3D-печать — это быстро развивающаяся технология, которая имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами производства. Однако у него есть свои проблемы, в том числе то, что 3D-печать не может быть эффективно использована для массового производства, и он ограничен по скорости и доступности. Другая технология производства для производства с низким и средним уровнем — это обработка на станках с ЧПУ (компьютерное числовое управление), довольно распространенный метод вычитания для создания деталей. Мы решили сравнить преимущества и недостатки каждого метода, чтобы определить, где эти технологии наиболее подходят.
Вычитание против аддитивного производства
Основное различие между 3D-печатью и обработкой с ЧПУ заключается в том, что 3D-печать является формой аддитивного производства, тогда как обработка с ЧПУ является вычитающей. Это означает, что обработка на ЧПУ начинается с блока материала (называемого заготовкой) и обрезает материал для создания готовой детали. Для этого для формования изделия используются фрезы и прядильные инструменты. Некоторые преимущества обработки с ЧПУ включают высокую точность размеров, а также множество совместимых материалов, включая дерево, металлы и пластик.
3D-печать или аддитивное производство включает в себя создание деталей послойно с использованием таких материалов, как пластиковые нити (FDM), смолы (SLA / DLP), пластиковые или металлические порошки (SLS / DMLS / SLM). Используя источник энергии, такой как лазер или нагретый экструдер, слои этих материалов отверждаются, чтобы сформировать готовую деталь. Преимущества 3D-печати включают в себя свободу формы, применение во многих секторах, точность, скорость и способность сокращать расходы и вес деталей.
Однако есть несколько машин, которые стремились объединить эти две формы производства в одну. В частности, ZMorph 2.0 SX продается как фрезерный станок с ЧПУ, который также функционирует как 3D-принтер. Это включает в себя фрезерный станок с ЧПУ с 3 осями, а также печатающую головку благодаря сменным головкам. Более того, несколько компаний недавно завершили успешные кампании на Kickstarter с помощью этих комбинированных машин, таких как 3D-принтер Mooz 3-в-1.
3D печать против ЧПУ: материалы
Как 3D-печать, так и механическая обработка на станках с ЧПУ совместимы с широким спектром материалов, включая пластмассы и металлы . 3D-печать, тем не менее, в большей степени ориентирована на пластик, хотя она быстро меняется, так как совершенствуются и разрабатываются более доступные способы 3D-печати металла такими производителями, как 3D Systems, Arcam, Desktop Metal и Markforged.
Наиболее часто используемые в ЧПУ пластики включают ABS, нейлон (PA66), поликарбонат (PC), акрил (PMMA), полипропилен (PP), POM и PEEK. Очень часто используемым металлом при обработке на станках с ЧПУ является алюминий, который используется компаниями- прототипами для создания высококачественных прототипов в различных отраслях промышленности. Алюминий пригоден для вторичной переработки, обладает хорошими защитными свойствами и может создавать эффективные прототипы для обработки. Другие обычно используемые металлы включают нержавеющую сталь, магниевый сплав, титановый сплав цинка и латунь.
В 3D-печати обычно используемые термопласты включают ABS, PLA, Nylon , ULTEM, а также фотополимеры, такие как воск, кальцинируемые или биосовместимые смолы. Некоторые нишевые 3D-принтеры также позволяют печатать детали из песка, керамики и даже живых материалов. Наиболее распространенные металлы, используемые в 3D-печати, включают алюминий, нержавеющую сталь, титан и инконель. Стоит также отметить, что для 3D-печати металла требуются дорогостоящие (более $ 100 000) промышленные машины. Некоторые материалы, такие как суперсплавы или TPU (гибкий материал), не могут быть созданы с помощью ЧПУ, поэтому их следует использовать с технологией 3D-печати или быстрой обработки.
Простота использования
Известно, что 3D-печать проще в использовании, чем обработка с ЧПУ. Это потому, что, как только файл подготовлен, вам просто нужно выбрать ориентацию детали, заполнить и поддерживает, если это необходимо. Затем, после начала печати, диспетчер не требуется, и принтер можно оставить до завершения детали. Требования к постобработке зависят от технологии.
Однако обработка на станках с ЧПУ является гораздо более трудоемким процессом. Опытный оператор должен выбирать между различными инструментами, скоростями вращения инструментов, траекторией резания и любым изменением положения материала, из которого создается деталь. Есть также методы пост-обработки, которые могут потребовать больше времени.
Точность, ограничения по размеру и геометрическая сложность
Несмотря на то, что существует ряд технологий 3D-печати, мы решили сравнить обработку на станках с ЧПУ с технологией SLS, промышленной (не настольной) FDM и 3D-печатью на металле DMLS. С точки зрения допусков обработка с ЧПУ превосходит все процессы 3D-печати, даже DMLS. Однако при минимальной толщине слоя превосходство не столь велико и не так точно, как у DMLS.
Тем не менее, процессы 3D-печати с использованием порошкового слоя, такие как SLS и DMLS, ограничены по объему сборки. Даже технологии с большими объемами сборки, такие как FDM, не могут конкурировать с ЧПУ с точки зрения максимального размера деталей.
3D-печать хорошо известна своими преимуществами при создании деталей с высокой геометрической сложностью. Хотя для некоторых технологий требуются опоры, 3D-печать может создавать детали с геометрией, которую не может воспроизвести ни один из традиционных методов производства. Такие технологии, как SLS и Multi Jet Fusion от HP, могут даже сделать это без каких-либо структур поддержки.
| Допуск (мм) | Минимум Толщина слоя (мм) | Максимум. объем сборки (мм) | |
| Фрезерный станок с ЧПУ | ± 0,025 — 0,125 мм | глубина резания 0,01 мм | 2000 х 800 х 1000 мм |
| СЛС | ± 0,3 мм | 0,7 — 1,0 мм | 300 х 300 х 300 мм |
| Промышленный FDM | ± 0,5 мм | 0,8 — 1,0 мм | 900 х 600 х 900 мм |
| DMLS | ± 0,1 мм | 0,4 мм | 230 х 150 х 150 мм |
Стоимость
Хотя в среднем 3D-печать дешевле, затраты зависят от того, сколько деталей требуется и как быстро они вам нужны. Для больших количеств (более высокие двузначные числа до 100 с) ЧПУ, вероятно, будет более подходящим. Для небольших объемов 3D-печать является более подходящей и более дешевой. 3D-печать также более уместна, если вам нужны ваши прототипы или детали очень быстро. Однако существуют дополнительные факторы, которые затрудняют сравнение двух технологий. К ним относятся материалы различной стоимости (от дешевых материалов, таких как ABS, до материалов, которые могут стоить 500 долл. США / кг, например, PEEK), а также ремонт и замена оборудования (например, головки с ЧПУ).
Экологически чистый
Поскольку ЧПУ включает в себя отрезание материала от исходного блока, всегда будет беспорядок. Эти куски материала необходимо очистить и утилизировать, что не требуется при 3D-печати. Поскольку аддитивное производство формирует объект на строительной платформе из материала, подаваемого в машину, нет никакой путаницы, кроме опор (если они используются). Это делает 3D-печать более этичным из двух методов, так как остается меньше неиспользованных отходов.
Вывод
В целом, чтобы заключить, не существует идеальной, универсальной методики. Хотя оба метода являются очень компетентными и полезными технологиями, наиболее подходящий из них будет зависеть от материала, геометрической сложности, объема производства и бюджета. Чтобы выяснить, что лучше всего подходит для вашей конкретной работы, мы советуем вам обратиться в местную или международную службу и попросить их совета. Если вы пытаетесь произвести собственное производство, подумайте над имеющимся у вас оборудованием и решите, подходит ли оно для данной работы.
