CNC vs. Druk 3D

Obróbka CNC i druk 3D to dwie przodujące technologie produkcyjne, stosowane w szybkim prototypowaniu i produkcji małoseryjnej. Chociaż oba procesy są obecnie standardem, każdy z nich ewoluował, aby sprostać innym wymaganiom.

CNC to zbiorcza nazwa dla szerokiej gamy technologii stosowanych w produkcji na całym świecie. Szczerze mówiąc, te (subtraktywne) metody produkcji są znacznie bardziej popularne i oferują większą wszechstronność, w porównaniu z innymi procesami produkcyjnymi. Zwykle, gdy potrzebny jest w pełni funkcjonalny prototyp, część lub detal, podstawową metodą jego wytworzenia będzie obróbka CNC, dzięki której powstanie model wykorzystywany do ocen technicznych i testów.

Druk 3D zwany inaczej wytwarzaniem przyrostowym, w odróżnieniu od CNC, jest procesem addytywnym, czyli polegającym na tworzeniu obiektu warstwa po warstwie. Do niedawna ze względu na brak dostępności szerokiej gamy materiałów, był niechętnie wykorzystywany w produkcji finalnych komponentów. Obecnie rozwój technologii i różnorodność materiałów do druku, odpornych chemicznie i izotropowych, sprawia, że ta technologia ma ogromny potencjał w wytwarzaniu części o skomplikowanych kształtach i strukturach wewnętrznych, nieosiągalnych dla innych metod produkcji.

Kluczowe podobieństwa druku 3D i obróbki CNC

Obróbka CNC i druk 3D mają kilka podstawowych cech wspólnych:

  • tworzą produkty 3D na podstawie przestrzennych modeli 3D
  • urządzenia są sterowane komputerowo
  • są kompatybilne z typami plików STL i OBJ
  • znajdują się w czołówce technologii
  • są dziś powszechne.

Jednak poza tymi podstawowymi podobieństwami, metody te spełniają zasadniczo różne wymagania, oferując inne korzyści produkcyjne.

Różnice między wytwarzaniem przyrostowym a obróbką skrawaniem

Istnieje również kilka głównych czynników, które odróżniają te dwa procesy. Jedną z podstawowych różnic między produkcją addytywną, a substraktywną jest ilość wytwarzanych odpadów. W obróbce CNC materiał jest odejmowany –  w rezultacie powstaje więc wiele odpadów, których nie można poddać recyklingowi. Drukarki 3D wykorzystują tylko ilość materiału niezbędną do wyprodukowania części, wytwarzają również mniej hałasu, ponieważ nie wibrują podczas produkcji.

Dzięki frezowaniu CNC można wykonać komponenty różnych rozmiarów – od drobnych, delikatnych części po konstrukcje wielkogabarytowe. W produkcji addytywnej wytwarzane elementy nie mogą być większe niż komora robocza drukarki 3D. Łączenie wydruków jest co prawda możliwe, ale wiąże się z dłuższym procesem montażowym, jak również ryzykiem osłabienia wytrzymałości konstrukcji na łączeniach.

Produkcja CNC może współpracować z szeroką gamą materiałów , takich jak stopy metali, drewno, akryle, pianka modelarska, tworzywa termoplastyczne i wosk. Dostępność materiałów do druku jest zbliżona, ale w przemyśle wykorzystywane są głównie tworzywa sztuczne, metale i polimery. Drukarki 3D nie mogą pracować z metalami o najwyższych temperaturach topnienia i nie da się ich , jak w przypadku maszyn CNC, dostosować do użycia nowych materiałów, urządzenia te mogą pracować tylko z jednym ( choć trwają już prace nad rozwiązaniami wielomateriałowymi).

Jak produkcja addytywna może uzupełnić obróbkę CNC

Większa swoboda projektowania i elastyczność to zalety druku 3D, tymczasem powtarzalność w dużych ilościach, precyzyjne wykończenie powierzchni, szczególnie w związku z wąskimi tolerancjami, pozostają cechami bardziej związanymi z obróbką CNC. W wielu przypadkach te dwie techniki wytwarzania mogą (i powinny) być komplementarne, a nie przeciwstawne.

Z raportów przygotowywanych min. przez Sculpteo na przestrzeni ostatnich 5 lat zaobserwowano wzrost wykorzystania AM w przemyśle (wg ostatniego raportu – State of 3D Printing  – 59% wszystkich respondentów w 2020 roku vs. 38,7 % w 2018 r.), co nie powinno to być zaskakujące, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że masowe dostosowywanie i wytwarzanie produktów konfigurowanych na zamówienie, pozostaje priorytetem, stanowiącym jeden ze światowych mega trendów (wg. Forbes) od 2015 r.

Zastępując na niektórych etapach obróbkę CNC drukiem 3D, można podnieść efektywność procesu wytwórczego, obniżyć jego koszty i szybciej uzyskać gotowy produkt. Przykładem jak łączyć obie technologie w swoim procesie produkcyjnym jest firma CNC Würfel, która oferując klientom niestandardowe rozwiązania w obszarze automatyzacji na linii produkcyjnej, zaczęła korzystać z wytwarzania przyrostowego.
Elementy wcześniej wykonywane przy użyciu frezowania, (co było kosztowne i czasochłonne) są obecnie drukowane w przemysłowej technologii HP MJF 3D. Głównie ze względu na fakt, że addytywne wytwarzanie pozwala im na konsolidacje wielu części w jednym komponencie, przyspieszając w ten sposób niektóre procesy produkcyjne (samo projektowanie i wytwarzanie takiego elementu, jego montaż etc.)

Adapter chwytaka drukowany w 3D

W CNC Würfel produkuje się w ten sposób między innymi adapter chwytaka, zbierającego przedmioty z wielu przenośników taśmowych. Skonstruowanie takiego narzędzia wymaga wprowadzenia komponentów pracujących w różnych systemach chwytających. Korzystając z obróbki skrawaniem jego realizacja trwała od 8 do 10 tygodni. Firma chciała jednak wyprodukować chwytak, który mógłby być narzędziem wielofunkcyjnym i podnosić z pasa przedmioty w jednym chwycie. Udało się to osiągnąć dzięki zaprojektowaniu chwytaka z trzema palcami z przodu robota, tak aby mógł prawidłowo chwytać wiele przedmiotów jednocześnie. Obróbka CNC nie pozwala na wytworzenie tak skomplikowanego narzędzia, natomiast w technologii HP MJF 3D udało się inżynierom wydrukować komponent, który uprzednio przeprojektowano upraszczając jego budowę. Cały proces trwał zaledwie 2 dni, w porównaniu do obróbki CNC, gdzie wynosił od 8 do 10 tygodni.

 

Chwytak i repozytorium części

Previous
Next

CNC Würfel oferując swoim klientom rozwiązania zintegrowane z systemami automatyki, korzysta z technologii addytywnych od 2017 roku, co stanowi klucz do większej automatyzacji ich procesów produkcyjnych. Oprócz wielofunkcyjnego chwytaka wytwarza w technologii HP MJF 3D repozytorium części. Addytywna produkcja komponentu wyniosła trzy dni, a późniejszy montaż tyle samo. W porównaniu do poprzedniej metody skrócono czas procesu wytwórczego o dwa miesiące.

Koszt przy tradycyjnych metodach wytwarzania repozytorium, za jakie uważa się obróbkę CNC, wyniósłby około 4.500 € (5.176 $), ale korzystając z HP MJF, cena komponentu obniżyła się do 150 €. Waga również została zredukowana o 84% – oryginalne metalowe pudełko waży od 6 do 8 kilogramów, a wyprodukowane w  HP MJF 3D wynosi 2 kilogramy.

CNC Würfel produkuje obecnie około 150 części miesięcznie, włączając wytwarzanie addytywne do swoich procesów produkcyjnych, podczas gdy jeszcze niedawno takich niestandardowych elementów wykonywano zaledwie dwa.

Porównanie

Obróbka CNC

Druk 3D  HP MJF 3D

Całkowity czas produkcji:

Chwytak

8-10 tygodni

Poniżej 2 dni

Repozytorium części

8-10 tygodni

3 dni

Koszty produkcji:

Chwytak

1500-2000 €

200 €

Repozytorium części

4500 €

150 – 250 €

Kiedy stosować CNC, a kiedy druk 3D?

O wyborze technologii należy decydować na podstawie konkretnego przypadku – kiedy kształt wytwarzanych komponentów nie jest skomplikowany można użyć CNC. Druk 3D natomiast lepiej sprawdzi się w produkcji narożników wewnętrznych o małych promieniach, wgłębieniach i podcięciach lub cienkich ściankach. Wytwarzanie subtraktywne i przyrostowe można porównać do widelca i noża, ponieważ oba mogą być używane indywidualnie do określonych celów, ale są bardziej skuteczne, gdy używa się ich razem.

Chcesz rozpocząć współpracę?

Wyceń zlecenie lub napisz do nas