Introducere
Prelucrarea CNC este o tehnologie de manufactura subtractiva. Spre deosebire de printarea 3d, procesul incepe, de obicei, cu un bloc solid de material (blank) si inlatura material pentru a obtine forma finala, folosind o varietate de scule ascutite si freze care se rotesc.
Prelucrarea CNC este una dintre cele mai populare metode de fabricatie pentru proiecte mici ce necesita o singura bucata pana la volume medii si mari de productie. Ofera repetabilitate excelenta, precizie mare si o gama larga de materiale.
Manufactura aditiva sau Printarea 3D construieste piese prin adaugarea de material strat cu strat. Manufactura aditiva nu necesita scule speciale sau freze, costul initial este tinut la minim.
In acest articol, prezentam caracteristici ale celor doua tehnologii pentru a te ajuta sa o alegi pe cea potrivita pentru proiectul tau. Ne concentram pe piese functionale si prototipuri construite din metale si plastice. Procesele care sunt cele mai potrivite pentru acest scop sunt SLS sau FDM pentru plastice si SLM/DMLS sau Binder Jetting pentru metale.
Selectarea tehnologiei potrivite
Cand alegi intre prelucrare CNC si Manufactura Aditiva, sunt cateva reguli care pot fi aplicate procesului de a lua decizia.
Ca o regula generala, toate piesele care pot fi produse cu efort limitat printr-un proces substractiv ar trebui prelucrate CNC. Folosirea printarii 3D are sens doar in urmatoarele cazuri:
- Cand tehnologia traditionala nu este capabila sa produca piesa respectiva, de exemplu geometrii foarte complexe.
- Cand termenul limita este critic, piesele printate 3D pot fi livrate in 24 de ore.
- Cand costul scazut este esential; pentru volume mici, printarea 3d este in general mai ieftina decat prelucrarea CNC.
- Cand este nevoie de un numar mic de piese identice ( mai putin de 10)
- Cand materialele necesare nu pot fi prelucrate cnd usor, ca superaliajele metalice sau TPU flexibil.
Prelucrarea CNC ofera precizie dimensionala si produce piese cu propietati mecanice mai bune in toate cele 3 dimensiuni, dar asta vine cu un cost ridicat, in special pentru volume mici.
Daca numarul de piese este foarte mare, sute sau mai multe, atunci nici prelucrarea CNC nici printarea 3d nu sunt competitive din punct de vedere al costului. Tehnologiile traditionale de formare ca turnarea investitionala sau turnarea prin injectare, sunt in general cele mai economice solutii, vezii graficul de mai jos.
Tabelul 2
| No. of parts | 1 | 10 | 100 | 1000 |
| Plastic | Print 3D | Print 3D(considerati si CNC) | CNC(considerati turnare prin injectie) | Turnare prin injectie |
| Metal | Print 3D si CNC | CNC(considerati si printarea 3d) | CNC(considerati si turnarea investitionala) | Turnare investitionala sau sub presiune |
*: foarte dependent de geometria piesei
Esti curios de costul pentru prelucrarea CNC si Printarea 3D? Incarca-ti proiectul si primesti o cotatie instant.
Primeste o cotatie de pret pentru proiectul tau
Caracteristicile procesului
Precizia dimensionala
Prelucrarea CNC ofera tolerante mici si repetabilitate excelenta. Piese foarte mari sau foarte mici pot fi prelucrate precis. Datorita formei frezei,colturile interne vor avea tot timpul o raza, dar supprafetele exterioare pot avea muchiii ascutite si pot fi foarte subtiri. Diferite siteme de Printare 3D ofera precizie dimensionala diferita. Masinile industriale pot produce piese cu tolerante foarte bune. Daca este nevoie de tolerante mici, dimensiunile criticale pot fi printate 3D marite si apoi prelucrate CNC in procesul de post procesare. Grosimea minima a peretelui unei piese printate 3D este restrictionat de marimea duzei prin care iese materialul, Din moment ce piesele sunt fabricate strat cu strat, liniile straturilor pot fi vizibile, mai ales pe suprafete curbe. Marimea maxima a piesei este relativ mica, deoarece printarea 3d necesita, de multe ori, un mediu inchis.
| Toleranta | Grosimea minima a peretelui | Dimensiunea maxima a piesei | |
|---|---|---|---|
| CNC | ± 0.025 – 0.125 mm * | 0.75 mm | 2000 x 800 x 1000 mm Lathe: Ø 500 mm |
| SLS | ± 0.300 mm | 0.7 – 1.0 mm | 300 x 300 x 300 mm |
| FDM | ± 0.200 mm Desktop: ± 0.500 mm | 0.8 – 1.0 mm | Industrial: 900 x 600 x 900 mm Desktop: 200 x 200 x 200 mm |
| SLM/DMLS | ± 0.100 mm | 0.40 mm | 230 x 150 x 150 mm |
| Binder Jetting | ± 0.200 mm | 2.0 mm | 380 x 355 x 735 mm |
* : In functie de toleranta necesara
Materiale
Procesul CNC este folosit in special pentru prelucrarea pieselor metalice. Poate fi folosit pentru prelucrarea plasticelor, acrililor, lemnului de esenta tare si moale, spume de modelare si ceara.
- Propietati mecanice si termale excelente cu comportament isotropic
- Restrictii de dimensiune datorita marimii blankului, folosirea unui blank non standard va mari costul.
| Common CNC materials | |
|---|---|
| Plastic | ABS, Nylon, Polycarbonate, PEEK |
| Metal | Aluminiu, Otel Inoxidabil, Titaniu, Cupru |
Printarea 3D este folosita predominant pentru plastice si mai putin pentru metal. Unele tehnologii pot porduce piese din ceramica, ceara, nisip si materiale compozite. Materialele pentru printarea 3d au un topic separat unde vor fi discutate pe larg.
- O gama larga de materiale cu o varietate de proprietati fizice.
- Materialele care sunt dificil de prelucrat cnc, Tpu si superaliaje din metal, pot fi printate 3D.
- Pot avea calitati mecanice mai slabe cumparate cu piesele CNC.
| Common 3D printing materials | |
|---|---|
| Plastice | Nailon, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU |
| Metale | Aluminiu, Inox, Titan |
Complexitatea modelului
Exista anumite limitari ce trebuie luate in seama cand proiectam piese pentru prelucrarea CNC, incluzand accesul frezelor si tolerantelor, puncte de tinere sau de montaj, si de asemenea incapcacitatea de a taia colturi in unghi datorita geometriei frezei.
Unele geometrii sunt imposibil de prelucrat la CNC ( chiar si cu cele cu 5 axe) deoarece freza poate accesa doar suprafetele unei componente. Majoritatea geometriilor au nevoie de rotirea piesei pentru a avea acces la fete diferite. Repozitionarea mareste timpul de procesare si volumul de munca si pot fi necesare prinderi customizate, care afecteaza pretul final.
Printarea 3D are foarte putine limitari geometrice. Structurile de suport sunt necesare in toate tehnologiile, ca FDM SLM/DMLS, si sunt inlaturate in procesul de post procesare.
Geometrii organice pot fi usor create folosind pudra bazata pe polimeri printr-un proces de fuziunecum ar fi SLS sau Multi Jet Fusion, si nu au nevoie de suporti. Abilitatea de a produce geometrii extrem de complexe este unul dintre punctele forte ale printraii 3d.
Fluxul de lucru al manufacturii
Ce se intampla in culise cand plasezi o comanda pentru CNC sau printare 3D:
In prelucrarea CNC, un operator expert sau inginer trebuie sa ia in calcul ce freza se alege, viteza, taierea si repozitionarea piesei, Acesti factori au impact asupra calitatii si timpului de prelucrare. Procesul de manufactura necesita munca, deoarece blankul trebui instalat manual in masina. Dupa prelucrare, piesele sunt gata pentru postprocesare.
In printarea 3D, operatorul masinii pregateste fisierul digital, alege orientarea si pune suporti, si apoi il trimite catre masina, unde este printat fara interventia umana. Cand printarea este gata, piesa trebuie sa fie curatata si postprocesata, care este procesul care necesita munca.
Postprocesare
Un numar de metode de postprocesare poate fi aplicat si pentru prelucrarea CNC cat si pentru printarea 3D care imbunatatesc aspectul sau functionalitatea piesei create. Cele mai comune tehnici de postprocesare sunt notate mai jos:
| Post processing methods | |
|---|---|
| CNC | Sablare, anodizare . vopsire cu pudra |
| Print 3D | Sablare, lustruire, micro-lustruire, placare cu metal |
Studiu de caz: prototiparea unei cutii de plastic.
Cand proiectam un nou aparat electronic, fabricarea prototipurilor pentru carcasa este importanta inaintea manufacturii in masa. Pentru accelerarea timoului de dezvoltare, timpul si costul scazut sunt obiectivele principale.
Carcasele electronicelor au cleme cu click, balamale si articulatii. Acestea pot fi printate 3D sau prelucrate la CNC.
Prelucrarea CNC si SLS pot fi folosite pentru a crea prototipuri precise si placute estetic, dar printarea 3D are cost si timp de prelucrare mult mai scazute. Deoarece performanta mecanica nu este obiectivul pricipal al acestui proiect, beneficiile CNC nu merita costul crescut de timp si resurse.
| CNC | FDM | SLS | |
|---|---|---|---|
| Cost | $$ | $ | $$ |
| Materiale comune | ABS, Nylon | PLA, ABS, Nylon | Nylon |
| Tim prelucrare | 1 – 2 saptamani | 1 – 3 zile | Mai putin de o saptamana |
| Toleranta | ± 0.125 mm | ± 0.500 mm | ± 0.300 mm |
Studiu de caz : manufactura de componente metalice
Piesele din metal sau alte componente mecanice pot sustine greutati mari si pot opera la temperaturi ridicate. In acest caz, acuratetea dimensionala si proprietatile bune ale materialelor sunt principalele obiective.
Daca geometria proiectului este simpla, ca in imaginea de mai sus, prelucrarea CNC este cea mai buna optiune in raport cu costul, toleranta, propietatile mecanice si costul.
Cand complexitatea geometrica se mareste sau cand ai nevoie de materiale exotice, printarea 3D in metal trebuie luata in calcul, Componentele optimizate pentru greutate si rezistenta au structuri organice care sunt foarte greu de prelucrat.
Prelucrarea CNC si printarea 3D pentru metale pot fi combinate pentru a produce piese cu forme organice si tolerante foarte mici.
| CNC | SLM/DMLS | Binder Jetting | |
|---|---|---|---|
| Cost | $$ | $$$$ | $$$ |
| Materiale comune | Aluminu INOX Alama | Inox, aluminiu, titan, cobalt | Inox, tungsten |
| Tolerante | ± 0.025 mm | ± 0.100 mm | ± 0.200 mm |
| Propietati mecanice | Foarte Bune | Foarte Bune | Bune |
Reguli generale
Selectarea tehnologiei pentru aplicatia ta este cruciala si poate fi selectata folosind regulile de mai jos.
- Prelucrarea CNC este potrivita pentru cantitati medii si mari (250-500 bucati) si cu geometrie simpla
- Printarea 3D este potrivita pentru cantitati mici, sau prototipuri, si geometrii complexe.
- Cand ne gandim la metale, prelucrarea CNC poate fi competitiva din punct de vedere al costului si pentru cantitati mici, dar cu limitari geometrice.
- Cand cantitatile sunt mari, mai mult de 250-500 piese, alte tehnologii sunt potrivite
