Siga-me no: 
Usinagem CNC ou impressão 3D para seu projeto?
Há cerca de uma década, as notícias sobre armas de fogo impressas em 3D dominaram as manchetes da imprensa especializada em manufatura, e a impressão 3D continua sendo um tema em alta até hoje. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a impressão 3D tornou-se cada vez mais madura, e as peças de plástico ou metal fabricadas são utilizadas em diversos campos. No entanto, elas ainda não substituíram completamente os processos de fabricação tradicionais, como usinagem CNC, fundição a vácuo, moldagem por injeção, etc. Isso gera dúvidas entre os projetistas. Se eu tiver um protótipo ou um projeto de pequena escala, como escolher a tecnologia de processamento mais adequada? Neste artigo, compartilharei algumas diretrizes técnicas sobre usinagem CNC e impressão 3D para ajudá-lo a entender as diferenças entre as duas em vários aspectos, como precisão, materiais, custo, qualidade, eficiência e velocidade, para que você possa decidir entre usinagem CNC e impressão 3D para o seu projeto.
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 de fabricação subtrativo que começa com uma peça sólida de material (frequentemente chamada de blank) e utiliza uma ferramenta para cortar e remover o excesso de material, criando assim uma peça. É um dos métodos de fabricação mais populares para protótipos e peças de produção em pequenos e grandes volumes, oferecendo repetibilidade, alta precisão dimensional, alto acabamento superficial e compatibilidade com diversos materiais, incluindo madeira, metal e plástico.
Impressão 3D. A impressão 3D funciona na direção oposta e é um processo de manufatura aditiva. Embora softwares CAD e CAM também sejam usados para desenhar e criar peças personalizadas, o processo não começa com o corte do material, mas sim com a utilização de filamento plástico (FDM), resina (SLA/DLP), pó plástico ou metálico (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, prazos de entrega rápidos e, em alguns casos, custos de peças mais baixos.
Mudando de assunto ... Se você combinar máquinas CNC e impressoras 3D e montá-las em um dispositivo que tenha as vantagens de ambas, seria uma escolha óbvia? Alguns profissionais já tiveram essa ideia ousada, 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 de financiamento coletivo bem-sucedidas no Kickstarter usando essas máquinas combinadas, como a impressora 3D 3 em 1 da Mooz. Atualmente, uma máquina tão compatível ainda está em fase de exploração.
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 comumente usados na usinagem CNC incluem ABS, Nylon (PA66), Policarbonato (PC), Acrílico (PMMA), Polipropileno (PP), POM e PEEK, entre outros. O alumínio é o material mais utilizado na usinagem CNC. Segundo Martin, engenheiro da DDPROTOTYPE, fabricante de protótipos avançados na China, “70% do nosso material é alumínio, e as diversas peças que fabricamos são utilizadas em vários setores industriais”. 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.
Impressão 3D. Os termoplásticos mais comuns para impressão 3D incluem ABS, PLA, nylon, ULTEM e outros fotopolímeros. As impressoras 3D também podem imprimir peças de cerâmica e até implantes humanos. Os metais mais usados na impressão 3D incluem alumínio, aço inoxidável, titânio e Inconel. É importante observar que são necessárias máquinas industriais de impressão 3D caras (provavelmente acima de US$ 100,000). Alguns materiais, como superligas ou TPU (materiais flexíveis), não podem ser usinados por CNC, portanto, processos de fabricação como impressão 3D ou prototipagem rápida devem ser usados. A impressão 3D não pode processar madeira porque nenhum material consegue simular madeira de verdade.
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
As técnicas de impressão 3D, como MJF e FDM, são conhecidas por sua excelência na fabricação rápida de pequenas quantidades de peças, dependendo da geometria e do tamanho da peça. Isso ocorre porque, uma vez que o arquivo 3D esteja pronto, bastando escolher a orientação, o preenchimento e os suportes, e clicar no botão, nenhuma configuração adicional é necessária, e geralmente leva apenas algumas horas para a peça estar pronta. 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 qualificados selecionam materiais, máquinas, programação, ferramentas e suas velocidades de rotação, trajetórias de corte, posicionam manualmente dispositivos de fixação e até mesmo constroem dispositivos personalizados com antecedência. Isso prolonga o tempo de processamento. Além disso, técnicas de pós-processamento, como anodização, eletroforese, etc., podem ser finalizadas nessa etapa, o que pode demandar ainda 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
Impressão 3D. A impressão 3D pode processar peças de qualquer formato com pouquíssimas restrições geométricas. 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 de pó, como SLS ou Multi Jet Fusion (MJF), sem a necessidade de suportes. A capacidade da impressão 3D de fabricar geometrias altamente complexas é um grande diferencial.
Usinagem CNC. É claro que a CNC também pode usinar peças bastante complexas. Muitas vezes, para fabricar peças complexas, é necessário inverter e fixar a posição durante o processo de usinagem, pois mesmo com máquinas CNC de 5 eixos, às vezes a ferramenta não consegue alcançar 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 invólucro plástico. A fabricação de invólucros plásticos para eletrônicos é uma etapa crítica antes da produção em massa. Fabricação rápida, baixo custo e tempo de desenvolvimento reduzido são requisitos dos clientes. Existem encaixes, dobradiças flexíveis, juntas de intertravamento e outros fixadores nos invólucros eletrônicos, etc. Todas essas funções podem ser obtidas por usinagem CNC ou impressão 3D (FDM ou SLS). Protótipos plásticos de alta precisão e esteticamente agradáveis podem ser feitos com CNC ou SLS, mas a impressão 3D FDM de nível desktop oferece tempos de processamento mais curtos e custos mais baixos. A 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 metálico de impulsor. Impulsores metálicos podem operar sob altas cargas e temperaturas, e precisam se encaixar em eixos de precisão. O cliente exige que as dimensões do impulsor sejam mais precisas e a qualidade do material seja superior.
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 | Boa |
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.
