Theo tôi trên: 
Gia công CNC hoặc in 3D cho dự án của bạn?
Khoảng một thập kỷ trước, tin tức về súng in 3D đã chiếm lĩnh các trang nhất trên báo chí sản xuất, và công nghệ in 3D vẫn là một chủ đề nóng hổi hiện nay. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, công nghệ in 3D ngày càng hoàn thiện, và các bộ phận bằng nhựa hoặc kim loại được sản xuất được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, nhưng chúng vẫn chưa hoàn toàn thay thế các quy trình sản xuất truyền thống, chẳng hạn như gia công CNC, đúc chân không, ép phun, v.v. Điều này tạo ra sự bối rối cho các nhà thiết kế. Nếu tôi có một nguyên mẫu hoặc một dự án sản xuất số lượng nhỏ, làm thế nào để tôi chọn công nghệ gia công phù hợp nhất? Trong bài viết này, tôi sẽ chia sẻ một số hướng dẫn kỹ thuật về gia công CNC và in 3D để giúp bạn hiểu sự khác biệt giữa hai công nghệ này ở nhiều khía cạnh như độ chính xác, vật liệu, chi phí, chất lượng, hiệu quả và tốc độ để quyết định lựa chọn giữa gia công CNC hoặc in 3D cho dự án của bạn.
1，Sản xuất phụ và trừ
Sự khác biệt chính giữa hai loại này là gia công CNC là sản xuất trừ dần, trong khi in 3D là sản xuất phụ gia.
Gia công CNC. Như chúng ta đã biết, gia công CNC là một quy trình sản xuất bóc tách bắt đầu từ một khối vật liệu rắn (thường được gọi là phôi) và sau đó sử dụng dụng cụ để cắt và loại bỏ phần vật liệu thừa để tạo ra một chi tiết. Đây là một trong những phương pháp sản xuất phổ biến nhất cho các nguyên mẫu và các chi tiết sản xuất với số lượng nhỏ đến lớn, với độ lặp lại cao, độ chính xác kích thước cao, độ hoàn thiện bề mặt cao và khả năng tương thích với nhiều loại vật liệu, bao gồm gỗ, kim loại và nhựa.
In công nghệ in 3D. In 3D hoạt động theo hướng ngược lại và là một quy trình sản xuất bồi đắp. Mặc dù phần mềm CAD và CAM cũng được sử dụng để vẽ và tạo các bộ phận tùy chỉnh, nhưng nó không bắt đầu bằng việc cắt vật liệu, mà sử dụng sợi nhựa (FDM), nhựa tổng hợp (SLA/DLP), bột nhựa hoặc kim loại (SLS/DMLS/SLM), v.v. Vật liệu được thêm vào và làm cứng từng lớp cho đến khi sản phẩm cuối cùng được tạo ra. In 3D có khả năng tạo ra các hình dạng phức tạp, độ chính xác cao, thời gian sản xuất nhanh và trong một số trường hợp, chi phí sản phẩm thấp hơn.
Ngoài lề một chút . Nếu kết hợp máy CNC và máy in 3D rồi lắp ráp chúng thành một thiết bị có cả hai ưu điểm, thì đó có phải là một ý tưởng tuyệt vời không? Những người thực hiện ý tưởng táo bạo này đã có ví dụ như ZMorph 2.0 SX, được quảng cáo là máy phay CNC 3 trục và cũng có thể được sử dụng như một máy in 3D. Thêm vào đó, một số công ty gần đây đã hoàn thành thành công các chiến dịch Kickstarter bằng cách sử dụng các máy kết hợp này, chẳng hạn như máy in 3D 3 trong 1 của Mooz. Hiện tại, một cỗ máy tương thích như vậy vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu.
2. So sánh vật liệu sử dụng.
Cả gia công CNC và in 3D đều tương thích với nhiều loại vật liệu, bao gồm cả nhựa và kim loại. In 3D hướng nhiều hơn đến việc chế tạo các bộ phận bằng nhựa. Điều này hiện đang thay đổi, với các nhà sản xuất như 3D Systems, Arcam, Desktop Metal và Markforged đang phát triển những cách tốt hơn và rẻ hơn để in 3D kim loại.
Gia công CNC. Các loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất trong gia công CNC bao gồm ABS, Nylon (PA66), Polycarbonate (PC), Acrylic (PMMA), Polypropylene (PP), POM và PEEK, cùng nhiều loại khác. Nhôm là kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trong gia công CNC. Theo Martin, một kỹ sư tại DDPROTOTYPE, một nhà sản xuất nguyên mẫu tiên tiến ở Trung Quốc, “70% vật liệu của chúng tôi là nhôm, và các bộ phận khác nhau mà chúng tôi sản xuất được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp.” Nhôm là vật liệu có thể tái chế với các đặc tính tốt và dễ gia công, các kim loại khác thường được sử dụng bao gồm thép không gỉ, hợp kim magie, hợp kim kẽm, hợp kim titan, đồng, v.v.
In công nghệ in 3D. Các loại nhựa nhiệt dẻo thường được sử dụng trong in 3D bao gồm ABS, PLA, nylon, ULTEM và các loại polyme quang học khác. Máy in 3D cũng có thể in các bộ phận cho gốm sứ và thậm chí cả cấy ghép cho con người. Các kim loại thường được sử dụng nhất trong in 3D bao gồm nhôm, thép không gỉ, titan và Inconel. Điều quan trọng cần lưu ý là cần có các máy in 3D công nghiệp đắt tiền (có thể lên đến hơn 100,000 đô la). Một số vật liệu, chẳng hạn như siêu hợp kim hoặc TPU (vật liệu dẻo) không thể gia công bằng máy CNC, vì vậy phải sử dụng các quy trình sản xuất như in 3D hoặc chế tạo khuôn nhanh. In 3D không thể xử lý gỗ vì không có vật liệu nào có thể mô phỏng gỗ thật.
So sánh các vật liệu thường được sử dụng.
Quy trình sản xuất | nhựa | Kim loại |
Cơ khí CNC | ABS, Nylon, Polycarbonate, PEEK、PC、PMMA、PP、POM PEEK, v.v. | Nhôm, thép không gỉ, hợp kim magiê, hợp kim kẽm, hợp kim titan, đồng, v.v. |
in 3d | ABS, PLA, Nylon, ULTEM, ASA, TPU (vật liệu dẻo), v.v. | Nhôm, Thép không gỉ, Titan, Inconel, v.v. |
Nguồn dữ liệu DDPROTOTYPE.
3. Độ chính xác và kích thước của chi tiết gia công
Theo nhóm DDPROTOTYPE, dựa trên kinh nghiệm đáng kể, “đối với dung sai, gia công CNC vượt trội hơn tất cả các quy trình in 3D, thậm chí cả DMLS.” Nếu các bộ phận của bạn cần có dung sai chặt chẽ, in 3D có thể không phải là lựa chọn tốt nhất.
Cơ khí CNC. Gia công CNC có thể đạt được dung sai rất chặt chẽ và độ hoàn thiện bề mặt tốt hơn, chẳng hạn như 0.005mm và có thể được gia công chính xác cho các bộ phận rất lớn đến rất nhỏ. Do tính chất tròn của dụng cụ, các góc bên trong luôn có bán kính, nhưng các bề mặt bên ngoài có thể có các cạnh rất sắc.
in 3d. Các máy in 3D khác nhau cung cấp độ chính xác kích thước khác nhau. Độ dày thành tối thiểu bị giới hạn bởi kích thước của phần thực hiện cuối (ví dụ: đường kính vòi phun trong FDM hoặc kích thước điểm laser trong SLS). Bởi vì các bộ phận được xây dựng theo từng lớp, phần cuối cùng có thể có các đường lớp, đặc biệt là trên các bộ phận cong. Máy cấp công nghiệp có thể tạo ra các bộ phận có dung sai rất tốt. Nếu yêu cầu dung sai chặt chẽ, cần phải gia công trong quá trình xử lý hậu kỳ. Điều này bổ sung thêm một bước và kém hiệu quả hơn so với gia công CNC.
Bảng dưới đây liệt kê dung sai, độ dày thành và kích thước bộ phận tối đa cho các công nghệ khác nhau
Quy trình sản xuất | Dung sai | tối thiểu độ dày lớp | tối đa. xây dựng khối lượng |
CNC | ± 0.005 – 0.125 mm | độ sâu cắt 0.01 mm | Lên đến 2000 x 800 x 1000 mm |
SLS | ± 0.3 mm | 0.1-1.5 mm | Lên đến 340 x 340 x 605 mm |
FDM | ± 0.3 mm | 0.2-0.8 mm | lên đến 914 x 610 x 914 mm |
MJF | ± 0.3 mm | 0.08 mm | lên đến 380 x 284 x 380 mm |
DML | ± 0.1 mm | 0.4mm | Lên đến 230 x 150 x 150 mm |
Nguồn dữ liệu DDPROTOTYPE.
Như bạn có thể thấy từ biểu tượng, gia công CNC có thể tạo ra các bộ phận lớn hơn và chính xác hơn so với các kỹ thuật in 3D thông thường, chẳng hạn như FDM, SLS hoặc MJF, v.v. Đối với các bộ phận trong thiết bị y tế, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác yêu cầu độ chính xác cao, gia công CNC là một sự lựa chọn lý tưởng.
4. Tốc độ
Các kỹ thuật in 3D như MJF và FDM nổi tiếng về khả năng sản xuất nhanh chóng với số lượng nhỏ các chi tiết, tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của chi tiết. Điều này là do sau khi tệp 3D đã sẵn sàng, chỉ cần chọn hướng, điền vật liệu và giá đỡ, rồi nhấn nút, không cần thiết lập thêm gì nữa, và thường chỉ mất vài giờ để hoàn thành chi tiết. Quá trình xử lý sau in phụ thuộc vào quy trình gia công và yêu cầu của tệp 2D.
Gia công CNC. So với in 3D, quy trình gia công CNC tốn nhiều nhân công hơn và đòi hỏi nhiều người vận hành và thiết lập hơn. Các thợ máy lành nghề lựa chọn vật liệu, máy móc, lập trình, dụng cụ và tốc độ quay của chúng, đường cắt, định vị thủ công các đồ gá, và thậm chí chế tạo các đồ gá tùy chỉnh trước. Điều này kéo dài thời gian gia công. Ngoài ra, các kỹ thuật xử lý sau như anod hóa, điện di, v.v. có thể được thực hiện ở đây, điều này có thể tốn thêm thời gian.
Martin cho biết: “Tại DDPROTOTYPE, nếu bạn chọn ABS để gia công 50 chi tiết phức tạp trung bình, thời gian quay vòng với công nghệ FDM trung bình là 1 ngày làm việc, trong khi đối với gia công CNC, thời gian quay vòng là 3 ngày. Nếu bạn cần sản xuất hơn 500 bộ phận, hiệu quả sản xuất của gia công CNC sẽ phát huy tác dụng, nhanh hơn nhiều so với in 3D do tính lặp lại của gia công CNC.” Mặc dù một số máy in trên thị trường có tốc độ in ấn tượng, nhưng in 3D thường sử dụng nhiều hơn cho việc tạo mẫu thay vì sản xuất. Đối với một số bộ phận có cấu trúc đơn giản, chúng có thể được gia công trong vài phút trên máy CNC nhưng có thể mất hàng giờ trên máy in 3D.
5，Độ phức tạp của mô hình
In công nghệ 3D. Công nghệ in 3D có thể gia công các bộ phận có bất kỳ hình dạng nào với rất ít ràng buộc hình học. Hầu hết các công nghệ in 3D như FDM hoặc SLM/DMLS đều yêu cầu cấu trúc hỗ trợ có thể được loại bỏ trong quá trình xử lý sau in. Bất kỳ bộ phận nhựa có hình dạng tự do nào cũng có thể dễ dàng được chế tạo bằng các quy trình nung chảy bột như SLS hoặc Multi Jet Fusion (MJF), và không cần cấu trúc hỗ trợ. Khả năng của công nghệ in 3D trong việc sản xuất các hình dạng phức tạp cao.
Gia công CNC. Tất nhiên, máy CNC cũng có thể gia công các chi tiết khá phức tạp. Thông thường, để gia công các chi tiết phức tạp, cần phải lật lại và cố định vị trí trong quá trình gia công, bởi vì ngay cả với máy CNC 5 trục, đôi khi dao cắt cũng không thể tiếp cận tất cả các bề mặt của chi tiết.
6. Chi phí
Chỉ bàn về giá cả, sự khác biệt giữa phay CNC và in 3D dường như không dẫn đến một kết luận chính xác. Điều này thay đổi theo các yếu tố khác nhau, chẳng hạn như vật liệu, số lượng, độ khó xử lý, v.v.
Bất kể làm 1 bộ phận hay 100 bộ phận, chi phí của một bộ phận được thực hiện bằng in 3D về cơ bản vẫn giống nhau và thường thấp hơn so với gia công CNC. Đối với số lượng lớn các bộ phận, chẳng hạn như hơn 100, gia công CNC sẽ kinh tế hơn. Theo Martin, một trong những quan niệm sai lầm phổ biến nhất của chúng tôi là dịch vụ gia công CNC rất tốn kém. Trên thực tế, việc tạo mẫu CNC có thể bắt đầu ở mức thấp khoảng 20 USD cho mỗi bộ phận, với đơn giá giảm đáng kể khi số lượng được sản xuất nhiều hơn.
7. Bảo vệ môi trương
Gia công CNC bắt đầu với phôi và sử dụng các công cụ khác nhau để loại bỏ vật liệu thừa. Do đó, một lượng lớn bụi mịn và các mảnh vật liệu nhỏ bị bỏ lại không thể thu hồi được, cần phải làm sạch và xử lý. Mặt khác, trong quy trình in 3D, nguyên liệu thô được đưa vào máy in để xây dựng từng lớp một. Quy trình này chỉ yêu cầu sử dụng nguyên liệu thô, không gây lộn xộn hoặc lãng phí, vì vậy đây là quy trình sản xuất thân thiện với môi trường hơn.
8. Nghiên cứu điển hình
Chúng tôi nghiên cứu sự khác biệt giữa gia công CNC và in 3D thông qua hai ví dụ, có vẻ trực quan và dễ hiểu hơn. Đây là 2 dự án mà DDPROTOTYPE đã thực hiện trong năm 2021. Chúng tôi lấy gia công vỏ nhựa và gia công khung kim loại làm ví dụ.
Nguyên mẫu vỏ nhựa. Sản xuất vỏ nhựa cho thiết bị điện tử là một bước quan trọng trước khi sản xuất hàng loạt. Sản xuất nhanh, chi phí thấp và thời gian phát triển ngắn là những yêu cầu của khách hàng. Vỏ thiết bị điện tử có các chốt, bản lề linh hoạt, khớp nối lồng vào nhau và các loại ốc vít khác. Tất cả các chức năng này đều có thể được thực hiện bằng gia công CNC hoặc in 3D (FDM hoặc SLS). Các nguyên mẫu nhựa có độ chính xác cao và tính thẩm mỹ cao có thể được tạo ra bằng cả CNC hoặc SLS, nhưng FDM cấp độ máy tính để bàn có thời gian xử lý ngắn hơn và chi phí thấp hơn. DDPROTOTYPE tóm tắt sự so sánh của từng quy trình, như được hiển thị trong bảng.
Cơ khí CNC | Máy tính để bàn FDM | SLS | |
Chi phí | $$ | $ | $$ |
Chất liệu thường dùng | ABS, nylon | PLA, ABS, Nylon | Nylon |
Giao hàng tận nơi | 5 ngày | 1.5 ngày | 2Days |
tính chính xác | ± 0.121mm | ± 0.485 mm | ± 0.287 mm |
Nguyên mẫu nhà ở chi phí thấp được làm bằng In 3D FDM
Mẫu thử nghiệm bằng kim loại của cánh quạt. Cánh quạt kim loại có thể hoạt động dưới tải trọng và nhiệt độ cao, và cần phải lắp vừa khít vào các trục có độ chính xác cao. Khách hàng yêu cầu kích thước của cánh quạt phải chính xác hơn và chất lượng vật liệu phải tốt hơn.
Cơ khí CNC | SLM/DMLS | Phun chất kết dính | |
Chi phí | $$ | $ $ $ $ | $ $ $ |
Vật liệu phổ biến | Nhôm, thép không gỉ, đồng thau | Thép không gỉ, Nhôm, Titan, Inconel Cobalt Chrome | Thép không gỉ, Inconel Cobalt Chromium, Vonfram, cacbua |
tính chính xác | ±0.022mm | ±0.108mm | ±0.214mm |
Hành vi cơ học | Rất tốt | Rất tốt | tốt |
9. Tóm tắt nhanh
Không có câu trả lời rõ ràng, không có công nghệ nào được trang bị tất cả các ưu điểm và cả gia công CNC và in 3D đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, điều này sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu, thời gian sản xuất, độ phức tạp hình học, độ chính xác, số lượng và ngân sách . DDPROTOTYPE đã cẩn thận tổng hợp một biểu đồ so sánh để bạn tham khảo.
Cơ khí CNC | in 3d | |
Tính chất cơ học | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
prototyping | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
Chi phí | Rẻ hơn cho dòng trung bình lớn | Rẻ hơn cho loạt nhỏ |
Thời gian quay vòng | ⭐ | ⭐⭐⭐ |
lựa chọn polyme | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Độ phức tạp của thiết kế | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
Độ chính xác về kích thước | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Chi tiết và độ phân giải | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
Kích thước phần lớn | ⭐⭐⭐ | ⭐ |
Tốt-⭐ Tốt hơn-⭐⭐ Tốt nhất-⭐⭐⭐ | ||
10. Mẹo chọn phương pháp sản xuất phù hợp
Trước khi chọn quy trình sản xuất phù hợp, vui lòng tham khảo các mẹo trước khi đưa ra quyết định cuối cùng.
Số lượng ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn phương pháp sản xuất? Việc chọn in 3D đáng được cân nhắc khi bạn cần các lô bộ phận nhỏ (dưới 50 chiếc). Khi số lượng đạt từ 100 đến 1000 chiếc thì gia công CNC sẽ tốt hơn.
Các bộ phận được sản xuất có phức tạp không? Đối với các bộ phận tùy chỉnh số lượng ít nhưng có độ phức tạp cao, in 3D thường rẻ hơn và nhanh hơn. Gia công CNC yêu cầu nhiều người vận hành và thiết lập hơn, đồng thời thường có chi phí cao hơn so với in 3D.
Những vật liệu được yêu cầu? Vì gia công CNC là một công nghệ hoàn thiện hơn nên có nhiều loại vật liệu tương thích hơn. Nhưng đối với các vật liệu siêu hợp kim kim loại rất khó gia công, chẳng hạn như titan hoặc TPU dẻo, thì việc chọn in 3D sẽ khôn ngoan hơn.
