3D-печать или фрезерование с ЧПУ:что вам нужно при создании лаборатории прототипирования?

Чтобы точно оценить, что вам нужно при создании лаборатории прототипирования, в первую очередь нужно выбрать между 3D-печатью и фрезерованием с ЧПУ.

Оба варианта оказались критически важными для современных производственных процессов, каждый из которых имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами производства. В конечном счете, когда речь заходит о 3D-печати и фрезеровании с ЧПУ, «Выбор создания прототипа на станке с ЧПУ или 3D-принтере зависит от нескольких факторов; ценовой диапазон, размер детали/прототипа и тип используемых материалов».

Вот почему мы решили внести ясность и прояснить некоторые недоразумения. Хотя 3D-печать, несомненно, имеет свое место, важно не быть недальновидным при оценке достоинств станков с ЧПУ в отношении промышленного прототипирования.

Далее следует разбивка определений, истории, приложений и прогнозов для обоих процессов по мере того, как современное производство продолжает развиваться. В конечном счете, мы надеемся, что эта информация поможет вам принять решение о том, что конкретно нужно вашему бизнесу при создании лаборатории прототипирования.

Определение 3D-печати и фрезерной обработки с ЧПУ

Простое объяснение 3D-печати — это «производственный процесс, посредством которого создаются трехмерные (3D) твердые объекты. Это позволяет создавать физические 3D-модели объектов с использованием ряда аддитивных или многоуровневых сред разработки, в которых слои укладываются последовательно для создания полного 3D-объекта». По этой причине 3D-печать также называют аддитивным производством.

Согласно Investopedia, «технология 3D-печати уже повышает производительность производства и обладает таким потенциалом, что может серьезно изменить производственную логистику и управление запасами — если ее можно будет успешно использовать в массовом производстве и если производство станет более локальным». /Р>

С другой стороны, «Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) автоматизируют управление станками с помощью программного обеспечения, встроенного в микрокомпьютер, прикрепленный к инструменту. Он широко используется в производстве для обработки металлических и пластиковых деталей».

Распространенное заблуждение о ЧПУ заключается в том, что это автоматизированное управление имеет свою цену — в буквальном смысле. ЧПУ часто ошибочно считают более дорогим, отчасти из-за убеждения, что требуется высококвалифицированный труд. На самом деле обработка с ЧПУ значительно отошла от этих первоначальных истин.

3D-печать — краткая история

Современные приложения 3D-печати уходят корнями в начало 1980-х годов. История 3D-печати — это исследование быстрой эволюции. После появления 3D-печати в 1981 году в 1984 году была создана стереолитография, которая представляет собой «форму технологии 3D-печати, используемую для создания моделей, прототипов, шаблонов и производственных деталей послойным способом с использованием фотохимических процессов, посредством которых свет вызывает образование химических мономеров». соединяться вместе, образуя полимеры».

Медицинская промышленность вскоре извлекла выгоду из достижений 3D-печати; впервые в 1999 году, когда Институт регенеративной медицины Уэйк Форест под руководством Энтони Атала, доктора медицины, объявил об успешной печати и создании тканей мочевого пузыря человека, которые затем были перенесены людям с небольшим риском того, что их иммунная система отторгнет имплантат, потому что он был построены из их собственной сотовой структуры или каркасов.

Перенесемся в 2016 год, когда «институт объявил об успешной печати структур живых тканей с использованием специализированного 3D-принтера, который его исследователи разрабатывали более десяти лет. Ученые напечатали ушные, костные и мышечные структуры, которые при имплантации животным превратились в функциональную ткань и развили систему кровеносных сосудов».

В настоящее время «наиболее продвинутым ожидаемым применением 3D-печати является биопечать сложных органов. Было подсчитано, что до полностью функционирующего печатаемого сердца осталось менее 20 лет».

Что касается промышленного использования быстрого прототипирования с помощью 3D-печати, «производители все больше полагаются на 3D-печать в рамках своих более широких производственных стратегий, при этом в производстве используется до 51 % всех респондентов по сравнению с 38,7 % в 2018 году».

Это не должно удивлять, особенно если учесть некоторые основные моменты, опубликованные Forbes в The State of 3D Printing, 2019:

Согласно этому отчету, в исследовании были представлены восемь отраслей:промышленные товары (13,6%), высокие технологии (10,6%), услуги (9,9%), потребительские товары (8,6%), здравоохранение и медицина (6,2%), автомобилестроение. (5,7%), аэрокосмическая и оборонная промышленность (5,5%) и образование (4,9%), что свидетельствует о разнообразном потенциале 3D-печати для поддержки и пользы различных направлений.

Однако в «Битве за производство:аддитивное против субтрактивного» станки с ЧПУ доминируют:«Хотя аддитивное производство добилось впечатляющих успехов в аэрокосмической и автомобильной промышленности, обработка с ЧПУ остается приоритетом для подавляющего большинства производителей».

Как появились фрезерные станки с ЧПУ

Как указано в «Истории и определении ЧПУ 100», станки с ЧПУ, первоначально известные как станки с ЧПУ, «контролировались сложной электрической схемой. Станки с ЧПУ считывают и выполняют по одной строке кода из программы обработки деталей, записанной на бумажную или майларовую ленту».

По мере развития технологии малых компьютеров компьютеры начали управлять станками; следовательно, рождение ЧПУ как производственного процесса. Благодаря этой первой строке кода станки с ЧПУ развили способность хранить сотни программ.

Для углубленной истории станков с ЧПУ Encyclopedia.com охватывает все основы. Интересно отметить, что:

Тем не менее, мы можем выделить несколько важных моментов на следующей временной шкале:

• Станки, такие как токарные станки по дереву, взяты из Библии, но только в 1800 году Генри Модслей изобрел токарный станок по металлу.
• Вскоре после этого, в 1818 году, Эли Уитни (наиболее известный своим изобретением хлопкоочистительной машины) представил первую мельничную машину.
• Для работы на обеих этих машинах требовались операторы, что приводило к человеческим ошибкам в готовом продукте.
• После Второй мировой войны Джон Т. Парсонс представил первый современный фрезерный станок, включив в эти планы ранний компьютер IBM.
• В 1960-е годы машины стали дешевле и доступнее, что сделало их неотъемлемой частью других приложений и отраслей.
• По мере развития встроенной электроники бумажная или майларовая лента (упомянутая выше) была упразднена, и теперь современные машины могут считывать данные из памяти программного компьютера.

В настоящее время «Обычные производственные процессы, в которых используются станки с ЧПУ, включают гибку, сверление, пробивку отверстий, склеивание, шлифование, лазерную резку, пламенную и плазменную резку, фрезерование, захват и размещение, ультразвуковую сварку и многое другое. Фрезы, токарные станки, электроэрозионная обработка и гидроабразивная резка часто работают с ЧПУ».

Краткий обзор истории как 3D-печати, так и станков с ЧПУ свидетельствует о потенциале каждого из них для оптимизации производственных процессов при создании лаборатории прототипирования.

Оценка аддитивных и субтрактивных производственных процессов

Чтобы определить, требуется ли вашей лаборатории прототипирования 3D-печать или фрезерные станки с ЧПУ, вам нужно сначала решить, предназначены ли ваши продукты для наиболее эффективной и действенной доставки в соответствии с аддитивными или субтрактивными производственными процессами.

Ключевое преимущество субтрактивного метода перед аддитивным заключается в том, что «Помимо устранения наслоения аддитивных процессов, субтрактивные процессы имеют и другие преимущества. Они предлагают различные варианты отделки поверхности, исключая «ступенчатые» поверхности, часто встречающиеся во многих аддитивных процессах. Отделка может быть важна с функциональной точки зрения, если детали должны скользить, и с косметической точки зрения, если прототипы будут использоваться в рыночных испытаниях».

Это помогает рассмотреть типы приложений, которые поддерживают эти процессы.

Понимание аддитивных и субтрактивных приложений

Несмотря на то, что это новичок между ними, «аддитивное производство уже используется для производства впечатляющего набора продуктов». Эти продукты в основном используются в следующих отраслях:аэрокосмическая, автомобильная, здравоохранение и разработка продуктов.

Несмотря на тенденцию 3D-печати в различных отраслях, факт остается фактом:«Субтрактивное производство дает вам возможность проектировать, прототипировать и производить материалы для конечного использования. Это подходящий выбор для деталей, используемых в мелкосерийном и крупносерийном производстве, для получения определенной отделки или получения определенных механических свойств».

По этой причине «вычитательные процессы очень широко используются в производстве… Токарная обработка, фрезерование, сверление, пиление, нарезание резьбы и зубонарезание — вот некоторые примеры вычитающих процессов, связанных с резанием металла, которые традиционно выполняются на специализированных станках. ”

Помимо приложений, есть и другие факторы, которые следует учитывать при оценке 3D-печати и обработки на станках с ЧПУ.

Настройтесь на шум и вибрацию

Когда вы думаете о некоторых основных инструментах, используемых в обработке с ЧПУ:фрезерный станок, токарный станок, плазменный резак, электроэрозионная обработка, многошпиндельный станок, водоструйный резак, нетрудно представить, что субтрактивные производственные процессы производят больше шума и вибрации. место, чем аддитивное производство, такое как 3D-печать. В зависимости от вашего местоположения это, скорее всего, даст информацию о том, что вам нужно для оптимальной настройки лаборатории прототипирования.

Что проще в эксплуатации? 3D-принтеры или станки с ЧПУ

В целом, 3D-печать рекламируется как более простая операция по сравнению с ЧПУ. Основная причина этого заключается в том, что «после того, как файл подготовлен, вам просто нужно выбрать ориентацию детали, заливку и опоры, если это необходимо. Затем, как только печать началась, супервайзер не требуется, и принтер можно оставить до тех пор, пока деталь не будет готова».

Поскольку ЧПУ более трудозатратны, широко распространено мнение, что для обработки с ЧПУ требуется обученный машинист. Возможно, раньше так и было, но времена изменились.

Наша машина DATRON включает в себя несколько функций, упрощающих настройку. Фактически, станок может провести начинающего пользователя через весь восьмиэтапный процесс настройки станка с ЧПУ в первый раз. В конечном счете, чтобы чувствовать себя комфортно и уверенно, используя эту технологию, требуется в среднем всего один-два дня обучения.

Интерфейс спроектирован так, чтобы выглядеть и функционировать аналогично смартфону, в комплекте с камерой и системой механических датчиков, которая автоматически регистрирует деталь, уменьшая потребность в вводе этой информации квалифицированным техническим специалистом. Интегрированные решения для зажимных приспособлений и технология режущего инструмента включают в себя весь процесс, устраняя необходимость в спецификациях и покупке аналогичных компонентов в других местах.

Знайте свои ограничения:точность, размер и геометрическая сложность

При рассмотрении вопроса о 3D-печати и обработке на станках с ЧПУ — какой вариант лучше всего подходит для вашего прототипа? Джош Биггс заявляет:«Для одного станок с ЧПУ — отличный вариант, если вам нужна высокая точность размеров. Кроме того, обработка с ЧПУ может работать с материалами, которые еще не могут быть напечатаны, например, с деревом. Обработка на станках с ЧПУ также превосходит 3D-печать, когда речь идет об обработке металлов, и работает так же хорошо с пластмассами».

Далее он утверждает, что «Кроме того, станки с ЧПУ обычно дают более точные результаты. Станки с ЧПУ — лучший выбор, если вам нужны очень узкие детали или очень жесткие допуски. Ничто другое не соответствует допускам в 0,01 мм».

Даже команда 3Dnatives, которая занимается деталями аддитивного производства и всем, что связано с 3D-печатью, сообщает о значительном преимуществе субтрактивного производства:«С точки зрения допусков обработка с ЧПУ превосходит все процессы 3D-печати».

Однако при изготовлении деталей с высокой геометрической сложностью 3D-печать имеет преимущество.

Сопоставление затрат:3D-печать и ЧПУ

Как видите, производство — это не единственное решение. Сумма денег, необходимая для вашей лаборатории прототипирования, будет зависеть не только от того, что вы производите, но и от размера и количества изделий, которые вы будете производить.

Например, согласно простому анализу затрат и выгод Биггса:

Издание «Интересное инженерство» «Распространенные заблуждения о производстве станков с ЧПУ», развеявшее миф о дорогостоящих процессах ЧПУ:

Очевидно, что наиболее рентабельный маршрут для вашего бизнеса лучше всего определяется дизайном и планом вашего конкретного продукта.

Когда дело доходит до 3D-принтеров, варианты, размеры и диапазон цен охватывают всю гамму, а также то, что каждый из них может на самом деле печатать из различных материалов. Помимо неизвестных или нечетко определенных затрат на материалы, операторам обычно требуется обучение у местного эксперта, что представляет собой инвестиции в обучение персонала.

Благодаря оборудованию DATRON наши станки для резки подходят для пластика, дерева, алюминия и стали любого поставщика, что позволяет вам заранее оценить и установить стоимость материалов. Как мы уже объясняли, для работы на наших станках не требуется дополнительное обучение, что позволяет сэкономить на персонале и делает станки с ЧПУ DATRON более экономичной альтернативой.

Не трать зря, не хочу

Учитывая характер субтрактивного производства — удаление слоев материала для создания продукта — не говоря уже о типах необходимых станков с ЧПУ, неудивительно, что станки с ЧПУ могут оставить после себя небольшой беспорядок.

Сколько беспорядка и что могут означать эти потери, Energy.gov оценил в обзоре 2015 года «Инновационные технологии чистой энергии в передовом производстве». В отчете подчеркивается преимущество аддитивного производства, заключающееся в его потенциале «экономить энергию за счет исключения производственных этапов, использования значительно меньшего количества материалов, повторного использования побочных продуктов и производства более легких продуктов».

Отчет продолжается:

Представляем Закон об уборке

В DATRON мы усовершенствовали наше высокоскоростное обрабатывающее оборудование, чтобы устранить беспорядок и сделать возможным удаление готовых деталей без удаления заусенцев или обезжиривания.

Более того, инструменты и аксессуары для ЧПУ DATRON предлагают самые высокие обороты в минуту среди самых компактных станков на рынке — считайте это нашей инициативой по защите окружающей среды.

Как правило, фрезерные станки с ЧПУ промышленного назначения оснащены большими двигателями, выделяющими много тепла, которым требуется масло для охлаждения и смазки компонентов станка. Утилизация нефти необходима, но этот процесс представляет опасность для окружающей среды, как мы видели в прошлых крупных разливах.

Поскольку для обслуживания машин нам не требуется одинаковое количество тепла, масла или хладагента, мы предлагаем лучшую экономию энергии за счет гораздо меньшей занимаемой площади.

Вердикт:3D-печать и обработка на станках с ЧПУ

То, что вам нужно в вашей профессиональной лаборатории прототипирования, будь то 3D-печать или обработка с ЧПУ, лучше всего определяется вашим конкретным продуктом. Хотя мы надеемся, что представленная здесь информация внесла некоторую ясность, на самом деле и 3D-печать, и обработка на станках с ЧПУ могут работать или даже дополнять друг друга в зависимости от ваших производственных потребностей.

На самом деле, есть несколько случаев, когда вам следует сочетать 3D-печать и обработку с ЧПУ, в основном из-за допусков, времени и / или заготовки значительного размера; более того, «объединение этих двух процессов не требует сложного рабочего процесса, который вы могли себе представить. Что не менее важно, это может принести вашей производственной компании ряд существенных преимуществ».

Для более подробного обсуждения производственного процесса или комбинации процессов, идеально подходящей для вашей лаборатории прототипирования, свяжитесь с нами. Мы быстро реагируем и готовы поделиться своим опытом.