CNC Machining vs 3D Printing: Detailed Comparison
Если вы изготавливаете детали с механической обработкой и пытаетесь выбрать между обработкой с ЧПУ и 3D-печатью, полезно знать, как работает каждый процесс. В этом блоге мы поговорим о сравнении обработки с ЧПУ и 3D-печати.
В чем разница между субтрактивным и аддитивным производством?
Обработка с ЧПУ - это субтрактивная обработка; вы вырезаете материал из цельного блока, чтобы изготовить деталь. Она существует уже давно и хорошо подходит как для прототипов, так и для готовых деталей.
3D-печать - это аддитивная технология; вы создаете детали слой за слоем, используя пластик, металл или резиноподобный материал. Это более новая технология, которая использовалась в основном для быстрого изготовления деталей на заказ и прототипов, но теперь она подходит и для малого и среднего производства, особенно если деталь сложная.
Читайте дальше, чтобы узнать больше о разнице между ЧПУ и 3D-печатью.
Что такое обработка с ЧПУ?
Обработка на станках с ЧПУ сокращение от Computer Numerical Control machining. Как упоминалось выше, это способ изготовления деталей путем отрезания материала от цельного блока. Компьютер управляет инструментами, поэтому получаются очень точные и детализированные детали. С его помощью можно изготовить одну деталь, например прототип, или множество одинаковых деталей для массового производства.
Этот метод был разработан в 1950-х годах в Массачусетском технологическом институте (MIT) и изменил представление о том, как люди производят вещи, поскольку сделал этот процесс более быстрым и точным.
Процесс начинается с проектирования детали с помощью программного обеспечения CAD. Затем с помощью программного обеспечения CAM эта конструкция превращается в инструкции. Эти инструкции, называемые G-кодом, указывают станку, что делать. Станок с ЧПУ считывает G-код и с помощью острых инструментов вырезает деталь из цельного блока. Он двигается в разных направлениях, чтобы создавать детали, а двигатели помогают ему резать очень точно.
Распространенные станки с ЧПУ и их функции
Ниже мы расскажем о самых распространенных из них и о том, как они работают.
Фрезерные станки с ЧПУ: Эти станки используют вращающиеся инструменты для резки и придания формы таким материалам, как металл или пластик. Если вам нужно изготовить детали сложной формы, этот станок для вас. Его часто используют, когда требуется высокая точность.
Токарные станки с ЧПУ: Токарные станки вращают материал, а инструмент придает ему форму. Они отлично подходят для изготовления круглых деталей, таких как болты или валы. Их часто используют для изготовления деталей автомобилей и самолетов.
Сверла с ЧПУ: Эти станки используются для изготовления отверстий точного размера и положения. Они часто используются вместе с другими станками при изготовлении деталей, требующих идеальных отверстий.
Шлифовальные станки с ЧПУ: Шлифовальные машины используют грубые круги для выравнивания металлических поверхностей. Если вы работаете с деталями, которым нужна блестящая или гладкая поверхность, например, с инструментами или деталями автомобиля, вам пригодится именно этот инструмент.
Плазменные и лазерные резаки: Плазменные резаки используют горячий газ, чтобы разрезать металл. Лазерные резаки используют сфокусированный свет, чтобы сделать чистые, детальные разрезы. Оба устройства отлично подходят для резки листового металла и создания дизайна без лишних трат материала.
Помимо этих типов, мы также можем классифицировать станки с ЧПУ по тому, как они двигаются в разных направлениях, поскольку они обеспечивают разные уровни детализации. Вот как работает система осей:
Трехкоординатные станки: Они двигаются вверх/вниз, влево/вправо и вперед/назад. Идеально подходят для простых форм и плоских поверхностей.
Четырехкоординатные станки: Они добавляют поворот в одном из направлений. Это поможет вам работать с деталями более сложной формы, например с кривыми или отверстиями под углом.
5-осевые станки: Они могут двигаться в пяти направлениях. Они обеспечивают наибольший контроль и используются, когда вам нужны сверхдетализированные, высокоточные детали.
Что такое 3D-печать?
3D-печать возникла в 1980-х годах как способ создания объектов путем добавления материала слой за слоем. Вы можете создавать формы, которые сложно сделать обычными инструментами. За прошедшие годы эта технология получила большое развитие и становится все лучше.
В наше время он начинается с 3D-модели, обычно созданной в программе CAD или отсканированной с реального объекта. Затем программа проверяет, нет ли ошибок в дизайне. Затем слайсер разбивает модель на тонкие слои и создает файл G-кода. Этот файл указывает принтеру, как создавать объект слой за слоем.
В отличие от станков с ЧПУ, которые отрезают материал, 3D-печать добавляет только то, что необходимо. Это означает меньше отходов.
Распространенные типы технологий 3D-печати
Способ добавления материала зависит от типа используемого 3D-принтера. Вот как это работает для основных типов:
FDM: Вы подаете пластиковую нить. Принтер нагревает ее и укладывает слоями.
SLA: Вы используете жидкую смолу. Под воздействием УФ-лампы она затвердевает слой за слоем.
SLS: Вы начинаете с порошка. Лазер расплавляет порошок, чтобы создать форму.
Ключевые факторы при выборе между обработкой с ЧПУ и 3D-печатью
Выбирая между обработкой на станках с ЧПУ и 3D-печатью, подумайте, что вам действительно нужно. Нужно ли вам что-то индивидуальное? Нужно ли вам это быстро? Сколько вы можете потратить? Нужна ли сверхточность?
Оба метода хороши, но один из них может подойти для вашего проекта лучше, чем другой.
Геометрия и размеры деталей
Давайте разберемся, как лучше всего изготавливать сложные детали. Если ваша деталь имеет сложную форму или крошечные детали, используйте 3D-печать. Если деталь простая и должна быть очень точной, используйте обработку на станках с ЧПУ.
Когда речь идет о размерах деталей с ЧПУ, наименьшая деталь, которую можно вырезать, зависит от размера инструмента. При 3D-печати наименьшая форма, которую можно напечатать, зависит от размера сопла. Большинство 3D-принтеров могут создавать детали размером от 1 до 3,2 мм.
Типы файлов
Использование станков с ЧПУ CAD файлы, обычно в формате 2D, готовые к вырезанию или приданию формы на станке. При 3D-печати используются цифровые файлы типа STL или OBJ; эти файлы легко модифицировать, если вам нужно быстро внести изменения в дизайн.
Время выполнения заказа
Обработка на станках с ЧПУ может занять больше времени, поскольку требует больше времени на настройку. 3D-печать быстрее, особенно при изготовлении разовых деталей, прототипов и небольших партий.
Гибкость конструкции
Обработка с ЧПУ хорошо подходит для изготовления большой партии одинаковых деталей, но если вам нужна индивидуальность, сделайте 3D-печать. При 3D-печати вы можете легко изменить дизайн каждой детали.
Повторяемость
Обработка с ЧПУ отлично подходит для повторения одной и той же детали снова и снова с высокой точностью. 3D-печать может повторять дизайн, но качество может отличаться в зависимости от принтера и используемого материала.
Скорость и объем продукции
Обработка с ЧПУ быстрее, если вам нужно изготовить сразу много деталей. Это идеальный вариант для средне- и крупносерийного производства.
3D-печать лучше подходит для небольших партий или прототипов. Она медленнее для массового производства, но хорошо работает, когда вам нужно всего несколько деталей.
Материал
Обработка с ЧПУ работает со многими материалами, такими как металлы (алюминий, сталь, титан) и пластмассы (ABS, нейлон, PEEK). Она также может работать с деревом и специальными материалами.
В 3D-печати в основном используются пластики, такие как PLA и ABS, но можно работать и с некоторыми металлами, такими как алюминий и титан. Некоторые материалы, например суперсплавы, трудно печатать, и они могут быть не такими прочными, как те, что изготавливаются с помощью ЧПУ.
Стоимость
Что касается стоимости 3D-печати по сравнению с ЧПУ, то обработка с ЧПУ имеет более высокие первоначальные затраты из-за оборудования и квалифицированной рабочей силы, но она становится дешевле в расчете на одну деталь, когда вы делаете много деталей.
3D-печать дешевле на начальном этапе, поскольку требует меньше настроек и инструментов, но стоимость одной детали остается прежней, поэтому она не так эффективна для крупного производства.
Качество
Обработка с ЧПУ позволяет получать высококачественные, точные детали с гладкой поверхностью. Если вам нужны прочные и долговечные детали, ЧПУ - лучший выбор.
3D-печать также может создавать хорошие детали, но они могут нуждаться в дополнительной обработке. Прочность таких деталей может не соответствовать тому, что можно получить при обработке на станках с ЧПУ.
Краткое сравнение обработки с ЧПУ и 3D-печати
| Категория | Обработка с ЧПУ | 3D-печать |
| Материал | Металлы, инженерные пластики, древесина, специальные материалы | Пластмассы, некоторые металлы, композиты, керамика, биоматериалы |
| Отделка поверхности | Гладкость без дополнительных усилий (обработка 125 Ra для деталей, прошедших механическую обработку) | Хорошо, нуждается в постобработке для лучшей отделки |
| Дизайн деталей | Хорошо подходит для простых и средних деталей; ограничена станками | Отлично подходит для полых деталей и сложных форм и элементов |
| Размер детали | Возможность изготовления крупных деталей (до 2000 x 800 x 1000 мм) | Небольшие детали (до 914 x 610 x 914 мм) |
| Количество деталей | 50 и более штук; средний объем зависит от сложности деталей и допусков | 1-10 штук; средний объем зависит от сложности детали и допусков |
| Точность и допуски | Очень точные (±0,025 - 0,125 мм) | Достаточно хорошо для базового использования (±0,3 мм) |
| Мастерство оператора | Требуются квалифицированные операторы | Требует некоторого обучения, более удобен для пользователя |
| Время выполнения заказа | Дольше, из-за процесса обработки (обычно более 10 дней) | Быстрее, особенно для прототипов (обычно от 30 минут до нескольких дней) |
| Механические свойства | Очень прочный и долговечный; подходит для использования в тяжелых условиях | Умеренная прочность; лучше всего подходит для легкого использования и тестовых деталей |
| Стоимость | Дорогая установка, но дешевая для больших тиражей | Низкая стоимость установки; лучше всего подходит для небольших партий или единичных изделий |
| Рабочий процесс | Требуется больше настроек и регулировок | Быстрая настройка, возможность итеративных изменений |
| Прототипирование | Подходит для функциональных прототипов | Отлично подходит для быстрого создания прототипов |
| Окружающая среда | Больше отходов; требуется больше энергии | Меньше отходов; низкое потребление энергии |
Плюсы и минусы 3D-печати в сравнении с обработкой на станках с ЧПУ
Обработка на станках с ЧПУ и 3D-печать имеют свои преимущества и недостатки, поэтому для вашего проекта один из них может оказаться лучше, чем другой. Вот простое сравнение:
Преимущества обработки с ЧПУ
- Точное изготовление деталей.
- Работает со многими материалами.
- Получает гладкие детали.
- Более низкая цена за большее количество деталей.
- Создает прочные детали.
- Каждый раз повторяет одну и ту же часть.
- Обрабатывает большие детали.
- Детали остаются крепкими.
Недостатки обработки с ЧПУ
- Создает отходы.
- Отходы трудно перерабатывать.
- Дорого для небольших работ.
- Требуется время на настройку.
- Требуются обученные работники.
- Затрудняется при работе со сложными формами.
- Инструменты часто изнашиваются.
- Потребляет больше энергии и создает отходы.
Преимущества 3D-печати
- Справляется со сложными, замысловатыми рисунками.
- Создает меньше материальных отходов.
- Поддержка быстрого создания прототипов.
- Экономичность при изготовлении небольших партий
- Легко изменять дизайн
- Снижение затрат на наладку и упрощение эксплуатации.
- Позволяет осуществлять массовую настройку.
- Создает внутренние структуры и сложные формы.
Недостатки 3D-печати
- Снижение точности и качества обработки поверхности.
- Ограниченный выбор материалов.
- Требуется дополнительная постобработка.
- Менее рентабельно для больших партий.
- Более слабые свойства материала в некоторых направлениях.
- Ограничен размером сборки.
- Медленнее для крупного производства.
Применение и отрасли
Вот как можно использовать каждый из них в разных отраслях:
Обработка с ЧПУ
Аэрокосмическая промышленность: лопатки турбин и элементы конструкции
Автомобиль: детали двигателя, компоненты трансмиссии и инструменты на заказ
Медицина: хирургические инструменты или имплантаты
Промышленное оборудование: нестандартные детали, такие как пресс-формы или штампы
Деревообработка: мебель, шкафы или детальная резьба
Создание прототипов: прочные и точные модели компонентов
Функциональные части: Прочные детали, которые хорошо работают в условиях стресса
3D-печать
Быстрое прототипирование: распечатывайте идеи, проверяйте дизайн и быстро вносите изменения
Медицинские приборы: изделия на заказ, такие как протезы, стоматологические инструменты и модели тела
Аэрокосмическая промышленность: легкие детали, такие как кронштейны или воздуховоды
Автомобиль: тестировать детали или разрабатывать интерьеры автомобилей перед началом серийного производства
Архитектура и искусство: детализированные модели зданий или уникальные произведения искусства
Новые отрасли: 3D-печать в моде (например, аксессуары), строительстве (детали зданий), биопринтинге (ткани) и даже в пищевой промышленности
Изготовление форм: формы для литья
Можно ли совместить 3D-печать и обработку на станках с ЧПУ?
Вы можете спросить, заменит ли 3D-печать обработку на станках с ЧПУ? Ответ - нет. 3D-печать не заменит ее полностью.
Вместо этого используйте оба варианта. 3D-печать формы и деталей, а затем ЧПУ для сглаживания и правильного размера. Это помогает, когда вам нужны детальные и точные детали, например для медицинских инструментов или самолетов.
Это поможет сэкономить время и повысить качество. Поэтому используйте оба варианта, когда это возможно.
Какой процесс может заменить 3D-печать и обработку на станках с ЧПУ?
Если вам нужно много одинаковых деталей, попробуйте использовать литье под давлением в качестве альтернативы 3D-печати и обработке на станках с ЧПУ.
Он дает гладкие и прочные детали, но не подходит, если вам нужно всего несколько штук или вы хотите изменить дизайн.
Вы делаете форму, заполняете ее расплавленным пластиком и даете ему остыть, чтобы превратиться в твердую деталь. Сначала форма стоит дороже, но при больших партиях каждая деталь обходится дешевле.
Заключение
Выбор правильного метода производства, например обработки с ЧПУ или 3D-печати, зависит от того, что вам нужно для вашего проекта, от вашего бюджета и от того, сколько деталей вам нужно сделать. Обработка на станках с ЧПУ хороша для изготовления точных и прочных деталей. 3D-печать - быстрый и гибкий метод, который отлично подходит для тестирования идей.
DEK помогает вам быстрее и проще изготавливать детали на заказ. Ознакомьтесь с нашими услугами по обработке с ЧПУ. С DEK вы получите высококачественные детали с ЧПУ всего за 3-7 дней как для прототипов, так и для полного производства.
