3D-печать или ЧПУ? Выбор правильного метода производства

3D-печать и обработка с ЧПУ - два наиболее часто используемых метода, когда дело касается прототипирования и мелкосерийного производства. Однако, поскольку оба предлагают два очень разных подхода к производству - один аддитивный, а другой субтрактивный, определение правильного метода производства для вашего приложения имеет решающее значение для оптимизации разработки продукта, достижения большей эффективности и, в конечном итоге, более качественных деталей.

В этом руководстве мы рассмотрим различия между 3D-печатью и обработкой с ЧПУ и поделимся несколькими советами о том, как выбрать правильный метод.

3D-печать и ЧПУ

При создании функциональных прототипов и / или конечных деталей 3D-печать и обработка с числовым программным управлением (ЧПУ) могут предложить ряд преимуществ. Однако, хотя оба они полагаются на данные САПР и используют различные материалы, на этом сходство заканчивается.

3D-печать (или аддитивное производство) охватывает ряд технологий, которые работают путем послойного нанесения материала на платформу сборки 3D-принтера для создания детали. Во время процесса не требуется никаких инструментов, и можно создавать сложные детали, не влияя на время или стоимость производства.

Обработка с ЧПУ , напротив, является субтрактивной технологией. Это означает, что вместо последовательного добавления слоев материала процесс начинается с твердого блока материала; Затем используется инструмент, чтобы вырезать и вырезать блок по заданной компьютером траектории, чтобы придать ему желаемый объект.

Отслеживание различий

Требования к рабочей силе
Поскольку обработка с ЧПУ включает в себя комплекс сложного оборудования, этот процесс требует квалифицированного машиниста для регулировки инструментов, определения траектории резания и изменения положения детали для достижения правильной формы.

3D-печать, напротив, представляет собой автоматизированный процесс и, следовательно, гораздо менее трудозатратный. Конечно, файл необходимо подготовить к печати (включая преобразование в STL, определение оптимальной ориентации), но общий процесс не должен занять больше 30 минут. После того, как файл подготовлен и принтер настроен, никаких вмешательств не требуется, пока деталь не будет завершена.

Срок изготовления
Для обоих процессов на время производства могут влиять различные факторы. Время изготовления станков с ЧПУ зависит от конструктивных характеристик (размер, вид материала, толщина стенки и т. Д.) И количества характеристик (например, размера и глубины карманов и отверстий). Например, для мелких деталей потребуется меньшая скорость резания, что увеличивает время.

Для 3D-печати к факторам относятся объем материала детали и ее высота. Неудивительно, что чем больше требуется материала, тем дольше процесс печати. Некоторые функции также требуют вспомогательных структур, которые могут добавить от 5% до 15% больше времени к процессу печати.

Стоимость
Одним из дополнительных преимуществ 3D-печати является возможность экономичного создания сложных деталей, что является одной из причин, почему эта технология все чаще используется для облегчения металлических конструкций. С ЧПУ все наоборот:чем сложнее деталь, тем медленнее обрабатывается и тем больше требуются усилия, что ведет к более высоким затратам.

Есть и другие факторы, которые могут повлиять на стоимость производства. от цен на материалы (ЧПУ и 3D-печать) до стоимости ремонта или замены оборудования (ЧПУ).

Свойства деталей, точность размеров
Поскольку ЧПУ вырезает деталь из цельного блока материала, в процессе создаются конструктивно прочные и точные по размерам детали.

Напротив, последовательный, послойный подход аддитивного производства означает, что технология обычно производит более слабые детали, чем ЧПУ. Металлическая 3D-печать может быть особенно проблематичной, поскольку такие проблемы, как пористость, приводят к неравномерной прочности детали.

Материальные отходы
ЧПУ может производить много лишних отходов, так как удаляет материал из блока, который впоследствии часто не может быть переработан.

По сравнению с ЧПУ, 3D-печать производит гораздо меньше отходов (от 1 до 3%), а некоторые технологии, такие как Binder Jetting и SLS, позволяют повторно использовать любой оставшийся материал.

Размер детали
Поскольку обработка с ЧПУ работает с блоками материала, с его помощью можно относительно легко изготавливать крупногабаритные детали. Напротив, 3D-печать больше подходит для небольших деталей и компонентов, хотя на рынок все чаще выходят крупномасштабные системы AM.

Постобработка
Детали, изготовленные с помощью ЧПУ, имеют отличную поверхность и обычно не требуют какой-либо обязательной постобработки.

Однако детали, напечатанные на 3D-принтере, почти всегда требуют какой-либо постобработки, в зависимости от выбранной техники (удаление поддерживающих структур, удаление порошка, очистка, полировка и т. д.). Кроме того, в зависимости от детали, снятие опоры может занять от 5 минут до нескольких часов для партии деталей.

Советы по выбору правильного метода

При выборе правильного процесса для вашего приложения важно учитывать различия между технологиями. Кроме того, примите во внимание следующие советы:

1. Каков ваш объем производства?
Экономика выбора 3D-печати или механической обработки часто может зависеть от объема производства в данном конкретном случае использования и количества деталей, которые вам необходимо изготовить. Разумно выбрать 3D-печать, когда требуется небольшая партия деталей (менее 100 деталей), и рассмотреть возможность обработки с ЧПУ, когда вы нацелены на среднесерийное производство (менее 1000 деталей).

Для небольших объемов очень сложные детали, сделанные на заказ, их дешевле и быстрее напечатать на 3D-принтере, чем использовать механическую обработку. Затраты на обработку с ЧПУ высоки, начиная от затрат, связанных с самим оборудованием, и заканчивая оплатой квалифицированного оператора.

2. Вам нужно несколько быстрых итераций дизайна?
3D-печать - это предпочтительная технология для создания прототипов приложений, где требуются быстрые итерации дизайна. С аддитивными технологиями достаточно внести изменения в конструкцию, чтобы создать еще один прототип. При механической обработке модификации конструкции намного сложнее, требуя нескольких, часто трудоемких, настроек и смены инструмента.

3. Насколько важна геометрическая сложность?
Когда дело доходит до геометрической сложности, безраздельно господствует 3D-печать. С помощью этой технологии можно создавать сложные геометрические формы, которые невозможно воспроизвести никаким другим способом производства. И хотя опорные конструкции могут быть необходимы для определенных технологий, таких как стереолитография (SLA), для других, например SLS, они вообще не требуются.

Помимо легких структур, 3D-печать идеально подходит для изготовления сборок в качестве отдельные компоненты и детали, требующие сложных внутренних функций, например, конформные каналы охлаждения для литьевых форм.

4. Какие материалы вам нужны?
Поскольку обработка с ЧПУ является более распространенной технологией, существует более широкий спектр совместимых материалов, включая металлы (включая алюминий, нержавеющую сталь и сплавы), пластмассы (включая АБС, нейлон, поликарбонат, акрил и PEEK) и дерево.

Однако, когда требуется материал, который трудно поддается механической обработке (например, металлические суперсплавы, титан или гибкий TPU), тогда более разумным вариантом будет 3D-печать. 3D-печать также позволяет создавать детали из термопластов (включая ABS, PLA, ULTEM, PEEK и нейлон), смол, керамики и металлов.

Гибридное решение?

На первый взгляд обработка с ЧПУ и 3D-печать могут показаться взаимоисключающими технологиями:действительно, один вычитает материал, а другой добавляет его.

Однако во многих случаях оба метода могут отлично работать вместе - вот почему количество гибридных машин, доступных на рынке, растет.

В то время как ЧПУ имеет преимущество в достижении высокой точности размеров, 3D-печать может снизить производственные затраты при небольших объемах производства, обеспечивает большую свободу проектирования и сокращает время выполнения работ. Объединив преимущества обоих методов, детали сложной формы можно напечатать на 3D-принтере, а затем обработать для получения более жестких допусков и более гладкой поверхности.

В конечном итоге выбор подходящей технологии для ваших нужд будет зависеть от ряда факторов, включая необходимый материал, сложность детали, объем производства, бюджет и сроки. Однако иногда речь может идти не о выборе только одного - использование гибридного подхода может помочь сократить время и затраты на производство, обеспечивая при этом более оптимизированный производственный процесс.