Kiezen tussen 3D-printen en CNC-frezen voor uw prototyping-lab: Een praktische gids

Om nauwkeurig te beoordelen wat u nodig heeft bij het opzetten van een prototyping-lab, is de eerste stap het kiezen tussen 3D-printen vs. CNC-frezen.

Beide opties hebben zich als cruciaal bewezen voor moderne productieprocessen, elk met een rij voordelen ten opzichte van traditionele productiemethoden. Uiteindelijk, wanneer het aankomt op 3D-printen vs. CNC-frezen, "Het kiezen om een prototype te maken met een CNC-machine of 3D-printer hangt van een paar dingen af; de prijsrange, de grootte van het deel/prototype, en het type materialen dat gebruikt wordt."

Daarom hebben we besloten het record recht te trekken en een paar misverstanden op te helderen. Hoewel 3D-printen ongetwijfeld zijn plaats heeft, is het belangrijk niet kortzichtig te zijn bij het evalueren van de merites van CNC-freesmachines met betrekking tot industriële prototyping.

Wat volgt is een opsplitsing van de definities, geschiedenissen, toepassingen, en projecties voor beide processen naarmate moderne productie zich blijft ontwikkelen. Uiteindelijk hopen we dat deze informatie uw beslissing zal leiden wanneer het aankomt op wat uw bedrijf, specifiek, nodig heeft bij het opzetten van een prototyping-lab.

3D-printen vs. CNC-frezen definiëren

Een eenvoudige uitleg van 3D-printen is "een productieproces waarmee driedimensionale (3D) vaste objecten worden gecreëerd. Het stelt de creatie van fysieke 3D-modellen van objecten in staat met behulp van een reeks additieve of gelaagde ontwikkelingsframeworks, waar lagen achtereenvolgens worden neergelegd om een compleet 3D-object te creëren." Om die reden wordt 3D-printen ook aangeduid als additieve productie.

Volgens Investopedia, "3D-printtechnologie verhoogt al de productiviteit van de productie, en heeft dergelijk potentieel dat het de productielogistiek en voorraadbeheersindustrie massaal kan verstoren – als het met succes in massaproductie kan worden gebruikt, en als productie lokaal wordt."

Aan de andere kant, "Computer numerical control (CNC) machines automatiseren de controle van werktuigen via software ingesloten in een microcomputer gekoppeld aan het werktuig. Het wordt algemeen gebruikt in de productie voor het bewerken van metaal- en kunststofonderdelen."

Een veelvoorkomend misverstand over CNC is dat deze geautomatiseerde controle een prijs heeft – letterlijk. CNC wordt vaak onterecht aangenomen duurder te zijn, deels vanwege het geloof dat hooggeschoolde arbeid vereist is. In realiteit heeft CNC-bewerking grote stappen gezet weg van deze initiële waarheden.

3D-printen — Een korte geschiedenis

De moderne toepassingen van 3D-printen zijn geworteld in de vroege jaren '80. De geschiedenis van 3D-printen is een studie in snelle evolutie. Na de invoering van 3D-printen in 1981 kwam de creatie van stereolithografie in 1984, wat "een vorm van 3D-printtechnologie is gebruikt voor het maken van modellen, prototypes, patronen, en productieonderdelen in een laag-voor-laag manier met behulp van fotochemische processen waarbij licht chemische monomeren zorgt om te koppelen om polymeren te vormen."

De medische industrie capitalizeerde snel op de vooruitgang van 3D-printen; eerst in 1999, toen het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, geleid door Anthony Atala, MD, de succesvolle print en generatie van menselijke blaasweefsel aankondigde, wat dan overgeplaatst werd in individuen met weinig risico dat hun immuunsystemen het implantaat zouden afstoten omdat het gebouwd was vanuit hun eigen cellulaire structuur of steiger.

Vooruitgespoeld naar 2016 toen "het instituut succes aankondigde met het printen van levende weefselstructuren met een gespecialiseerde 3D-printer die zijn onderzoekers meer dan een decennium ontwierpen. De wetenschappers printen oor, bot en spierstructuren die, wanneer geïmplanteerd in dieren, uitgegroeiden tot functioneel weefsel en een bloedvatenstelsel ontwikkelden."

Momenteel, "De meest geavanceerde 3D-printtoepassing die verwacht wordt is het bioprinten van complexe organen. Het is geschat dat we minder dan 20 jaar verwijderd zijn van een volledig functionerend printbaar hart."

Met betrekking tot het industriële gebruik van rapid prototyping via 3D-printen, "Fabrikanten verhogen hun vertrouwen op 3D-printen als onderdeel van hun bredere productiestrategieën, met productiegebruik tot 51% van alle respondenten van 38,7% in 2018."

Dit mag niet verrassend zijn, vooral als u rekening houdt met enkele highlights gepubliceerd door Forbes' The State of 3D Printing, 2019:

Volgens dit rapport, waren acht industrieën in het onderzoeksontwerpstudie vertreten: Industriële Goederen (13,6%), High Tech (10,6%), Diensten (9,9%), Consumptiegoederen (8,6%), Gezondheid & Medisch (6,2%), Automotive (5,7%), Luchtvaart & Verdediging (5,5%), en Onderwijs (4,9%), illustrerend het diverse potentieel van 3D-printen om diverse verticals te ondersteunen en te begunstigen.

Echter, in The Battle of Manufacturing: Additive vs. Subtractive, heersen CNC-machines supreem: "Hoewel additieve productie enige indrukwekkende inroads heeft gemaakt in de luchtvaart- en auto-industrie, blijft CNC-bewerking de go-to voor de overgrote meerderheid van fabrikanten."

Hoe CNC-freesmachines tot stand kwamen

Zoals uiteengezet in de Geschiedenis en Definitie van CNC 100, waren CNC-machines, oorspronkelijk bekend als NC-machines, "gecontroleerd door complexe elektrische schakelingen. NC-machines lazen en voerden één regel code tegelijk uit vanuit een deelprogramma in een papieren band of mylar-band ingepund."

Naarmate de technologie van kleine computers evolueerde, begonnen computers werktuigen te controleren; vandaar de geboorte van CNC als een productieproces. Vanaf die eerste regel code, hebben CNC-machines de capaciteit ontwikkeld om honderden programma's op te slaan.

Voor een diepgaande geschiedenis van CNC-werktuigen, dekt Encyclopedia.com alle basissen. Het is interessant om te noteren dat:

Echter, we kunnen verschillende kritieke hoogtepunten vastleggen die op de volgende tijdlijn staan:

• Werktuigen zoals houtdraaibanken zijn bijbels, maar het was pas in 1800 dat Henry Maudslay een metaaldraaibank uitvond.
• Kort daarna, in 1818, introduceerde Eli Whitney (bekend om zijn uitvinding van de katoen-gin) de eerste freesmachine.
• Beide machines vereisten menselijke operators om ze te draaien, wat resulteerde in menselijke fouten op het afgeronde product.
• Na WOII introduceerde John T. Parsons de eerste moderne freesmachine, met een vroege IBM-computer geïntegreerd in deze plannen.
• De jaren '60 brachten lagere prijspunten en makkelijker toegankelijke machines, wat ze integraal maakte voor extra toepassingen en industrieën.
• Naarmate geïntegreerde elektronica vorderde, werd de papier- of mylar-band (hierboven vermeld) geëlimineerd, met moderne machines nu in staat om data te lezen uit het programma-computergeheugen.

Momenteel, "Algemene productieprocessen die CNC-machines gebruiken omvatten buigen, boren, gatprikken, lijmen, slijpen, lasersnijden, vlaam- en plasmasnijden, routeren, pick-and-place, ultrasonische lassen en meer. Freesmachines, draaibanken, elektrische ontladingsmachining en waterstraalsnijders werken vaak met CNC."

Een snelle review van de geschiedenissen van zowel 3D-printen als CNC-machines bewijst het potentieel voor beide om uw productieprocessen te optimaliseren bij het opzetten van een prototyping-lab.

Additieve vs. subtractieve productieprocessen evalueren

Om te bepalen of uw prototyping-lab 3D-printen of CNC-freesmachines vereist, moet u eerst overwegen of uw producten ontworpen zijn om het meest effectief en efficiënt geleverd te worden volgens additieve vs. subtractieve productieprocessen.

Een kernvoordeel van subtractief over additief is dat, "Naast het elimineren van de lagen van additieve processen, hebben subtractieve processen andere voordelen. Ze bieden een verscheidenheid aan oppervlakteafwerkingen, wat de 'getrapte' oppervlakken die vaak in veel additieve processen gevonden worden, elimineert. De afwerking kan functioneel belangrijk zijn als onderdelen moeten glijden en cosmetisch belangrijk als de prototypes gebruikt worden in markttesten."

Het helpt om de typen toepassingen te overwegen die deze processen ondersteunen.

Additieve vs. subtractieve toepassingen begrijpen

Hoewel de nieuwkomer tussen de twee, "Additieve productie wordt al gebruikt om een indrukwekkende reeks producten te produceren." Deze produkken vallen voornamelijk in de volgende industrieën: luchtvaart, auto, gezondheidszorg, en productontwikkeling.

Ondanks de trenderende aard van 3D-printen in diverse industrieën, blijft het feit, "Subtractieve productie geeft u de mogelijkheid om te ontwerpen, te prototypen, en te produceren in eindgebruiksmaterialen. Het is een geschikte keuze voor onderdelen gebruikt voor kleine en grote volume productieruns, om specifieke afwerkingen te verkrijgen, of om specifieke mechanische eigenschappen te verkrijgen."

Om die reden, "Subtractieve processen zijn zeer wijd gebruikt in de productie… Draaien, frezen, boren, zagen, draadschneiden en tandwielschneiden zijn enkele voorbeelden van subtractieve processen met metaalsnijden die traditioneel uitgevoerd worden in gespecialiseerde machines."

Naast toepassingen, zijn er andere factoren om te overwegen bij het wegen van 3D-printen en CNC-bewerking.

Luister naar geluid en trilling

Als u denkt aan enkele van de basiswerktuigen die in CNC-bewerking gebruikt worden: freesmachine, draaibank, plazmasnijder, elektrische ontladingsmachining, multi-spindelmachine, waterstraalsnijder, is het niet moeilijk te verteren dat subtractieve productieprocessen meer geluid en trilling op locatie produceren dan additieve productie zoals 3D-printen. Afhankelijk van uw locatie, zal dit waarschijnlijk bepalen wat u nodig heeft om uw optimale prototyping-lab op te zetten.

Wat is makkelijker te bedienen? 3D-printers of CNC-machines

In het algemeen wordt 3D-printen uitgeroepen als een makkelijkere operatie vergeleken met CNC's. De hoofreden waarom is "omdat zodra het bestand klaar is, u alleen de deeloriëntatie, vul, en ondersteuning hoeft te kiezen als nodig. Dan, zodra het printen is begonnen, is geen toezichthouder vereist en kan de printer achtergelaten worden tot het deel klaar is."

Omdat CNC's meer betrokken zijn, met betrekking tot arbeid, is er een pervasive overtuiging dat CNC-bewerking een getrainde freeswerker vereist. Terwijl dat misschien het geval was in het verleden, zijn tijden veranderd.

Onze DATRON-machine omvat meerdere functies die eenvoudige opstelling mogelijk maken. Feitelijk kan de machine een novice gebruiker door het gehele acht-stappen proces van het instellen van een CNC-machine voor de eerste keer leiden. Uiteindelijk duurt het gemiddeld slechts één tot twee dagen training om comfortabel en zelfverzekerd de technologie te gebruiken.

De interface is ontworpen om eruit te zien en te functioneren zoals een smartphone, compleet met een camera en mechanisch tastysteem dat het deel automatisch registreert, waardoor de noodzaak voor een geschoolde technicus om deze informatie in te voeren, wordt gemitigeerd. Geïntegreerde werkhouderoplossingen en snijgereedschapstechnologie zijn inclusief, wat het hele proces in-house houdt door de noodzaak te verwijderen om vergelijkbare componenten elders te specificeren en aan te schaffen.

Ken uw beperkingen: Nauwkeurigheid, grootte, en geometrische complexiteit

Bij het overwegen van 3D-printen vs CNC-bewerking — Wat is de beste optie voor uw prototype? Stelt Josh Biggs: "Eén, CNC-bewerking is een geweldige optie als u zoekt naar geweldige dimensionale nauwkeurigheid. Daarnaast kan CNC-bewerking werken met materialen die nog niet geprint kunnen worden, zoals hout, bijvoorbeeld. CNC-bewerking verslaat 3D-printen ook als het aankomt op het werken met metalen en werkt net zo goed met kunststoffen."

Hij gaat door te beweren dat, "Daarnaast bieden CNC-machines meestal nauwkeurigere resultaten. CNC-machines zijn de betere keuze als u zeer smalle stukken nodig heeft of ongelooflijk strakke toleranties. Niets anders matcht de 0,01 mm toleranties."

Zelfs het team bij 3Dnatives, dat gewijd is aan additieve productiedetails en alles wat met 3D-printen te maken heeft, rapporteert een aanzienlijk voordeel van subtractieve productie: "Wat tolerantie betreft, is CNC-bewerking superieur aan alle 3D-printprocessen."

Echter, wanneer belast met het produceren van onderdelen met hoge geometrische complexiteit, heeft 3D-printen het voordeel.

De kosten wegen: 3D-printen vs. CNC

Zoals u kunt zien, is productie geen enkele-oplossing propositie. Het bedrag geld dat vereist is voor uw prototyping-lab hangt af van niet alleen wat u produceert, maar de grootte en hoeveelheid items die u produceert.

Bijvoorbeeld, volgens Biggs' eenvoudige kosten-baten analyse:

Interesting Engineering publiceerde Common Misconceptions about CNC Machining Production, ontkrachtend het mythe over dure CNC-processen:

Onduidelijk, de meest kosteneffectieve route voor uw bedrijf wordt het beste bepaald door uw specifieke productontwerpen en plannen.

Wanneer het aankomt op 3D-printers, lopen de opties, maten, en prijsbereik de gamut en dat doet wat elk eigenlijk kan printen van diverse materialen. Naast onbekende of slecht gedefinieerde materialenkosten, vereisen operators meestal training van een resident expert, wat een investering in personeelsopleiding vertegenwoordigt.

Met DATRON-apparatuur, accommoderen onze snijmachines plastic, hout, aluminium, en staal van elke leverancier, wat u in staat stelt uw materialenkosten van tevoren te schatten en vast te leggen. Zoals we uitgelegd hebben, is er geen geavanceerde training vereist om onze machines te bedienen, wat u bespaart op personeel, wat DATRON CNC-machines een meer kosteneffectieve alternatief maakt.

Geen afval, geen gebrek

Gegeven de aard van subtractieve productie – lagen materiaal afstrijpen om een product te creëren – niet te mentioneren de typen CNC-bewerkingstools die vereist zijn, mag het geen verrassing zijn dat CNC-machines een beetje rommel achterlaten.

Hoeveel rommel en wat dat afval zou kunnen betekenen is iets wat Energy.gov evalueerde in de 2015 review, Innovating Clean Energy Technologies in Advanced Manufacturing. Het rapport benadrukt een voordeel van additieve productie als zijn potentieel om "energie te besparen door productiestappen te elimineren, aanzienlijk minder materiaal te gebruiken, hergebruik van bijproducten mogelijk te maken, en lichtere producten te produceren."

Het rapport gaat door:

Een schonere act introduceren

Bij DATRON hebben we onze high-speed machining apparatuur verfijnd om de rommel te elimineren, waardoor het mogelijk is om afgeronde onderdelen te verwijderen zonder ontgraten of ontvetten.

Wat meer is, DATRON's CNC-tools en accessoires bieden de hoogste RPM beschikbaar in de kleinste voetafdruk machine op de markt – beschouw het als onze eigen groene initiatief.

Typisch, CNC-freesmachines met industriële mogelijkheden hebben grote motoren die veel warmte genereren, wat olie vereist om de machinecomponenten te koelen en te smeren. Het afvoeren van olie is noodzakelijk, maar het proces vormt een risico voor het milieu zoals we gezien hebben van grote olielekkages in het verleden.

Omdat we niet dezelfde hoeveelheid warmte, olie, of vloedkoelvloeistof nodig hebben om de machines te onderhouden, bieden we betere energiebesparing van een veel kleinere voetafdruk.

De uitspraak: 3D-printen vs. CNC-bewerking

Wat u nodig hebt in uw professionele prototyping-lab, of 3D-printen of CNC-bewerking, wordt het beste bepaald door uw specifieke product. Hoewel we hopen dat de gedeelde informatie enige duidelijkheid heeft geboden, is de waarheid dat zowel 3D-printen als CNC-bewerking kunnen werken – of zelfs elkaar aanvullen, gebaseerd op uw productiebehoeftes.

Feitelijk zijn er verschillende gevallen voor Wanneer U 3D-printen en CNC-bewerking Moet Combineren, primair door toleranties, tijd, en/of een aanzienlijk groot werkstuk; meer nog, "Het combineren van deze twee processen vereist niet de complexe workflow die u misschien voorstelt. Net zo belangrijk, het kan verschillende zinvolle voordelen leveren voor uw productiebedrijf."

Voor een diepere discussie over het productieproces of de combinatie van processen ideaal voor uw prototyping-lab, neem contact met ons op. We reageren snel en zijn ergraag om onze expertise te delen.