3D-печать или обработка с ЧПУ

Ускоряем разработку продукта, сокращаем затраты с помощью цифровой производственной платформы.
Получить мгновенную оценку
Загрузка в производство за 5 мин.

Введение

Технология фрезерования с ЧПУ существует c 50-х годов 20 века и, по сути, является противоположностью 3D-печати. В случае с 3Д-печатью компьютер управляет печатающей головкой принтера, которая «добавляет» материал в трех измерениях, при обработке с ЧПУ управляется фрезерный инструмент, который удаляет материал. В этом и заключается ключевая разница между двумя технологиями.

Проектирование 3Д-моделей для станков с ЧПУ и 3D-принтеров часто осуществляется на одном и том же программном обеспечении, но уже на следующем этапе подготовки выходных данных используются абсолютно различные методы преобразования.

Несмотря на то, что 3D-печать может показаться развивающейся и недо конца сформированной технологией, новые принтеры продолжают появляться на производствах в качестве альтернативы станкам с ЧПУ. Многие компании, знакомясь с 3D-печатью, сталкиваются со сложностью новой технологии, но продолжают искать способы и области ее применения в своем бизнесе.


Разные цели

Фрезерные станки с ЧПУ и 3D-принтеры обладают технологическими возможностями и ограничениям, которые позволяют решать разные задачи. Фрезерный станок с ЧПУ позволяет эффективно производить в больших тиражах крупные, тяжелые и высокоточные изделия, которые можно использовать для производства торгового и промышленного оборудования, машин, двигателей и прочего. Технология с ЧПУ позволяет также производить небольшие партии продукции, но как правило, с более высокой стоимостью единицы.

Гибкость 3D-печати дает возможность быстро переключаться между различными изделиями. Однако, поскольку стоимость единицы продукта всегда одинакова, независимо от количества, использование 3Д-печати экономически не обосновано для крупных тиражей.

Адаптируемость 3D-печати делает ее полезной для создания уникальных, персонализированных дизайнов для конкретных клиентов, например для производства индивидуальных имплантатов для травматологии или стоматологии.

В этой статье мы представляем основные технологические аспекты, чтобы помочь вам выбрать правильную технологию для вашего продукта. Мы ориентируемся на функциональные детали и прототипы, сделанные из металлов или пластмасс.


Выбор правильной технологии

При выборе между ЧПУ и 3Д-печатью, есть несколько простых рекомендаций, которые можно применить к процессу принятия решений.

Обычно имеет смысл использовать 3D-печать только в следующих случаях:

  • традиционные методы не позволяют изготовить деталь, например, для очень сложных, оптимизированных по топологии геометрий.
  • время производства имеет решающее значение; напечатанные детали могут быть произведены в течение 24 часов.
  • низкая стоимость для небольших тиражей, количество идентичных деталей (менее 10). В таких случаях 3D-печать обычно дешевле, чем и производство с ЧПУ.
  • материалы, которые сложно обработать, но есть возможность напечатать, например, сплавы некоторых металлов.


ЧПУ предлагает высокую точность и равномерность механических свойств во всему объему изделия (изотропность, в противовес анизотропным свойствам у напечатанных изделий), но обычно это обходится дороже, особенно при небольших объемах.

Если требуется большее количество изделий (сотни и более), то ни ЧПУ, ни 3Д-печать не могут быть экономически выгодным вариантом. Традиционные технологии формования, такие как литье по выплавляемым моделям или литье под давлением, как правило, являются наиболее экономически выгодным вариантом.

Таким образом общее количество изделий – тираж - является ключевым фактором при выборе технологии производства.

Характеристики процесса

Точность размеров.
Обработка с ЧПУ позволяет производить детали с высокими допусками не зависимо от размера и с отличной воспроизводимостью. 

Из-за формы режущего инструмента внутренние углы изделия всегда будут иметь радиус, но внешние поверхности могут иметь острые края и могут обрабатываться очень тонко.

Различные виды 3D-печати предлагают разную точность размеров. Промышленные принтеры могут печатать детали с достаточно хорошими допусками. Если в технической документации прописаны требования к высокой точности, то критические размеры могут быть напечатаны на 3D-принтере негабаритно и затем обработаны во время последующей обработки. <br>Минимальная толщина стенок напечатанных деталей ограничена технологией печати, например, диаметром лазерного пятна в SLS. Поскольку детали изготавливаются послойно, линии слоев могут быть видны, особенно на изогнутых поверхностях. <br>Максимальный размер детали относительно невелик.


Материалы

ЧПУ в основном используется для обработки металлов и модельных пластиков:

  • Пластмассы: АБС, нейлон, поликарбонат, ПЭЭК

  • Металлы: Алюминий, Нержавеющая сталь, Титан, Латунь


3D-печать преимущественно работает с пластмассами и, в меньшей степени, с металлами.

  • Пластмассы: Нейлон, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU

  • Металлы: Алюминий, Нержавеющая сталь, Титан, Инконель


Сложность геометрии изделия

ЧПУ

Существует ряд ограничений, которые необходимо учитывать при проектировании деталей для обработки с ЧПУ, включая доступ к инструменту и зазоры, точки крепления, а также невозможность обрабатывать квадратные\острые углы из-за геометрии инструмента.

Некоторые изделия невозможно произвести на станках с ЧПУ (даже с 5-осевыми системами), так как инструмент не может получить доступ ко всем поверхностям.

Большинство геометрий требуют вращения детали для доступа к различным сторонам. Перестановка увеличивает время обработки и работы, также могут потребоваться нестандартные приспособления и дополнительные крепежи, что в совокупности влияет на окончательную стоимость изделия.

ЗD-печать

3D-печать имеет очень мало геометрических ограничений по сравнению с ЧПУ. Построение поддержки требуются в большинстве типов печати, таких как FDM или SLM / DMLS, и удаляются во время постобработки.

Способность создавать очень сложные геометрии является одним из ключевых преимуществ 3D-печати.

 

Производственный процесс

ЧПУ

После поступления 3Д-модели на производство опытный технолог или инженер прорабатывает выбор инструмента, скорость обработки, траекторию движения инструмента и изменение положения детали. Все эти факторы сильно влияют на качество конечной детали и время работы. Процесс производства является трудоемким. После механической обработки компоненты готовы к использованию или последующей обработке.

3Д-печать

В 3D-печати оператор принтера подготавливает 3д-модель: выбирает ориентацию модели в принтере и добавляет поддержку, а затем отправляет готовый файл на принтер, где он печатается без дополнительного участия специалиста. Когда печать завершена, деталь должна быть очищена и подвергнута последующей обработке.

 

Постобработка

Ряд методов постобработки может быть применен как к деталям с ЧПУ, так и к 3D-печатным изделиям, которые улучшают функциональность или внешний вид изделия. Наиболее распространенные методы постобработки:

  • cтруйная обработка

  • анодирование (тип II или тип III),

  • порошковое покрытие

  • шлифовка и полировка

Для напечатанных изделий предварительно может дополнительно проводиться постобработка на станках с ЧПУ для повышения точности и качества поверхности.

 

Выводы

В определенной степени технологии ЧПУ и 3D-печать частично совпадают по своим возможностям, но у каждой из них есть свои сильные и слабые стороны, которые делают их пригодными для решения конкретных задач.

- Фрезерные станки с ЧПУ обычно лучше всего подходят для проектов, в которых требуются сложные высокоточные изделия из готовых материалов с тиражом производства от 100 до 1000 изделий.

- 3D-печать идеально подходит для создания прототипов и персонализированных\индивидуальных продуктов.