoso e requer mais operadores e configurações. Maquinistas habilidosos selecionam materiais, máquinas, programação, ferramentas e suas velocidades de rotação, caminhos de corte, posicionam manualmente os acessórios e até mesmo constroem acessórios personalizados com antecedência. Isso aumenta o tempo de processamento. Além disso, técnicas de pós-processamento, como anodização, eletroforese, etc. podem ser concluídas aqui, o que pode exigir mais tempo.

Martin disse: “Na DDPROTOTYPE, se você escolher ABS para usinar 50 peças de peças de média complexidade, o tempo de retorno com a tecnologia FDM é de 1 dia útil em média, enquanto para usinagem CNC, o tempo de retorno é de 3 dias. Se você precisa fabricar mais de 500 peças de peças, a eficiência de fabricação da usinagem CNC entra em jogo, que é muito mais rápida do que a impressão 3D devido à repetibilidade da usinagem CNC.” Embora algumas impressoras no mercado tenham velocidades de impressão impressionantes, a impressão 3D geralmente usa mais para prototipagem do que para produção. Para algumas peças de estrutura simples, elas podem ser usinadas em minutos em um CNC, mas podem levar horas em uma impressora 3D.

5, Complexidade do modelo

impressao 3D. A impressão 3D pode processar peças de qualquer forma com poucas restrições geométricas na peça. A maioria das tecnologias 3D, como FDM ou SLM/DMLS, requer estruturas de suporte que podem ser removidas durante o pós-processamento. Qualquer peça plástica de forma livre pode ser facilmente fabricada usando processos de fusão em pó, como SLS ou Multi Jet Fusion (MJF), e não são necessários suportes. A capacidade da impressão 3D para fabricar geometrias altamente complexas.

Usinagem CNC. Claro, o CNC também pode usinar peças bastante complexas. Muitas vezes, para fazer peças complexas, é necessário re-inverter e fixar a posição durante o processo de usinagem, pois mesmo com máquinas CNC de 5 eixos, às vezes a ferramenta não consegue atingir todas as superfícies do componente.

6. Custo

Discutindo simplesmente o preço, a diferença entre fresagem CNC e impressão 3D não parece levar a uma conclusão precisa. Isso varia de acordo com vários fatores, como material, quantidade, dificuldade de processamento, etc.

Independentemente de fazer 1 peça ou 100 peças, o custo de uma única peça feita por impressão 3D permanece basicamente o mesmo e geralmente é menor do que a usinagem CNC. Para quantidades maiores de peças, como 100+, a usinagem CNC é mais econômica. De acordo com Martin, um dos nossos equívocos mais comuns é que os serviços de usinagem CNC são caros. Na verdade, a prototipagem CNC pode começar a partir de US$ 20 por peça, com os preços unitários caindo drasticamente à medida que mais quantidades são fabricadas.

7. proteção ambiental

A usinagem CNC começa com uma peça bruta e usa diferentes ferramentas para remover o excesso de material. Como resultado, grandes quantidades de poeira fina e pequenos pedaços de material são deixados para trás que não podem ser recuperados, exigindo limpeza e descarte. No processo de impressão 3D, por outro lado, as matérias-primas são alimentadas na impressora para construir a peça camada por camada. Este processo requer apenas o uso de matérias-primas, sem bagunça ou desperdício, por isso é um processo de fabricação mais ecológico.

8. Estudos de caso

Estudamos a diferença entre usinagem CNC e impressão 3D através de dois exemplos, que parecem ser mais intuitivos e compreensíveis. Estes são 2 projetos que a DDPROTOTYPE realizou em 2021. Tomamos como exemplos o processamento de conchas plásticas e o processamento de braquetes metálicos.

Protótipo de caixa de plástico. A fabricação de invólucros de plástico para eletrônicos é uma etapa crítica antes da produção em massa. Fabricação rápida, baixo custo e tempo de desenvolvimento reduzido são requisitos do cliente. Existem encaixes, dobradiças vivas, juntas de intertravamento e outros fixadores na caixa eletrônica, etc. Todas essas funções podem ser alcançadas por usinagem CNC ou impressão 3D (FDM ou SLS). Protótipos de plástico de alta precisão e esteticamente agradáveis ​​podem ser feitos com CNC ou SLS, mas o FDM de nível desktop tem tempos de processamento mais curtos e custos mais baixos. DDPROTOTYPE resume a comparação de cada processo, conforme mostrado na tabela.

 

usinagem CNC

Área de trabalho FDM

SLS

Custo

$$

$

$$

Material comumente usado

ABS, Nylon

PLA, ABS, Nylon

Nylon

Entrega

5 dias

1.5 dias

2Days

Precisão

± 0.121mm

± 0.485 mm

± 0.287 mm

  • Protótipo de habitação de baixo custo feito com impressão 3D FDM

Protótipo de metal do impulsor.Impulsores de metal podem operar sob altas cargas e temperaturas e precisam se encaixar em eixos de precisão. O cliente exige que a dimensão do impulsor seja mais precisa e a qualidade do material seja melhor.

Usinagem CNC para impulsor multi-lâminas
 

Usinagem CNC

SLM/DMLS

Jateamento de aglutinante

Custo

$$

$ $ $ $

$$$

Materiais Comuns

Alumínio, aço inoxidável, latão

Aço inoxidável, alumínio, titânio, cromo-cobalto Inconel

Aço inoxidável, inconel cobalto cromo, tungstênio, carboneto

Precisão

± 0.022 mm

± 0.108 mm

± 0.214 mm

Comportamento Mecânico

Muito Bom

Muito Bom

Bom

9. Resumo rápido

Não há uma resposta clara, nenhuma tecnologia que esteja armada com todas as vantagens, e tanto a usinagem CNC quanto a impressão 3D têm suas vantagens e desvantagens únicas, que dependerão de fatores como material, prazo de entrega, complexidade geométrica, precisão, quantidade e orçamento . DDPROTOTYPE resumiu cuidadosamente um gráfico de comparação para sua referência.

 

usinagem CNC

impressao 3D

Propriedades mecânicas

⭐⭐⭐

Prototipagem

⭐⭐⭐

Custo

Mais barato para séries médias-grandes

Mais barato para pequenas séries

Tempo de resposta

⭐⭐⭐

Seleção de polímero

⭐⭐

⭐⭐⭐

Complexidade do projeto

⭐⭐

⭐⭐⭐

Precisão dimensional

⭐⭐⭐

Detalhes e resolução

⭐⭐⭐

⭐⭐

Tamanho da peça grande

⭐⭐⭐

Bom-⭐ Melhor-⭐⭐ Melhor-⭐⭐⭐

10. Dicas para escolher o método de fabricação certo

Antes de escolher o processo de fabricação correto, consulte as dicas antes de tomar a decisão final.

  • Como a quantidade afeta a escolha do método de fabricação?A escolha da impressão 3D vale a pena considerar quando você precisa de pequenos lotes de peças (menos de 50 peças). Quando a quantidade chegar a 100 to1000 peças, a usinagem CNC seria melhor.

  • As peças são fabricadas complexas? Para peças personalizadas de pequena quantidade, mas altamente complexas, a impressão 3D geralmente é mais barata e mais rápida. A usinagem CNC requer mais operadores e configuração e geralmente custa mais do que a impressão 3D.

  • Que materiais são necessários? Como a usinagem CNC é uma tecnologia mais madura, há uma gama mais ampla de materiais compatíveis. Mas para materiais de superliga de metal que são muito difíceis de processar, como titânio ou TPU flexível, é mais sensato escolher a impressão 3D.