Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> 3D печать

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

Введение

ЧПУ-обработка — это распространенная технология вычитающего производства. В отличие от 3D-печати, процесс начинается с цельного блока материала (заготовки), из которого удаляется лишнее для получения нужной формы с помощью острых вращающихся режущих инструментов.

ЧПУ — один из самых популярных методов производства как для единичных заказов, так и для серийного выпуска среднего и крупного объемов. Он обеспечивает отличную повторяемость, высокую точность и широкий выбор материалов и отделочных покрытий.

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

Аддитивное производство (AM) или 3D-печать создает детали послоенным наращиванием материала. Для AM не требуется специальная оснастка или приспособления, поэтому начальные затраты на настройку минимальны.

В этой статье мы рассмотрим ключевые технологические аспекты, чтобы помочь вам выбрать подходящую технологию для вашего приложения. Мы фокусируемся на функциональных деталях и прототипах из металлов или пластиков. Наиболее подходящие процессы 3D-печати для этих целей: SLS или FDM для пластиков и SLM/DMLS или Binder Jetting для металлов.

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

Выбор правильной технологии

При выборе между ЧПУ и аддитивным производством можно руководствоваться несколькими простыми правилами.

По 경험у, все детали, которые можно изготовить вычитающим методом с минимальными усилиями, обычно лучше обрабатывать на ЧПУ. 3D-печать оправдана в следующих случаях:

ЧПУ обеспечивает большую размерную точность и детали с лучшими механическими свойствами во всех трех измерениях, но это обычно обходится дороже, особенно при малых объемах.

Если требуются большие партии (сотни и более), ни ЧПУ, ни AM могут не быть экономически эффективными. Традиционные технологии формовки, такие как литье в оболочковые формы или прессовка под давлением, обычно наиболее выгодны благодаря эффекту масштаба (см. рисунок).

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов
Кол-во деталей 1 шт. 10 шт. 100 шт. 1000 шт.
Пластик 3D-печать 3D-печать (рассмотреть: ЧПУ) ЧПУ (рассмотреть: литье под давлением) Литье под давлением
Металл 3D-печать и ЧПУ* ЧПУ (рассмотреть: 3D-печать) ЧПУ (рассмотреть: литье в оболочковые формы) Литье в оболочковые формы или прессовка

* : сильно зависит от геометрии детали

Хотите узнать стоимость ЧПУ-обработки и 3D-печати? Загрузите CAD-файлы для мгновенного расчета!

Получить расчет ЧПУ Получить расчет 3D-печати

Характеристики процессов

Размерная точность

ЧПУ-обработка обеспечивает строгие допуски и отличную повторяемость. Можно точно обрабатывать как очень большие, так и очень маленькие детали. Из-за формы режущего инструмента внутренние углы всегда имеют радиус, но внешние поверхности могут иметь острые края и быть очень тонкими.

Разные системы 3D-печати дают разную размерную точность. Промышленные станки могут производить детали с очень хорошими допусками. Если требуются минимальные зазоры, критичные размеры можно напечатать с запасом и затем доводить до размера постобработкой.

Минимальная толщина стенки у 3D-печатных деталей ограничена размером рабочего органа (например, диаметром сопла в FDM или размером лазерного пятна в SLS). Поскольку детали строятся слоями, линий слоев может быть видно, особенно на изогнутых поверхностях. Максимальный размер детали относительно мал, так как 3D-печать часто требует строгого контроля среды.

Допуск Мин. толщина стенки Макс. размер детали
ЧПУ ± 0.025 – 0.125 мм * 0.75 мм Фрезеровка: 2000 × 800 × 1000 мм Токарная: Ø 500 мм
SLS ± 0.300 мм 0.7 – 1.0 мм 300 × 300 × 300 мм
FDM Пром.: ± 0.200 мм Настольн.: ± 0.500 мм 0.8 – 1.0 мм Пром.: 900 × 600 × 900 мм Настольн.: 200 × 200 × 200 мм
SLM/DMLS ± 0.100 мм 0.40 мм 230 × 150 × 150 мм
Binder Jetting ± 0.200 мм 2.0 мм 380 × 355 × 735 мм

* : в соответствии с заданным уровнем допуска.

Материалы

ЧПУ в основном используется для обработки металлов. Также можно обрабатывать термопласты, акрил, мягкие и твердые породы дерева, пенопласт и воск.

Частые материалы для ЧПУ
Пластики ABS, Нейлон, Поликарбонат, PEEK
Металлы Алюминий, Нержавейка, Титан, Латунь

3D-печать преимущественно использует пластики и в меньшей степени металлы. Некоторые технологии позволяют печатать керамику, воск, песок и композиты. Материалы для 3D-печати — тема обширная, рассмотренная в отдельных статьях Базы знаний.

Частые материалы для 3D-печати
Пластики Нейлон, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU
Металлы Алюминий, Нержавейка, Титан, Инконель

Сложность модели

При проектировании для ЧПУ нужно учитывать ограничения: доступ инструмента, закрепление детали, невозможность получить острые внутренние углы из-за геометрии режущего инструмента.

Некоторые геометрии невозможно обработать на ЧПУ (даже 5-осевыми системами), так как инструмент не может достичь всех поверхностей. Большинство геометрий требуют переустановки детали для доступа к разным сторонам. Переустановка увеличивает время обработки и трудозатраты, могут потребоваться специальные приспособления, что влияет на цену.

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

У 3D-печати гораздо меньше геометрических ограничений. Поддерживающие структуры требуются в большинстве технологий (FDM, SLM/DMLS) и удаляются при постобработке.

Пластиковые свободные органические формы легко изготавливаются порошковыми технологиями плавления в слое (SLS, Multi Jet Fusion), так как им не нужны опоры. Возможность создавать высококомплексные геометрии — одно из ключевых преимуществ 3D-печати.

Производственный рабочий процесс

Что происходит «за кулисами» при заказе ЧПУ или 3D-печати:

В ЧПУ инженер-технолог должен подобрать инструмент, скорость шпинделя, траекторию резания и схему переустановки детали. Все это сильно влияет на качество и время. Процесс трудоемок: заготовку нужно вручную закрепить в станке. После обработки детали готовы к использованию или постобработке.

В 3D-печати оператор готовит цифровой файл (выбирает ориентацию, добавляет опоры) и отправляет на печать, которая идет с минимальным участием человека. После печати деталь требует очистки и постобработки — это самый трудоемкий этап workflow 3D-печати.

Постобработка

К ЧПУ и 3D-печатным деталям можно применить ряд методов постобработки для улучшения функциональности или эстетики. Наиболее распространенные:

Методы постобработки
ЧПУ Пескоструйная обработка, анодирование (тип II или III), порошковое покрытие
3D-печать Абразивная обработка, шлифовка и полировка, микрополировка, металлизация

Кейс: прототипирование пластикового корпуса

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

При разработке нового электронного прибора изготовление прототипов корпуса критично для финализации продукта перед серийным запуском. Главные цели — минимальное время и низкая стоимость.

Корпуса часто имеют защелки, живые петли или другие вкладыши и крепежи. Все эти элементы можно сделать и ЧПУ, и 3D-печатью (FDM или SLS).

ЧПУ и SLS дают прототипы высокой точности и эстетики, но настольный FDM намного быстрее и дешевле. Поскольку механические характеристики не являются приоритетом, преимущества ЧПУ и SLS обычно не оправдывают лишних затрат и времени.

ЧПУ Настольный FDM SLS
Стоимость $$ $ $$
Материалы ABS, Нейлон PLA, ABS, Нейлон Нейлон
Срок 1–2 недели 1–3 дня Менее недели
Точность ± 0.125 мм ± 0.500 мм ± 0.300 мм

Кейс: изготовление металлических кронштейнов и компонентов

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

Металлические кронштейны и механические компоненты воспринимают высокие нагрузки и работают при повышенных температурах. Здесь приоритеты — размерная точность и хорошие материальные свойства.

Если геометрия простая (как на фото выше), ЧПУ — лучший выбор по точности, свойствам материала и стоимости.

Когда геометрия усложняются или нужны экзотические материалы, стоит рассматривать металлическую 3D-печать. Компоненты, оптимизированные по весу и прочности (как кронштейны на фото ниже), имеют органические структуры, которые очень сложно и дорого обработать режением.

ЧПУ и металлическая 3D-печать можно комбинировать для изготовления деталей с органической формой и строгими допусками в критических зонах.

ЧПУ SLM/DMLS Binder Jetting
Стоимость $$ $$$$ $$$
Материалы Алюминий, Нержавейка, Латунь Нержавейка, Алюминий, Титан, Инконель, Кобальт-хром Нержавейка, Инконель, Кобальт-хром, Вольфрамовый карбид
Точность ± 0.025 мм ± 0.100 мм ± 0.200 мм
Мех. свойства Очень хорошие Очень хорошие Хорошие
Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

Правила выбора

Выбор технологии сводится к следующим эвристическим правилам:

Сравнение 3D-печати и ЧПУ-обработки: что лучше для ваших проектов

3D печать

  1. Выбор между 3D-печатью и ЧПУ обработкой для пластиковых деталей
  2. Мастерство 5-осевой обработки с ЧПУ: точность, скорость, отраслевые преимущества
  3. ЧПУ-обработка vs 3D-печать: какая технология дает высокую ценность для ваших проектов?
  4. Экспертные решения в кастомной ЧПУ-обработке: точность и надежность
  5. Точная CNC обработка акрила: Точная, безопасная и эффективная
  6. Повышение качества в ЧПУ-обработке: стратегии точности и удовлетворенности клиентов
  7. Точная фрезеровка на ЧПУ для 맞춤ных деталей: быстро, точно, индивидуально
  8. ЧПУ-обработка крупногабаритных деталей: стратегии преодоления размерных ограничений
  9. CNC-обработка vs литьё под давлением: выбор правильного метода для проекта
  10. Точная ЧПУ-обработка полимеров: передовые техники и советы