Wybrać obróbkę CNC czy druk 3D?
Patryk Kot
Projektant, Konstruktor, Właściciel r3Dcat
Kiedy przychodzi do produkcji prototypów lub tworzenia niestandardowych części, wiele osób stoi przed dylematem: czy wybrać druk 3D czy obróbkę CNC? Oba te procesy oferują niezliczone możliwości, ale skoncentrujmy się teraz na zaletach druku 3D i dlaczego może to być świetna opcja.
Czym jest druk 3D?
Druk 3D, zwany również drukowaniem addytywnym, polega na tworzeniu obiektów warstwa po warstwie, przy użyciu różnych materiałów, takich jak tworzywa sztuczne, metal czy ceramika. Jest to odmienny proces od tradycyjnej obróbki CNC, która polega na usuwaniu materiału z bloku.
Porównanie obróbki skrawaniem i druku 3D
Obróbka CNC i druk 3D to dwie wiodące technologie produkcyjne wykorzystywane do szybkiego prototypowania i produkcji niskoseryjnej, ale do osiągnięcia rezultatu wykorzystują zupełnie inne techniki produkcyjne. CNC wykorzystuje metody polegające na usuwaniu zbędnych części z bloku materiału, natomiast druk 3D wykorzystuje metody addytywne, czyli budowania produktu warstwa po warstwie.
Obróbka CNC
Druk 3D
Wybierz temat, który interesuje Cię w szczególności:
Zakres zastosowań
Obróbka CNC
Zwykle maszyny CNC służą do wytwarzania trwałych, precyzyjnych i żaroodpornych części. Maszyny CNC można spotkać niemal w każdej branży, od małych firm po ogromne fabryki produkcyjne. Zakres zastosowań tej technologii jest ogromny.
Druk 3D
Zakres zastosowań druku 3D jest wręcz niewiarygodny i pobudza wyobraźnię każdego. Wśród obszarów zastosowań znajdują się inżynieria mechaniczna, biżuteria, lotnictwo, opieka zdrowotna, a nawet zastosowania egzotyczne, takie jak drukowanie żywności, biodruk i budownictwo.
Różnorodność materiałów
Obróbka CNC
CNC współpracuje z szeroką gamą materiałów, takich jak stopy metali, tworzywa sztuczne i wiele innych. Co więcej, CNC jest głównym narzędziem produkcyjnym do obróbki drewna, a także umożliwia szybką i precyzyjną pracę z innymi materiałami. Jedną z głównych zalet produkcji CNC jest to, że można jej używać do prawie każdej substancji stałej.
Druk 3D
Różnorodność materiałów dostępnych do druku 3D jest niemal tak duża, jak w przypadku CNC. Wśród nich znajdują się różne tworzywa sztuczne i stopy metali, w tym te, które są bardzo trudne w obróbce. Jednak drukarki 3D, które potrafią produkować metale, są dość drogie.
Odpady materiałowe
Obróbka CNC
Maszyny CNC do obróbki elementów potrzebują całego bloku materiału, który jest następnie obrabiany. W wyniku tej obróbki skrawane są kolejne jego warstwy na różnych płaszczyznach. Częstą sytuacją jest, szczególnie w modelach o skomplikowanej geometrii, że materiału odpadowego jest więcej niż tego, który tworzy finalny produkt.
Druk 3D
W przeciwieństwie do CNC, druk 3D w większości przypadków wykorzystuje dokładnie taką ilość materiału, jaka jest potrzebna do wytworzenia przedmiotu i wytwarza minimalną ilość odpadów. Nie należy jednak zapominać o materiałach wydawanych na tworzenie konstrukcji wsporczych (choć druk 3D z metalu ich nie potrzebuje).
Koszty operacyjne
Obróbka CNC
Rzadko materiały eksploatacyjne i materiały do maszyn CNC są tańsze niż te do drukarki 3D. Wynika to głównie z zastosowanych technologii. CNC wymaga jednak przeszkolonych specjalistów do wstępnego zaprogramowania parametrów obróbki i ścieżek narzędzi. Oznacza to dodatkowy czas i pieniądze wliczone w koszt produktu końcowego. Dlatego pomimo stosunkowo dużej szybkości produkcji, w niektórych przypadkach bardziej preferowany jest druk 3D.
Druk 3D
Koszty początkowe drukowania 3D są znacznie tańsze i szybsze niż w przypadku jakiejkolwiek innej technologii. Jednak materiały eksploatacyjne i materiały mogą być znacznie droższe w porównaniu do CNC. Ogólnie rzecz biorąc, produkcja przyrostowa jest bardziej korzystna w przypadku ograniczonej liczby unikalnych obiektów, ale w przypadku więcej niż 20, 200 lub 2000 sztuk bardziej opłacalne jest zastosowanie CNC lub innych metod.
Różnorodność narzędzi
Obróbka CNC
Możliwość stosowania różnych narzędzi w ramach tej samej maszyny poszerza możliwości i sprawia, że CNC jest tak wszechstronną technologią. Niektóre maszyny potrafią automatycznie zmieniać narzędzia w zależności od bieżącego zadania, dzięki czemu w procesie produkcyjnym nie występują dłuższe przerwy.
Druk 3D
W przypadku druku 3D liczba dostępnych narzędzi jest dość ograniczona. Czasami może to stanowić problem, ale zazwyczaj w przypadku druku 3D inne metody nie są w ogóle konieczne. Różnorodność maszyn drukujących 3D jest wręcz niesamowita i wydaje się, że nie ma problemu, którego nie dałoby się rozwiązać za pomocą wytwarzania przyrostowego.
Precyzja
Obróbka CNC
Procesy CNC należą do liderów zarówno pod względem szybkości, jak i precyzji. Jego dokładność pozycjonowania i tolerancja są niezrównane (dokładność obróbki CNC wynosi około 0,01 mm – 0,05 mm w zależności od geometrii). Co więcej, jakość powierzchni również jest imponująca. Niektóre maszyny CNC mogą wykonywać niezwykle trudne zadania i projekty, w których wymagana jest precyzja rzędu mikronów. Jednakże nieprawidłowe użycie może uszkodzić narzędzia i spowodować uszkodzenie części. Dlatego zawsze ważne jest, aby współpracować wyłącznie z wysoko wykwalifikowanymi specjalistami.
Druk 3D
Rozdzielczość drukarek 3D i jakość powierzchni nie jest tak dobra w porównaniu do CNC (przybliżona grubość warstwy do druku 3D w technologii FDM wynosi od 0,1 mm do 0,5 mm; jednak w MJF wysokość warstwy jest niemal niezauważalna). Należy zauważyć, że szybkość produkcji różni się znacznie w zależności od wymaganej precyzji. Niemniej jednak większość użytkowników drukarek 3D nie potrzebuje dużej dokładności. Dlatego zalety wytwarzania przyrostowego rekompensują ograniczenia.
Prędkość
Obróbka CNC
W zależności od złożoności projektu i wybranego materiału, szybkość produkcji może być niewiarygodnie szybka, a w niektórych przypadkach nawet bezkonkurencyjna. Należy jednak pamiętać, że proces wstępnego programowania również może zająć dużo czasu, szczególnie w przypadku skomplikowanych projektów. Czas realizacji obróbki CNC wynosi 3-4 dni (w przypadku druku 3D około 1-2 dni).
Druk 3D
Proces wytwarzania przyrostowego może być powolny, a czasem nawet bardzo powolny. Dlatego nie jest to najlepszy wybór do produkcji seryjnej. Dlaczego więc druk 3D uznawany jest za szybkie prototypowanie? Powód jest dość prosty – drukarka 3D nie wymaga długiego wstępnego programowania przed odpaleniem, wystarczy załadować materiał, uruchomić wybrany program, co można zrobić w ciągu kilku minut przed wysłaniem go do drukarki 3D. Poza tym produkcja przyrostowa poprawia się z każdym dniem, a prędkość najnowszych maszyn jest kilkakrotnie większa niż ich poprzedniczki.
Post-processing
Obróbka CNC
Czasami detal wykonany za pomocą CNC wymaga obróbki końcowej (szlifowania i piaskowania) po obróbce, ale najczęściej jego powierzchnia jest wystarczająco dobra do użytku w obecnej postaci. Co więcej, części można szlifować i wykańczać na tej samej maszynie.
Druk 3D
W przypadku wytwarzania przyrostowego produkty drukowane zazwyczaj wymagają obróbki końcowej, szczególnie w przypadku obróbki temperaturowej części metalowych poddawanych naprężeniom wewnętrznym. Jednocześnie drukowane części są zazwyczaj gotowe do użycia od razu.
Modelowanie 3D i oprogramowanie
Obróbka CNC
Przygotowanie oprogramowania jest zwykle znacznie bardziej skomplikowane w przypadku procesów CNC niż w przypadku druku 3D. Konieczne jest wygenerowanie ścieżek narzędzi za pomocą oprogramowania do komputerowego wspomagania produkcji (CAM). Specjalista musi określić wymiary i lokalizację materiału wyjściowego, charakterystykę frezu, prędkości obrotowe osi i wrzeciona.
Druk 3D
Ogólnie rzecz biorąc, drukarki 3D są znacznie bardziej dostępne. Do przeniesienia modelu cyfrowego w kodzie G sterującym procesem produkcyjnym drukarki 3D służy specjalne oprogramowanie zwane slicerami. Metoda programowania jest znacznie łatwiejsza niż wstępne programowanie maszyny CNC.
Kiedy zastosować obróbkę CNC, a kiedy druk 3D?
Wybór technologii powinien być podyktowany jej zastosowaniem. Jeśli nie jesteś pewien, istnieje prosta rekomendacja: zapytaj specjalisty i skorzystaj z Darmowej Konsultacji klikając przycisk w górnym prawym rogu ekranu. W niektórych przypadkach może być nawet bardziej korzystne połączenie procesu wytwarzania addytywnego i obróbki skrawaniem, aby osiągnąć cel końcowy. Na przykład druk 3D SLA i SLS można zastosować jako etap przygotowawczy do obróbki CNC. Druk 3D znajduje zastosowanie głównie tam, gdzie nie można zastosować tradycyjnych metod lub materiałów nie można łatwo poddać obróbce, np. stopów zawierających twarde metale. Wytwarzanie w technologii CNC i addytywne można porównać do widelca i noża, ponieważ oba te narzędzia mogą być używane indywidualnie do określonych celów, ale są bardziej skuteczne, gdy są połączone razem. Dlatego tak dużą popularnością cieszą się obecnie maszyny hybrydowe, łączące w sobie główne cechy obu metod. Wielofunkcyjny system może zastąpić jednocześnie drukarki 3D i maszyny CNC. Istnieją stosunkowo niedrogie maszyny stacjonarne lub drogie maszyny przemysłowe, które są warte setki tysięcy dolarów.
Podsumowanie
Druk 3D oferuje wiele zalet, które przyciągają projektantów, inżynierów i producentów. Szybkość prototypowania, elastyczność materiałów, niskie koszty utrzymania i zdolność do tworzenia niestandardowych kształtów sprawiają, że jest to atrakcyjna opcja dla wielu zastosowań. Oczywiście, obróbka CNC również ma swoje miejsce w przemyśle, zwłaszcza w produkcji na większą skalę i w przypadku materiałów, które nie nadają się do druku 3D. Jednak dla wielu osób druk 3D stanowi fascynującą i wydajną alternatywę, która nieustannie rozwija się i ewoluuje. Decyzja między drukiem 3D a obróbką CNC zależy od konkretnych potrzeb projektu, ale warto zrozumieć, że druk 3D ma wiele do zaoferowania, a jego potencjał jest nieustannie odkrywany przez nowe dziedziny przemysłu i nauki.
Inspiracja tekstem: treatstock.com