3D-печать и обработка на станке с ЧПУ:объяснение ключевых отличий

Обработка на станке с ЧПУ и 3D-печать сегодня являются чрезвычайно популярными методами производства не только здесь, в Xometry, но и во всем мире. Хотя они различаются почти во всех отношениях, они являются прямыми конкурентами в создании цельных деталей, и одно из их самых больших отличий заключается в том, что один метод работает путем удаления материала, а другой — добавления его слой за слоем. Давайте узнаем больше.

Определение 3D-печати и сравнение с обработкой на станке с ЧПУ

3D-печать, также известная как аддитивное производство, на самом деле относится к семейству процессов, которые работают одинаково. Модель проектируется на компьютере, а затем разрезается на различные части. Толщина устанавливается в зависимости от того, какой станок и настройки используются, и принтер будет учитывать эту информацию и строить каждый слой, пока вся деталь не будет закончена. Именно так он может превратить серию 2D-шагов в 3D-объект — прикрепляя каждый слой к нижнему, а также скрепляя их внутри. Эти машины обычно могут работать со многими различными материалами, включая экструдированные полимерные нити, светочувствительные смолы, порошки, расплавленные лазером, сырье для нитей, волны и биологические материалы.

Для производства деталей с помощью аддитивного производства вам понадобится нечто большее, чем просто принтер. Вам также понадобится пакет CAD (системы автоматизированного проектирования), чтобы создать проект и сохранить его в виде файла STL (стереолитографии). Затем пакет программного обеспечения слайсера будет использовать этот файл STL, чтобы передать принтеру серию 2D-инструкций для изготовления детали. Системы 3D-печати впервые начали появляться на рынке в конце 1980-х годов, хотя они были далеко не такими эффективными и широко совместимыми с материалами, как современные 3D-принтеры. На следующем изображении показан пример 3D-принтера FDM:

Чтобы узнать больше, прочтите наше полное руководство «Что такое 3D-печать?»

Есть несколько причин, по которым 3D-печать так популярна, начиная с того, что ее относительно быстро настроить и не стоит сумасшедших денег для изготовления сложных форм. Он также не требует какого-либо вмешательства во время процесса — вы можете просто позволить ему делать свое дело, пока оно не закончится. Кроме того, многие 3D-принтеры удобны для офисов и новичков. 

Однако некоторые потенциальные недостатки заключаются в том, что детали, напечатанные на 3D-принтере, могут значительно различаться по прочности, особенно по сравнению с прочностью исходного материала. Например, если бы вы использовали FFF (изготовление плавленых нитей) для печати детали из ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирола), ее прочность могла бы быть лишь примерно на 10% выше, чем у твердого ABS. Но что-то вроде SLS (селективное лазерное спекание) с использованием нейлона может обеспечить почти 100% прочность твердого нейлона. Кроме того, 3D-печать хороша для обеспечения точности размеров, но может оказаться сложной задачей, когда речь идет о чрезвычайно точных деталях и элементах, и она плохо справляется с гладкими поверхностями, особенно когда речь идет о Z-разрешении (высоте слоя), которое может создавать видимые ступеньки на наклонных или изогнутых поверхностях.

Каковы преимущества 3D-печати по сравнению с обработкой на станке с ЧПУ?

Преимущества 3D-печати по сравнению с обработкой на станке с ЧПУ:

1. 3D-печать позволяет быстро создавать детали чистой формы, тогда как обработка на станках с ЧПУ требует индивидуальной настройки и (как правило) ручного программирования плюс контроль.
2. 3D-печать, как правило, является более дешевым методом, чем другие способы создания сложных сетчатых форм. Требует минимальной настройки и оперативного вмешательства. Обычно компоненты с ЧПУ стоят в 10 раз дороже, чем детали, напечатанные на 3D-принтере.
3. 3D-принтеры, удобные для офиса и требующие лишь скромных навыков в настройке и обслуживании, становятся все более распространенными. Они также все в большей степени способны удовлетворить большинство потребностей. ЧПУ остается сложным инженерным и высококвалифицированным процессом, требующим постоянного повышения квалификации операторов.

Каковы недостатки 3D-печати по сравнению с обработкой на станке с ЧПУ?

Недостатками 3D-печати по сравнению с обработкой на станке с ЧПУ являются:

1. Различные процессы 3D-печати обеспечивают различную прочность по сравнению с «родными» свойствами материалов. Например, сообщается, что UTS материала составляет всего 10 % для FFF в ABS и целых 100 % для SLS нейлона. Обработка на станках с ЧПУ позволяет изготавливать детали из натуральных материалов, поэтому прочность, как правило, высока.
2. 3D-печать может обеспечить хорошую точность размеров, но там, где требуется высокая точность, это может оказаться сложной задачей. Обработка на станке с ЧПУ отличается высокой точностью и позволяет повысить точность за счет более медленной обработки.
3. 3D-печать обычно зависит от механики процесса, касающейся качества поверхности. Z-разрешение, в частности, создает ступенчатые поверхности и визуальные нарушения. Обработка поверхности на станке с ЧПУ соответствует механической обработке; он может быть чрезвычайно равномерным и высокоточным, если траектория резца запрограммирована на гладкую поверхность.

Определение обработки с ЧПУ и сравнение с 3D-печатью

Компьютеризированный производственный процесс, обработка с ЧПУ (числовым программным управлением) использует программное обеспечение и коды, которые были запрограммированы заранее для управления движением нескольких режущих и формовочных инструментов, таких как токарные станки, фрезерные и шлифовальные станки, и создания различных деталей для обработки с ЧПУ. Идея принадлежит Джеймсу Парсону, который пытался найти лучший способ изготовления лопастей для вертолетов и самолетов. В 1958 году Ричард Кегг вместе с инженерами Массачусетского технологического института создал первый фрезерный станок с ЧПУ. Несмотря на то, что этот процесс может быть довольно дорогим и сложным в настройке, он того стоит, если вы хотите изготавливать высококачественные и долговечные детали с гладкой поверхностью. Вы можете узнать больше о механической обработке с ЧПУ, прочитав нашу специальную статью. Вот как выглядит станок с ЧПУ:

3D-печать предлагает преимущества с точки зрения стоимости и времени на изготовление деталей. С другой стороны, обработка на станках с ЧПУ может обеспечить тесную корреляцию с характеристиками массового производства, когда точность детали является решающим фактором.

3D-печать и обработка на станке с ЧПУ:сравнение затрат

Обработка на станке с ЧПУ возьмет на себя все затраты на программирование и настройку и будет стоить дороже по сравнению с 3D-печатью – часто в пять-десять раз дороже. Однако всякий раз, когда требуется серия прототипов с небольшими корректировками, модифицированные детали, вырезанные на станке с ЧПУ, будут стоить гораздо меньше затрат на установку, тогда как вторая деталь, напечатанная на 3D-принтере, будет стоить так же, как и первая.

3D-печать и обработка на станке с ЧПУ:сравнение скорости

Подготовка к печати 3D-компонента требует немного времени, прежде чем можно будет начать печать. Хотя по некоторым показателям печать происходит медленно, большинство отпечатков, скорее всего, будут готовы в течение нескольких часов и будут готовы к использованию. С другой стороны, обработка с ЧПУ требует квалифицированной подготовки программирования для выбора фрезы и траектории фрезы. Часто требуются специальные или модифицированные приспособления для удержания детали во время обработки (включая возможное изменение положения детали). Это может занять значительное время перед первым разрезом. Однако резка обычно происходит быстро, а сложные детали обычно можно изготовить за час или меньше фактической обработки. Общее время подготовки и механической обработки может составлять сутки и более, в зависимости от сложности.

3D-печать и обработка на станке с ЧПУ:сравнение объемов

Когда обширные усилия по настройке можно разделить на несколько деталей, обработка с ЧПУ может производить более экономичные детали по сравнению с 3D-печатью. 3D-печать имеет меньше преимуществ по объему, поскольку каждая деталь требует одних и тех же затрат на материал и оборудование, независимо от объема.

3D-печать и обработка на станке с ЧПУ:сравнение материалов

При выборе материала (и успешной реализации свойств материала) ЧПУ предлагает лучшие варианты. По сути, выбор материала открыт для всех конструкционных материалов, вплоть до электроэрозионной обработки на станках с ЧПУ предварительно закаленных инструментальных сталей. Детали, обработанные на станке с ЧПУ, сохраняют исходные свойства материала заготовки, практически не меняясь характеристиками обработки.

3D-печатные детали ограничены теми, которые поддерживаются определенными процессами. Методы строительства конкретной технологии 3D-печати накладывают серьезные ограничения на доставку объектов недвижимости. Отпечатки часто ослабляются из-за анизотропной «зеренистости» метода построения, пористости, плохого сцепления слоев и замены пригодных для печати, но нетехнических материалов.

Часто задаваемые вопросы о 3D-печати и обработке с ЧПУ

Каковы взаимные альтернативы 3D-печати и обработке с ЧПУ?

Да, конечно. Альтернативой, которая потенциально может соответствовать обоим этим требованиям, является литье под давлением, поскольку это процесс, состоящий из одной операции, который может производить детали, идентичные их 3D-файлу. Но изготовление форм для этого может быть довольно дорогим и трудоемким, поэтому оно того стоит, только если вы делаете массу деталей. В конечном счете, особенно по сравнению с повседневной работой по 3D-печати, литье под давлением не так уж и практично.

Каковы сходства между 3D-печатью и обработкой с ЧПУ?

3D-печать и обработка на станках с ЧПУ схожи в том, что оба процесса позволяют производить функциональные продукты. Однако с точки зрения процессов 3D-печать и обработка на станке с ЧПУ не имеют ничего общего.

Каковы другие сравнения 3D-печати помимо обработки с ЧПУ?

В некоторых типах 3D-печати используются лазеры, такие как SLS (селективное лазерное спекание), DMLS (прямое лазерное спекание металла) и SLM (селективное лазерное плавление), и, как и лазерная резка, он также используется во многих отраслях и работает с множеством различных металлов. Но при лазерной резке тот же самый лазер используется для гравировки или удаления материала с заготовки, а не для его наращивания. Вы можете прочитать больше в нашей статье о 3D-печати и лазерной резке.

Каковы другие сравнения обработки с ЧПУ помимо 3D-печати?

Как и обработка на станках с ЧПУ, литье под давлением — еще один отличный способ изготовления сложных металлических деталей. Но литье под давлением действительно недешево, особенно когда речь идет о стоимости инструментов. Однако если вы заинтересованы в больших объемах производства, стоимость снижается, что делает этот вариант более сопоставимым.

Кэт де Наум

Кэт де Наум — писатель, автор, редактор и специалист по контенту из Великобритании с более чем 20-летним писательским опытом. Кэт имеет опыт написания статей для различных производственных и технических организаций и любит мир техники. Помимо писательской деятельности, Кэт почти 10 лет работала помощником юриста, семь из которых занималась финансированием судов. Она писала для многих изданий, как печатных, так и онлайн. Кэт имеет степень бакалавра английской литературы и философии, а также степень магистра писательского мастерства в Кингстонском университете.

Прочтите другие статьи Кэт де Наум



Революция в аэрокосмической отрасли:структурные компоненты, напечатанные на 3D-принтере Восемь профессиональных шагов по диагностике и ремонту вашего 3D-принтера