ЧПУ-обработка vs 3D-печать: какая технология дает лучшие результаты?

После непрерывного обновления и итераций технологий производственный метод продуктов развился от традиционной ЧПУ-обработки (вычитающее производство) к 3D-печати (аддитивное производство).

Конечно, 3D-печать имеет сильные преимущества, но означает ли это, что ЧПУ-обработка будет вытеснена? Статья фокусируется на анализе этого вопроса, надеясь разрешить такое же замешательство.

Каковы преимущества ЧПУ-обработки?

ЧПУ-обработка — обработка с ЧПУ-инструментами. ЧПУ-станки с числовым управлением программируются и управляются языком ЧПУ, обычно G-кодом.

Язык G-кода ЧПУ-обработки указывает станку, какие декартовы координаты принимает режущий инструмент, и управляет скоростью подачи, скоростью шпинделя, сменой инструмента, подачей охлаждающей жидкости.

ЧПУ-обработка имеет огромные преимущества над ручной обработкой! Например:

1. Детали, произведенные ЧПУ-обработкой, очень точны и воспроизводимы;
2. ЧПУ-обработка может производить детали сложных форм, недоступных для ручной обработки.

Технология ЧПУ-обработки теперь широко используется, большинство цехов имеют ЧПУ-возможности. Наиболее распространенные методы в типичных цехах — ЧПУ-точение, ЧПУ-фрезеровка и электроэрозионная резка проволокой.

ЧПУ-фрезерные инструменты называются ЧПУ-фрезерными станками или ЧПУ-обрабатывающими центрами. Токарный станок для ЧПУ-точения называется ЧПУ-токарным центром. G-коды можно программировать вручную, но обычно цехи используют CAM-софт (Computer Aided Manufacturing) для автоматического чтения CAD-файлов (Computer-Aided Design) и генерации G-кодов для управления станками.

Каковы преимущества 3D-печати?

Как новая производственная технология, 3D-печать провозглашена медиа началом третьей промышленной революции. Что такое 3D-печать?

3D-печать — разновидность технологии быстрого прототипирования, технология построения объектов путем наложения и накопления слой за слоем на основе цифрового файла модели (т.е. «слоистое формирование»). Раньше часто использовалась для изготовления моделей в формообразовании, промышленном дизайне и др., но теперь 3D-печать постепенно применяется для прямого производства некоторых продуктов. Особенно высокоценных (тазобедренные суставы, зубы, некоторые авиационные детали).

Преимущества технологии 3D-печати:

1. Экономия материала. Не нужно удалять остатки, повышается коэффициент использования материала и снижается стоимость за счет отказа от производственной линии;
2. Достигает высокой точности и сложности, может производить очень сложные детали, которые традиционные методы не могут;
3. Не требует традиционных инструментов, приспособлений, станков или форм — 3D-CAD графика любой формы на компьютере может быть напрямую превращена в физический продукт;
4. Автоматически, быстро, точно преобразует 3D-дизайн в физическую модель, даже напрямую производит детали или формы, эффективно сокращая цикл разработки продукта;
5. 3D-печать не требует централизованного фиксированного цеха, имеет черты распределенного производства;
6. 3D-печать формирует деталь за часы, позволяя дизайнерам и разработчикам перейти от черновика к твердому телу;
7. Может печатать собранные изделия, снижая затраты на сборку и даже бросая вызов методам массового производства.

В чем разница между ЧПУ-обработкой и 3D-печатью?

Чтобы узнать, заменит ли 3D-печать ЧПУ-обработку, сначала нужно знать различия.

Различия в материалах для 3D-печати и ЧПУ-обработки

Материалы 3D-печати: жидкая смола (SLA), нилоновый порошок (SLS), металлический порошок (SLM), гипсовый порошок (풀컬러 печать), песчаный порошок (풀컬ор печать), нить (FDM), лист (LOM) и др. Жидкие смолы, нилоновые и металлические порошки составляют большую часть рынка промышленной 3D-печати.

Материалы для ЧПУ-обработки — все плитные, т.е. листовые материалы. Измеряя длину, ширину, высоту и износ деталей, вырезают соответствующие плиты для обработки.

Выбор материалов для ЧПУ-обработки шире, чем для 3D-печати. Общие металлы и пластики можно обработать на ЧПУ, плотность изделий выше, чем при 3D-печати.

Различия в деталях из-за принципов формовки

3D-печать — аддитивное производство. Принцип: модель разрезается на N слоев/точек, затем наслаивается слой за слоем/точка за точкой, как кубики-конструкторы.

Поэтому 3D-печать эффективно обрабатывает детали сложной структуры, например, полые детали, тогда как ЧПУ трудно обрабатывает полые детали.

ЧПУ-обработка — вычитающее производство. Необходимые детали вырезаются по запрограммированному траектории инструмента через различные инструменты, работающие на высокой скорости. Поэтому ЧПУ может обрабатывать только скругленные углы с определенным радиусом, но не может напрямую обрабатывать внутренние прямые углы — их реализуют процессами вроде проволочной резки/электроэрозии. Внешние прямые углы ЧПУ обрабатывает без проблем.

Следовательно, детали с внутренними прямыми углами лучше рассматривать для 3D-печати.

Также касается поверхностей. Если площадь поверхности детали относительно велика, рекомендуется выбрать 3D-печать. ЧПУ-обработка поверхностей затратна по времени, и если программирование и опыт оператора недостаточны, легко остаются явные линии на деталях.

Некоторые говорят: 3D-печать — это насыпать муку в торт, а ЧПУ — разрезать большой торт на маленькие. Действительно просто и понятно.

Различия в послеобработке

Вариантов послеобработки для 3D-напечатанных деталей немного: шлифовка, покраска, снятие заусенцев, окраска.

Для ЧПУ-обработанных деталей вариантов много: кроме шлифовки, покраски, снятия заусенцев — гальваника, шелкография, тампопечать, металлическое оксидирование, лазерная гравировка, пескоструйная обработка и др.

У каждого ремесла свои специфические навыки. У ЧПУ-обработки и 3D-печати свои плюсы и минусы. Выбор правильной технологии критически влияет на ваш прототипирующий проект.

Заменит ли 3D-печать ЧПУ-обработку?

Хотя ЧПУ-обработка существует как старомодная технология, после непрерывной оптимизации софта и железа точность обработки значительно выросла (особенно в послеобработке — множество методов обработки поверхностей). Несмотря на много преимуществ 3D-печати, ЧПУ-обработка определенно не будет заменена.

• ЧПУ-обработка сильно сокращает количество приспособлений, сложные детали не требуют сложных приспособлений. Для изменения формы и размера детали достаточно изменить программу — подходит для разработки и модификации новых продуктов.
• Качество обработки стабильно, высокая точность и повторяемость — подходит для авиационных требований.
• При мелкосерийном и многовидном производстве высокая эффективность. ЧПУ сокращает время подготовки, наладки, контроля, время резания снижено за счет оптимальных режимов.
• ЧПУ обрабатывает сложные профили, трудные для обычных методов, и даже некоторые невидимые зоны обработки.

Как качественный поставщик услуг ЧПУ-обработки в Китае, JTR ежедневно получает множество заказов от клиентов по всему миру. Это показывает, что на рынке производства ЧПУ-обработка всё еще имеет сильные преимущества. Более того, детализация, которую дает ЧПУ-обработка, не имеет аналогов в 3D-печати.