Следуйте за мной на: 
CNC-обработка или 3D-печать для вашего проекта?
Около десяти лет назад новости об огнестрельном оружии, напечатанном на 3D-принтере, доминировали в заголовках производственной прессы, и сегодня 3D-печать остается горячей темой. С развитием науки и техники технология 3D-печати становится все более и более зрелой, а изготовленные пластиковые или металлические детали используются в различных областях, но они не полностью заменили традиционный производственный процесс, такой как обработка с ЧПУ, вакуум литье, литье под давлением и т. д. Так что это создает путаницу для дизайнеров. Если у меня есть прототип или небольшой серийный проект, как выбрать наиболее подходящую технологию обработки? В этом посте я поделюсь некоторыми техническими рекомендациями по CNC-обработка и 3D-печать, чтобы помочь вам понять, как они различаются по нескольким параметрам, таким как точность, материалы, стоимость, качество, эффективность и скорость, чтобы определить ваш проект. Выберите между обработкой с ЧПУ или 3D печать.
1，Субтрактивное и аддитивное производство
Основное различие между ними заключается в том, что обработка с ЧПУ — это субтрактивное производство, а 3D-печать — аддитивное производство.
ЧПУ обработки. Как мы все знаем, обработка на станках с ЧПУ является субтрактивной. производство процесс, который начинается с твердого куска материала (часто называемого заготовкой), а затем используется инструмент для вырезания и удаления лишнего материала для создания детали. Это один из самых популярных методов изготовления прототипов и деталей мелкосерийного и крупносерийного производства, отличающийся повторяемостью, высокой точностью размеров, высоким качеством поверхности и совместимостью со многими материалами, включая дерево, металл и пластик.
3D печать.3D-печать работает в противоположном направлении и представляет собой процесс аддитивного производства. Хотя программное обеспечение CAD и CAM также используется для рисования и создания нестандартных деталей, оно начинается не с резки материала, а с использованием пластиковой нити (FDM), смолы (SLA/DLP), пластика или металлического порошка (SLS/DMLS/SLM). и т. д. Материал добавляется и отверждается слой за слоем, пока не будет создан конечный продукт. 3D-печать позволяет создавать изделия сложной геометрии, отличается высокой точностью, быстрым выполнением работ и, в некоторых случаях, более низкой стоимостью деталей.
Не по теме. Если вы объедините станки с ЧПУ и 3D-принтеры и соберете их в устройство, обладающее обоими преимуществами, не составит труда? Практики, у которых есть эта сумасшедшая идея, например, ZMorph 2.0 SX, который продается как 3-осевой фрезерный станок с ЧПУ, а также может использоваться в качестве 3D-принтера. Кроме того, несколько компаний недавно завершили успешные кампании на Kickstarter с использованием этих комбинированных машин, таких как 3D-принтер Mooz 1-в-3. В настоящее время такая совместимая машина все еще находится на стадии разработки.
2. Сравнение используемых материалов.
И обработка с ЧПУ, и 3D-печать совместимы с широким спектром материалов, включая пластики и металлы. 3D-печать больше ориентирована на изготовление пластиковых деталей. В настоящее время ситуация меняется: такие производители, как 3D Systems, Arcam, Desktop Metal и Markforged, разрабатывают более совершенные и более дешевые способы 3D-печати металлами.
ЧПУ обработки.Наиболее часто используемые пластмассы в станках с ЧПУ включают, среди прочего, ABS, нейлон (PA66), поликарбонат (PC), акрил (PMMA), полипропилен (PP), POM и PEEK. Алюминий наиболее широко используется в станках с ЧПУ. По словам Мартина, инженера DDPROTOTYPE, передового производителя прототипов в Китае, «70% нашего материала — алюминий, а различные детали, которые мы изготавливаем, используются в различных отраслях промышленности». Алюминий является перерабатываемым материалом с хорошими свойствами и легкой обработкой, другие часто используемые металлы включают нержавеющую сталь, сплавы магния, сплавы цинка, сплавы титана, медь и т. д.
3D печать.Обычно используемые термопласты для 3D-печати включают ABS, PLA, нейлон, ULTEM и другие фотополимеры. 3D-принтеры также могут печатать детали для керамики и даже человеческие имплантаты. Металлы, наиболее часто используемые в 3D-печати, включают алюминий, нержавеющую сталь, титан и инконель. Важно отметить, что требуются дорогие промышленные 3D-печатные машины (вероятно, более 100,000 3 долларов США). Некоторые материалы, такие как суперсплавы или ТПУ (гибкие материалы), не могут быть обработаны на станках с ЧПУ, поэтому необходимо использовать такие производственные процессы, как 3D-печать или быстродействующая оснастка. XNUMXD-печать не может обрабатывать дерево, потому что ни один материал не может имитировать настоящую древесину.
Сравнение часто используемых материалов.
Производственный процесс | пластик | Металл |
Обработка с ЧПУ | ABS, нейлон, поликарбонат, PEEK, PC, PMMA, PP, POM PEEK и т. д. | Алюминий, нержавеющая сталь, магниевый сплав, цинковый сплав, титановый сплав, медь и т.д. |
3D печать | ABS, PLA, нейлон, ULTEM, ASA, TPU (гибкий материал) и т. д. | Алюминий, нержавеющая сталь, титан, инконель и т. д. |
Источник данных DDPROTOTYPE.
3. Точность и размер обрабатываемых деталей
По словам команды DDPROTOTYPE, основанной на значительном опыте, «в отношении допусков обработка с ЧПУ превосходит все процессы 3D-печати, даже DMLS». Если ваши детали должны иметь жесткие допуски, 3D-печать может быть не лучшим выбором.
ЧПУ обработки. Обработка на станках с ЧПУ позволяет добиться очень жестких допусков и лучшей обработки поверхности, например 0.005 мм, а также позволяет точно обрабатывать очень большие и очень маленькие детали. Из-за закругления инструмента внутренние углы всегда имеют радиус, но внешние поверхности могут иметь очень острые края.
3D печать. Разные 3D-принтеры предлагают разную точность размеров. Минимальная толщина стенки ограничена размером концевого исполнения (например, диаметром сопла в FDM или размером лазерного пятна в SLS). Поскольку детали строятся слой за слоем, окончательная деталь может иметь линии слоев, особенно на криволинейных деталях. Станки промышленного класса могут изготавливать детали с очень хорошими допусками. Если требуются жесткие допуски, требуется механическая обработка во время постобработки. Это добавляет дополнительный шаг и менее эффективно, чем обработка с ЧПУ.
В таблице ниже указаны допуски, толщина стенок и максимальные размеры деталей для различных технологий.
Производственный процесс | Отказоустойчивость | Мин. Толщина слоя | Максимум. построить объем |
ЧПУ | ± 0.005 – 0.125 мм | глубина резания 0.01 мм | До 2000 х 800 х 1000 мм |
SLS | ± 0.3 мм | 0.1-1.5 мм | До 340 х 340 х 605 мм |
FDM | ± 0.3 мм | 0.2-0.8 мм | до 914 х 610 х 914 мм |
МЖФ | ± 0.3 мм | 0.08 мм | до 380 х 284 х 380 мм |
ДМЛС | ± 0.1 мм | 0.4 мм | До 230 х 150 х 150 мм |
Источник данных DDPROTOTYPE.
Как видно из значка, обработка с ЧПУ может производить более крупные и более точные детали, чем обычные методы 3D-печати, такие как FDM, SLS или MJF и т. д. Для деталей медицинского оборудования, аэрокосмической и других областей, требующих высокой точности, обработка с ЧПУ это идеальный выбор.
4. скорость
3D печать Известно, что такие методы, как MJF и FDM, превосходны в быстром производстве при изготовлении небольших количеств деталей в зависимости от геометрии и размера детали. Это связано с тем, что после того, как 3D-файл будет готов, выберите ориентацию, заполнение и опоры и нажмите кнопку, никаких дополнительных настроек не требуется, и обычно для завершения детали требуется всего несколько часов. Постобработка зависит от процесса обработки и требований к 2D-файлу.
ЧПУ обработки. По сравнению с 3D-печатью процесс обработки с ЧПУ является трудоемким и требует большего количества операторов и настроек. Квалифицированные операторы выбирают материалы, станки, программирование, инструменты и скорости их вращения, траектории резки, вручную позиционируют приспособления и даже заранее изготавливают приспособления по индивидуальному заказу. Это увеличивает время обработки. Кроме того, здесь могут быть завершены методы постобработки, такие как анодирование, электрофорез и т. д., что может потребовать больше времени.
Мартин сказал: «В DDPROTOTYPE, если вы выбираете ABS для обработки 50 деталей средней сложности, время обработки с технологией FDM составляет в среднем 1 рабочий день, а для обработки с ЧПУ время обработки составляет 3 дня. Если вам нужно изготовить более 500 деталей, в игру вступает эффективность обработки с ЧПУ, которая намного быстрее, чем 3D-печать, благодаря воспроизводимости обработки с ЧПУ». В то время как некоторые принтеры на рынке имеют впечатляющую скорость печати, 3D-печать обычно больше используется для прототипирования, чем для производства. Некоторые детали простой конструкции можно обработать за считанные минуты на станке с ЧПУ, но на 3D-принтере это может занять несколько часов.
5，Сложность модели
3D печать. 3D-печать может обрабатывать детали любой формы с очень небольшими геометрическими ограничениями на детали. Для большинства 3D-технологий, таких как FDM или SLM/DMLS, требуются поддерживающие конструкции, которые можно удалить во время постобработки. Любая пластиковая деталь произвольной формы может быть легко изготовлена с использованием процессов плавления порошков, таких как SLS или Multi Jet Fusion (MJF), и для этого не требуются опоры. Способность 3D-печати создавать очень сложные геометрические фигуры.
ЧПУ обработки. Конечно, ЧПУ также может обрабатывать довольно сложные детали. Часто для изготовления сложных деталей необходимо в процессе обработки повторно переворачивать и фиксировать положение, ведь даже на 5-осевых станках с ЧПУ иногда инструмент не может достать до всех поверхностей детали.
6. Стоить
Простое обсуждение цены, разница между фрезерованием с ЧПУ и 3D-печатью, похоже, не приводит к точному выводу. Это зависит от различных факторов, таких как материал, количество, сложность обработки и т. д.
Независимо от того, изготавливаете ли вы 1 деталь или 100 деталей, стоимость одной детали, изготовленной с помощью 3D-печати, остается в основном одинаковой и обычно ниже, чем при обработке на станках с ЧПУ. Для большего количества деталей, например, более 100, обработка с ЧПУ более экономична. По словам Мартина, одно из самых распространенных заблуждений заключается в том, что услуги по обработке с ЧПУ стоят дорого. Фактически, изготовление прототипов с ЧПУ может начинаться всего с 20 долларов за деталь, при этом цены за единицу резко падают по мере увеличения количества произведенных изделий.
7. Защита окружающей среды
Обработка с ЧПУ начинается с заготовки и использует различные инструменты для удаления лишнего материала. В результате остается большое количество мелкой пыли и мелких частиц материала, которые невозможно восстановить и которые требуют очистки и утилизации. С другой стороны, в процессе 3D-печати сырье подается в принтер для построения детали слой за слоем. Этот процесс требует только использования сырья, без беспорядка или отходов, поэтому это более экологически чистый производственный процесс.
8. Тематические исследования
Мы изучаем разницу между обработкой с ЧПУ и 3D-печатью на двух примерах, которые кажутся более интуитивными и понятными. Это 2 проекта, которые компания DDPROTOTYPE реализовала в 2021 году. В качестве примеров мы возьмем обработку пластиковых оболочек и обработку металлических скоб.
Прототип пластикового корпуса. Изготовление пластикового корпуса для электроники — важный шаг перед массовым производством. Быстрое производство, низкая стоимость и сокращение сроков разработки - требования заказчика. В корпусе электроники есть защелки, живые петли, блокирующие соединения и другие крепежные детали. Все эти функции могут быть реализованы с помощью обработки на станках с ЧПУ или 3D-печати (FDM или SLS). Высокоточные и эстетически привлекательные пластиковые прототипы могут быть изготовлены с помощью ЧПУ или SLS, но FDM для настольных ПК требует более короткого времени обработки и меньших затрат. DDPROTOTYPE суммирует сравнение каждого процесса, как показано в таблице.
CNC-обработка | Настольный FDM | SLS | |
Цена | $$ | $ | $$ |
Обычно используемый материал | АБС, нейлон | ПЛА, АБС, нейлон | нейлон |
Доставка | 5 дней | 1.5-дневный | 2Days |
точность | ± 0.121mm | ± 0.485 мм | ± 0.287 мм |
Прототип недорогого корпуса, изготовленный с помощью 3D-печати FDM
Металлический прототип рабочего колеса.Металлические крыльчатки могут работать при высоких нагрузках и температурах и должны соответствовать прецизионным валам. Заказчик требует, чтобы размер крыльчатки был более точным, а качество материала - более высоким.
Обработка с ЧПУ | УУЗР/ДМЛС | Связующее струйное | |
Цена | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Общие материалы | Алюминий, нержавеющая сталь, латунь | Нержавеющая сталь, алюминий, титан, кобальтовый хром Inconel | Нержавеющая сталь, инконель, кобальт, хром, вольфрам, карбид |
точность | ± 0.022 мм | ± 0.108 мм | ± 0.214 мм |
Механическое поведение | Хорошо | Хорошо | Хорошо |
9. Краткое резюме
Нет четкого ответа, нет технологии, обладающей всеми преимуществами, и как обработка с ЧПУ, так и 3D-печать имеют свои уникальные преимущества и недостатки, которые будут зависеть от таких факторов, как материал, время выполнения заказа, геометрическая сложность, точность, количество и бюджет. . DDPROTOTYPE тщательно обобщил сравнительную таблицу для справки.
CNC-обработка | 3D печать | |
Механические свойства | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Макетирования | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Цена | Дешевле для средней крупной серии | Дешевле для небольших серий |
Время оборота | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Выбор полимера | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Сложность дизайна | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Точность измерения | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Детали и разрешение | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Большой размер детали | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Хорошо-⭐ Лучше-⭐⭐ Лучше-⭐⭐⭐ | ||
10. Советы по выбору правильного метода производства
Прежде чем выбрать правильный производственный процесс, ознакомьтесь с советами, прежде чем принять окончательное решение.
Как количество влияет на выбор метода производства? Выбор 3D-печати стоит рассмотреть, когда вам нужны небольшие партии деталей (менее 50 штук). Когда количество достигает от 100 до 1000 штук, обработка с ЧПУ будет лучше.
Изготовленные детали сложны? Для небольшого количества, но очень сложных нестандартных деталей 3D-печать часто дешевле и быстрее. Обработка с ЧПУ требует больше операторов и настроек и обычно стоит больше, чем 3D-печать.
Какие материалы требуются? Поскольку обработка с ЧПУ является более зрелой технологией, существует более широкий спектр совместимых материалов. Но для материалов из металлических суперсплавов, которые очень трудно обрабатывать, таких как титан или гибкий ТПУ, разумнее выбрать 3D-печать.