Сравнение 3D-принтеров и 3D ЧПУ фрезеров: что лучше для вашего проекта?

В последние годы популярность и удешевление ЧПУ-технологий сделали ЧПУ-фрезеры, токарные станки и даже 5-осевые центры обработки доступными для энтузиастов. DIY ЧПУ-фрезеры также доступны. Годами 3D ЧПУ-фрезер был популярной темой. Однако недавнее удешевление 3D-принтеров и открытость железа и ПО сделали 3D-принтеры горячей темой.

3D ЧПУ фрезер

ЧПУ — компьютерное числовое управление, компьютерно-контролируемое обработанческое оборудование. Технология позволяет передавать данные обработки с компьютера на станок. Может выполнять фрезерование, токарную, шлифовку, сверление и другие операции с высокой точностью. Может реализовывать множество операций на одном устройстве. Существует много типов: центры обработки, токарные станки, фрезеры. Системы управления обрабатывают программы с кодами или символическими инструкциями, переводят их через компьютер в код, чтобы станок выполнял заданные действия, а заготовка резающим инструментом превращается в полуфабрикат или готову деталь.

Большинство DIY энтузиастов имеют 3D ЧПУ фрезеры, обычно с 2–5 осями, чаще всего 3-осевые. Состоят из рамы, двигателя, механических передаточных частей, шпинделя, системы управления. Основной принцип: система управления переводит и обрабатывает данные, преобразует в электрический сигнал для привода двигателя. Двигатель приводит в движение механические части передачи, так что инструмент или заготовка на шпинделе движутся в пространстве X, Y, Z. Высокоскоростной вращающийся инструмент срезает лишний материал заготовки (см. Рисунок 1). 3-осевой ЧПУ фрезер обычно используется для сверления, фрезерования и резки объемных материалов. Режущий инструмент может быть обычным сплавным или лазером. Традиционная ЧПУ-технология — субтрактивная технология, получение готового продукта путем постепенного вычитания материала заготовки.

3D-принтер

Если традиционная ЧПУ-технология — субтрактивная, то 3D-принтер использует аддитивную технологию. 3D-печать возникла в конце 20 века, различные установки быстрого прототипирования были крайне дороги. До недавнего времени ЧПУ-технология стала открытой, истекли патенты на быстрый прототипирование, появились дешевые 3D-принтеры за рубежом. Вдохновившись этим, в стране также началось развитие, и различные простые 3D-принтеры попали в поле зрения энтузиастов.

3D-принтер — оборудование быстрого прототипирования. Основной принцип можно рассматривать как комбинацию традиционного ЧПУ и принтера. ЧПУ-технология преобразует файл модели в пространственное перемещение рамы, так что 3D-печатающая сопла склеивает порошковый металл или пластик, строя объекты слое за слоем. При печати струйным принтером цифровые файлы передаются принтеру, который после интерпретации наносит слой чернил на бумагу, образуя 2D-изображение. При 3D-печати ПО через CAD выполняет серию цифровых срезов и передает информацию этих срезов 3D-принтеру. Принтер накладывает последовательные тонкие слои, образуя твердое тело. Главное отличие — «чернила» — это реальное сырье.

Существует различные формы накладки тонких слоев. Три распространенных метода:

1. Метод «струйной печати»: сопло вытесняет очень тонкий слой жидкого пластика, который затем затвердевает под УФ или лазером, затем поднос опускается на очень маленькое расстояние для следующего слоя. Непрерывно накапливаются до завершения (Рисунок 2).

2. Метод «плавленного моделирования»: дополнительного процесса затвердевания не требуется, пластик прямо плавится в сопле, выдавливается под давлением, откладывается и накапливается, остывает и формируется на воздухе (Рисунок 3).

3. Метод «порошковой спекания»: порошковые частицы наносятся на поднос, образуя очень тонкий порошковый слой, затем распыляется жидкий связующий для затвердевания, или порошковый слой плавится, спекляется и затвердевает лазером, электронным потоком, слой за слоем накапливаются. При печати сложных структур (отверстия, консоли) нужно добавлять гели или другие вещества для поддержки или заполнения пространства, которые после печати удаляются. Печатающие среды: пластики, металлы, керамика, резина, еда, даже органы из человеческих клеток.

Сравнение

Из сравнения принципов работы видно, у обоих есть плюсы и минусы. ЧПУ фрезер обрабатывает существующие профили или полуфабрикаты. Требования к материалам невысоки, материалы легко доступны и дешевы: металл, дерево, камень, пластик и т.д., могут быть довольно большими по размеру. 3D-принтеры требуют специальные расходники, дорого печатают и трудно достигают больших размеров. ЧПУ фрезер подходит для промышленного производства, изготовления форм, поделок, рекламы, деталей для любителей. 3D-принтеры ограничены материалами, изделия относительно хрупкие, как у «плавленного моделирования» — расходники в основном пластики, изделие не может быть твердым как металл, обычно подходит для моделей, индивидуальных поделок, образцов продуктов, восстановления древних ископаемых. ЧПУ фрезеру нужно готовить подходящие профили или полуфабрикаты, а 3D-принтеру — нет, изделия как бы «выпадают из неба», что нравится дизайнерам. По структуре большая разницы нет: оба применяют раму из трех осей X, Y, Z. Главное отличие: ЧПУ фрезер использует шпиндель и инструмент для фрезерования материала. 3D-принтеры используют сопла для накопления материала.