Обработка с ЧПУ против 3D-печати:какой вариант лучше всего подходит для вашей работы?

Изобретатель стереолитографии и основатель 3D Systems Чарльз Халл начал продавать 3D-принтеры в 1986 году. Несколько лет спустя Скотт Крамп из Stratasys коммерциализировал свою технологию моделирования методом наплавления. Вскоре последовали и другие, и вскоре предприниматели во всем мире стали покупать эти машины для «быстрого прототипирования» и открывать «сервисные бюро» — компании, которые занимались исключительно 3D-печатью.

Сегодня каждый из этих когда-то передовых терминов в основном устарел. Аддитивное производство больше не ограничивается созданием прототипов, быстрым или каким-либо иным образом. А сервисные бюро уступили место электронным производителям, владельцы и менеджеры которых утверждают, что 3D-печать дополняет обработку на станках с ЧПУ и другие более традиционные производственные процессы и стала просто еще одним инструментом в их арсенале (хотя и очень мощным).

Компенсация сильных и слабых сторон

Это, безусловно, относится к лос-анджелесской компании Stratasys Direct Manufacturing, где вице-президент по операциям Грег Рейнольдс объясняет, что решение о том, какую технологию производства использовать для того или иного проекта, зависит от множества факторов, начиная со сложности детали.

«Аддитивное производство дает несколько важных преимуществ по сравнению с традиционными процессами, особенно когда речь идет о металле, — говорит он. — Первое место в этом списке занимает консолидация деталей. Вместо того, чтобы обрабатывать кучу деталей, а затем соединять их болтами или сваривать, 3D-печать металлом позволяет производить сборку в виде единой, часто намного более легкой заготовки. С этим приходят такие особенности, как внутренние проходы, сложные изогнутые поверхности и другие органические формы, а также тонкостенные решетчатые структуры. Каждый из них либо очень дорог, либо совершенно невозможен. Однако для добавок они довольно просты».

С другой стороны, более простые, более монолитные детали, такие как кронштейны, валы, корпуса и множество других «блочных» компонентов, остаются в области механической обработки, независимо от того, изготавливает ли мастерская прототип детали или многотысячный производственный цикл.

А поскольку 3D-печать не может конкурировать с механической обработкой с точки зрения точности, детали с жесткими допусками и очень гладкой поверхностью также больше подходят для токарного станка с ЧПУ или обрабатывающего центра.

Из-за этого многие пластмассовые детали и практически все металлические требуют поездки после сборки в механический цех, чтобы доработать важные детали и удалить опоры, что является проклятием большинства процессов 3D-печати.

3D-печать:хорошо подходит для сложной геометрии, замысловатых элементов

«Для небольших объемов производства, когда точность деталей и чистота поверхности не являются высшим приоритетом, 3D-печать, безусловно, является подходящим вариантом», — говорит Гисберт Ледвон, директор по развитию бизнеса станков в Heidenhain Corp. «Это также верно для деталей с очень сложной геометрии, и где 3D-печать может создавать элементы, которые иначе было бы трудно изготовить. Несмотря на то, что для них может потребоваться вторичная обработка, такие детали все чаще производятся с помощью аддитивного производства металлов».

Ледвон говорит, что одним из примеров является пластиковая форма для литья под давлением. Вместо того, чтобы сверлить серию охлаждающих отверстий, как в швейцарском сыре, по всему основанию формы или ее вставкам, как при традиционном изготовлении форм, машины с лазерным слоем металлического порошка (LPBF) могут печатать всю форму и заполнять ее стратегически расположенными охлаждающими каналами, которые соответствуют и окружают полость пресс-формы. Результатом, по его словам, являются пресс-формы с гораздо более коротким временем цикла и более высоким качеством деталей, чем это было бы возможно в противном случае.

Здесь снова необходимы вторичные операции по чистовой обработке полости формы и других важных поверхностей; как отмечают Ледвон и Рейнольдс, аддитивное производство металлов оставляет после себя чистоту поверхности, сравнимую с литьем или ковкой.

Оба эксперта говорят, что перенос этих и других деталей с 3D-принтера на станок с ЧПУ требует надежной стратегии крепления. «Было бы идеально, если бы у вашего 3D-принтера была какая-то система поддонов, которая интегрируется с вашим обрабатывающим центром, так как это сэкономит много времени и избавит от головной боли», — говорит Ледвон.

Рейнольдс добавляет, что захват детали, напечатанной на 3D-принтере, аналогичен захвату отливки, поскольку часто нет фиксированной опорной точки, на которую можно ссылаться. «Как и в случае с отливками, вы начинаете процесс обработки с формы, близкой к чистой, поэтому вам нужно сначала фрезеровать или точить нулевую точку, а затем продолжать оттуда. Это варьируется от задания к заданию, но в целом я бы сказал, что контроль размеров определенно сложнее с деталями, напечатанными на 3D-принтере».

ЧПУ удовлетворяет потребность в скорости

Еще одним преимуществом станков с ЧПУ является скорость. Там, где токарные станки с ЧПУ и обрабатывающие центры могут отрывать материал от прутка или заготовки с большой скоростью, лазерные 3D-принтеры для металла и полимеров печально известны своей медлительностью:для изготовления большинства деталей требуется много часов, а для более крупных — даже дни.

Однако лазеры — далеко не единственный способ связывания материалов. Аддитивное производство может похвастаться семью различными технологиями и многочисленными ответвлениями, некоторые из которых стали чрезвычайно быстрыми в последние годы. Например, производители 3D-принтеров, такие как Markforged, разработали машины для струйной печати связующего, способные печатать большое количество «зеленых» деталей, которые затем спекаются. имитируя десятилетний процесс литья металлов под давлением. А принтеры для моделирования наплавленным методом, такие как принтеры MakerBot и материнской компании Stratasys, не только стали намного быстрее, чем в ранние годы Скотта Крампа, но и теперь могут печатать на некоторых металлах.

Точно так же процесс стереолитографии Чака Халла был расширен за счет цифровой обработки света, которая отверждает целые слои фотополимерной смолы за один проход, а не кропотливо прослеживает их линию за линией с помощью источника УФ-излучения.

Эти и другие полимерные принтеры также намного более точны, чем когда-то (хотя все еще гораздо менее точны, чем механическая обработка), и при использовании в сочетании с так называемым оборудованием для «паровой полировки» могут обеспечивать исключительную чистоту поверхности.

Кроме того, есть выборочное поглощение Fusion от Stratasys. Хотя в настоящее время он ограничен экологически чистым нейлоном PA11, он печатает детали с использованием запатентованных чернил, которые снижают температуру плавления любого полимерного порошка, к которому он прикасается. При воздействии источника инфракрасного тепла эти области сливаются, образуя полностью функциональные детали. «Неважно, одна это деталь или 1000, скорость сборки одинакова», — говорит Рейнольдс. «Это делает его идеально подходящим для больших объемов производства, а поскольку при нем не так сильно нагревается деталь, как при селективном лазерном спекании (SLS), целостность материала, как правило, выше».

Сокращение времени производства

Инструменты — еще одно важное различие между 3D-печатью и традиционным производством. Поскольку первый процесс является полностью цифровым, нет необходимости в приспособлениях, приспособлениях и других инструментах (помимо тех, которые используются для вторичной обработки), необходимых для традиционных производственных процессов.

Это дает множество преимуществ, наиболее очевидным из которых является устранение некоторых или всех затрат на инструменты. Но есть также время, необходимое для изготовления инструментов, и, когда они будут готовы, установить их на станок, выбрать нулевую программу, а затем проверить программу ЧПУ. С другой стороны, 3D-принтер может превратить модель САПР в готовую деталь всего за несколько часов.

Рейнольдс отмечает, что в последнее время 3D-печать стала более автоматизированной в отношении удаления слеживания и удаления опор, хотя автоматизация также играет большую роль в других типах производства.

В любом случае, выбор способа производства той или иной детали — это сложное решение, которое зависит от объема работ, геометрии детали, ее точности и чистоты поверхности, материала, из которого она изготовлена, и множества других факторов.

Металлисты, пытающиеся выбрать один из двух методов, могут загрузить деталь на веб-сайт Stratasys, чтобы сразу же узнать цену и выяснить, какой способ является самым быстрым и эффективным.

«Тех, кто в какой-то момент мог подумать об инвестировании в собственный 3D-принтер и счел его либо слишком дорогим, либо недостаточно производительным, я бы посоветовал взглянуть еще раз, — говорит он. — Эта технология стала очень зрелой и, как на токарных станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах — это еще один способ изготовления деталей."

Быстрый опрос:Преимущество аддитивного производства

Аддитивное производство все чаще используется в дополнение к механической обработке и более традиционным производственным процессам.

Каковы преимущества аддитивного производства для вашего бизнеса?