3D-printen versus CNC-frezen:wat heb je nodig bij het opzetten van een prototypelab?

Om nauwkeurig te kunnen beoordelen wat u nodig hebt bij het opzetten van een prototypelab, is de eerste stap om te beslissen tussen 3D-printen versus CNC-frezen.

Beide opties zijn van cruciaal belang gebleken voor moderne productieprocessen, waarbij elk een reeks voordelen biedt ten opzichte van traditionele productiemethoden. Uiteindelijk, als het gaat om 3D-printen versus CNC-frezen:“De keuze om een ​​prototype te maken met een CNC-machine of 3D-printer hangt af van een paar dingen; de prijsklasse, de grootte van het onderdeel/prototype en het soort materiaal dat wordt gebruikt.”

Daarom hebben we besloten om het record recht te zetten en een paar misverstanden uit de weg te ruimen. Hoewel 3D-printen ongetwijfeld zijn plaats heeft, is het belangrijk om niet kortzichtig te zijn bij het evalueren van de verdiensten van CNC-freesmachines met betrekking tot industriële prototyping.

Wat volgt is een uitsplitsing van de definities, geschiedenissen, toepassingen en projecties voor beide processen, aangezien de moderne productie zich blijft ontwikkelen. We hopen dat deze informatie uiteindelijk een leidraad zal zijn bij uw beslissing als het gaat om wat uw bedrijf specifiek nodig heeft bij het opzetten van een laboratorium voor prototypen.

3D-printen versus CNC-frezen definiëren

Een eenvoudige uitleg van 3D-printen “is een productieproces waarbij driedimensionale (3D) vaste objecten worden gecreëerd. Het maakt het mogelijk om fysieke 3D-modellen van objecten te creëren met behulp van een reeks additieve of gelaagde ontwikkelingsframeworks, waarbij lagen achter elkaar worden neergelegd om een ​​compleet 3D-object te creëren.” Om deze reden wordt 3D-printen ook wel additive manufacturing genoemd.

Volgens Investopedia:"3D-printtechnologie verhoogt al de productieproductiviteit en heeft zo'n potentieel dat het de productielogistiek en voorraadbeheerindustrieën enorm zou kunnen verstoren - als het met succes kan worden gebruikt in massaproductie en als de productie meer lokaal wordt."

Aan de andere kant automatiseren "Computer numerieke besturing (CNC) -machines de besturing van werktuigmachines door het gebruik van software die is ingebed in een microcomputer die aan het gereedschap is bevestigd. Het wordt vaak gebruikt bij de fabricage voor het bewerken van metalen en plastic onderdelen.”

Een veel voorkomende misvatting over CNC is dat deze geautomatiseerde besturing kosten met zich meebrengt - vrij letterlijk. Vaak wordt ten onrechte aangenomen dat CNC duurder is, deels vanwege de overtuiging dat er hooggekwalificeerde arbeidskrachten nodig zijn. In werkelijkheid heeft CNC-verspaning aanzienlijke stappen verwijderd van deze aanvankelijke waarheden.

3D-printen:een korte geschiedenis

De moderne toepassingen van 3D-printen vinden hun oorsprong in het begin van de jaren tachtig. De geschiedenis van 3D-printen is een studie in snelle evolutie. Na de introductie van 3D-printen in 1981 kwam de creatie van stereolithografie in 1984, wat "een vorm van 3D-printtechnologie is die wordt gebruikt voor het laag voor laag maken van modellen, prototypen, patronen en productieonderdelen met behulp van fotochemische processen waarbij licht chemische monomeren veroorzaakt om aan elkaar te koppelen om polymeren te vormen.”

De medische industrie profiteerde al snel van de vooruitgang van 3D-printen; eerst in 1999, toen Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, geleid door Anthony Atala, MD, het succesvolle afdrukken en genereren van menselijk blaasweefsel aankondigde, dat vervolgens werd overgedragen aan individuen met weinig risico dat hun immuunsysteem het implantaat zou afwijzen omdat het was gebouwd vanuit hun eigen celstructuur of steigers.

Snel vooruit naar 2016 toen "het instituut succes aankondigde bij het printen van levende weefselstructuren met behulp van een gespecialiseerde 3D-printer die de onderzoekers meer dan een decennium hebben ontworpen. De wetenschappers drukten oor-, bot- en spierstructuren af ​​die, wanneer ze bij dieren werden geïmplanteerd, uitgroeiden tot functioneel weefsel en een systeem van bloedvaten ontwikkelden.”

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

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

Dit zou niet verrassend moeten zijn, vooral als je kijkt naar enkele hoogtepunten gepubliceerd door Forbes' The State of 3D Printing, 2019:

Volgens dit rapport kwamen acht sectoren aan bod in de onderzoeksontwerpstudie:industriële goederen (13,6%), hightech (10,6%), diensten (9,9%), consumentengoederen (8,6%), gezondheid en medisch (6,2%), auto-industrie (5,7%), Aerospace &Defense (5,5%) en Education (4,9%), wat het uiteenlopende potentieel van 3D-printen illustreert om verschillende verticale markten te ondersteunen en ervan te profiteren.

In The Battle of Manufacturing:Additive vs. Subtractive heersen CNC-machines echter oppermachtig:"Hoewel additive manufacturing een indrukwekkende opmars heeft gemaakt in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie, blijft CNC-bewerking het uitgangspunt voor de overgrote meerderheid van fabrikanten."

Hoe CNC-freesmachines zijn ontstaan

Zoals uiteengezet in de geschiedenis en definitie van CNC 100, werden CNC-machines, oorspronkelijk bekend als NC-machines, "aangestuurd door complexe elektrische circuits. NC-machines lazen en voerden één regel code tegelijk uit van een onderdeelprogramma dat in een papieren tape of mylar-tape was geponst.”

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

Voor een diepgaande geschiedenis van CNC-bewerkingsmachines dekt Encyclopedia.com alle basissen. Het is interessant om op te merken dat:

We kunnen echter een aantal kritieke hoogtepunten vaststellen op de volgende tijdlijn:

• Machinegereedschappen zoals houtbewerkingsdraaibanken zijn bijbels, maar het was pas in 1800 dat Henry Maudslay een metaalbewerkingsdraaibank uitvond.
• Kort daarna, in 1818, introduceerde Eli Whitney (vooral bekend vanwege zijn uitvinding van de katoenjenever) de eerste freesmachine.
• Voor beide machines waren menselijke operators nodig om ze te bedienen, wat resulteerde in menselijke fouten op het eindproduct.
• Na de Tweede Wereldoorlog introduceerde John T. Parsons de eerste moderne freesmachine, waarbij een vroege IBM-computer in deze plannen werd opgenomen.
• De jaren zestig brachten lagere prijzen en gemakkelijker toegankelijke machines, waardoor ze een integraal onderdeel werden van andere toepassingen en industrieën.
• Naarmate de geïntegreerde elektronica vorderde, werd het papier of mylar-tape (hierboven vermeld) geëlimineerd, met moderne machines die nu gegevens uit het geheugen van de programmacomputer kunnen lezen.

Momenteel:"Veelgebruikte productieprocessen waarbij CNC-machines worden gebruikt, zijn onder meer buigen, boren, perforeren, lijmen, slijpen, lasersnijden, vlam- en plasmasnijden, frezen, picken en plaatsen, ultrasoon lassen en meer. Frezen, draaibanken, machinale bewerkingen met elektrische ontlading en waterstraalfrezen werken vaak met CNC.”

Een snel overzicht van de geschiedenis van zowel 3D-printen als CNC-machines bewijst het potentieel van beide om uw productieprocessen te optimaliseren bij het opzetten van een prototypelab.

Evaluatie van additieve versus subtractieve fabricageprocessen

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

Een belangrijk voordeel van subtractief boven additief is dat "Naast het elimineren van de gelaagdheid van additieve processen, hebben subtractieve processen nog andere voordelen. Ze bieden een verscheidenheid aan oppervlakteafwerkingen, waardoor de "getrapte" oppervlakken die vaak in veel additieve processen worden aangetroffen, overbodig worden. De afwerking kan functioneel belangrijk zijn als onderdelen moeten schuiven en cosmetisch belangrijk als de prototypes moeten worden gebruikt in markttesten.”

Het helpt om de soorten applicaties te overwegen die deze processen ondersteunen.

Inzicht in additieve vs. subtractieve toepassingen

Hoewel de nieuwkomer tussen de twee "additive manufacturing al wordt gebruikt om een ​​indrukwekkend scala aan producten te produceren." Deze producten komen voornamelijk voor in de volgende industrieën:lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, gezondheidszorg en productontwikkeling.

Ondanks de trending aard van 3D-printen in verschillende industrieën, blijft het een feit:"Subtractieve productie geeft je de mogelijkheid om te ontwerpen, prototypen en te produceren in materialen voor eindgebruik. Het is een geschikte keuze voor onderdelen die worden gebruikt voor kleine en grote series, om specifieke afwerkingen te verkrijgen of om specifieke mechanische eigenschappen te verkrijgen.”

Om deze reden worden "subtractieve processen op grote schaal gebruikt in de productie ... Draaien, frezen, boren, zagen, draadsnijden en tandwielsnijden zijn enkele voorbeelden van subtractieve processen waarbij metaal wordt gesneden die traditioneel worden uitgevoerd in gespecialiseerde machines. ”

Naast toepassingen zijn er nog andere factoren waarmee u rekening moet houden bij het wegen van 3D-printen en CNC-bewerkingen.

Stem af op ruis en trillingen

Als je denkt aan enkele van de basisgereedschappen die worden gebruikt bij CNC-bewerking:frees, draaibank, plasmasnijder, machinale bewerking met elektrische ontlading, machine met meerdere assen, waterstraalsnijder, dan is het niet moeilijk voor te stellen dat subtractieve productieprocessen meer geluid en trillingen produceren op- site dan additive manufacturing zoals 3D-printen. Afhankelijk van uw locatie zal dit waarschijnlijk aangeven wat u nodig heeft om uw optimale prototypelab op te zetten.

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

Over het algemeen wordt 3D-printen aangeprezen als een eenvoudigere bewerking in vergelijking met CNC's. De belangrijkste reden waarom is "omdat zodra het bestand is voorbereid, u indien nodig alleen de oriëntatie van het onderdeel, de vulling en ondersteuning hoeft te kiezen. Zodra het printen is begonnen, is er geen supervisor meer nodig en kan de printer worden achtergelaten totdat het onderdeel klaar is.”

Omdat CNC's meer betrokken zijn met betrekking tot arbeid, is er een wijdverbreide overtuiging dat CNC-bewerking een opgeleide machinist vereist. Hoewel dat vroeger misschien het geval was, zijn de tijden veranderd.

Onze DATRON-machine bevat meerdere functies die een eenvoudige installatie mogelijk maken. In feite kan de machine een beginnende gebruiker door het hele proces van acht stappen leiden om voor de eerste keer een CNC-machine in te stellen. Uiteindelijk kost het gemiddeld slechts één tot twee dagen training om je comfortabel en zelfverzekerd te voelen bij het gebruik van de technologie.

De interface is ontworpen om eruit te zien en te functioneren als een smartphone, compleet met een camera en mechanisch sondesysteem dat het onderdeel automatisch registreert, waardoor de noodzaak voor een ervaren technicus om deze informatie in te voeren wordt verminderd. Geïntegreerde oplossingen voor werkstukopspanning en snijgereedschaptechnologie zijn inclusief, waardoor het hele proces in huis wordt gehouden door de noodzaak om vergelijkbare componenten elders te specificeren en aan te schaffen, weg te nemen.

Ken uw beperkingen:nauwkeurigheid, grootte en geometrische complexiteit

Bij het overwegen van 3D-printen versus CNC-bewerking:wat is de beste optie voor uw prototype? Josh Biggs stelt:“Ten eerste is CNC-bewerking een geweldige optie als je op zoek bent naar grote maatnauwkeurigheid. Daarnaast kan CNC verspanen werken met materialen die nog niet bedrukt kunnen worden, zoals bijvoorbeeld hout. CNC-bewerking verslaat ook 3D-printen als het gaat om het werken met metalen en werkt net zo goed met kunststoffen.”

Hij vervolgt:"Bovendien bieden CNC-machines meestal nauwkeurigere resultaten. CNC-machines zijn de betere keuze als u zeer smalle stukken nodig heeft of ongelooflijk krappe toleranties heeft. Niets anders komt overeen met de toleranties van 0,01 mm.”

Zelfs het team van 3Dnatives, dat zich toelegt op additive manufacturing-details en alles wat met 3D-printen te maken heeft, meldt een aanzienlijk voordeel van subtractive manufacturing:"Qua tolerantie is CNC-bewerking superieur aan alle 3D-printprocessen."

Wanneer u echter wordt belast met het vervaardigen van onderdelen met een hoge geometrische complexiteit, heeft 3D-printen het voordeel.

De kosten wegen:3D-printen versus CNC

Zoals u kunt zien, is productie geen voorstel met één oplossing. De hoeveelheid geld die nodig is voor uw prototypelab hangt niet alleen af ​​van wat u produceert, maar ook van de grootte en het aantal items dat u gaat produceren.

Bijvoorbeeld, volgens de eenvoudige kosten-batenanalyse van Biggs:

Interessante Engineering publiceerde veelvoorkomende misvattingen over CNC-bewerkingsproductie, waardoor de mythe over dure CNC-processen wordt verdreven:

Het is duidelijk dat de meest kosteneffectieve route voor uw bedrijf het beste wordt bepaald door uw specifieke productontwerpen en plannen.

Als het gaat om 3D-printers, lopen de opties, formaten en prijsklasse uiteen, en dat geldt ook voor wat elke printer daadwerkelijk van verschillende materialen kan afdrukken. Naast onbekende of slecht gedefinieerde materiaalkosten, hebben operators meestal training nodig van een plaatselijke expert, wat een investering in personeelsopleiding betekent.

Met DATRON-apparatuur zijn onze snijmachines geschikt voor plastic, hout, aluminium en staal van elke leverancier, zodat u vooraf uw materiaalkosten kunt inschatten en vaststellen. Zoals we hebben uitgelegd, is er geen geavanceerde training vereist om onze machines te bedienen, waardoor u personeel bespaart, waardoor DATRON CNC-machines een meer kosteneffectief alternatief zijn.

Afval niet, wil niet

Gezien de aard van subtractieve fabricage - het verwijderen van materiaallagen om een ​​product te maken - om nog maar te zwijgen van de soorten CNC-bewerkingsgereedschappen die nodig zijn, zou het geen verrassing moeten zijn dat CNC-machines een beetje rommel kunnen achterlaten.

Hoeveel rotzooi en wat dat afval zou kunnen betekenen, is iets dat Energy.gov evalueerde in de recensie van 2015, Innovating Clean Energy Technologies in Advanced Manufacturing. Het rapport benadrukt een voordeel van additieve fabricage 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 verder:

Introductie van een Cleaner Act

Bij DATRON hebben we onze high-speed bewerkingsapparatuur verfijnd om de rommel te elimineren, waardoor het mogelijk is om afgewerkte onderdelen te verwijderen zonder te ontbramen of te ontvetten.

Bovendien bieden de CNC-gereedschappen en accessoires van DATRON het hoogste toerental dat beschikbaar is in de kleinste machine op de markt - beschouw het als ons eigen groene initiatief.

Meestal beschikken CNC-freesmachines met industriële capaciteiten over grote motoren die veel warmte genereren, waarvoor olie nodig is om de machineonderdelen te koelen en te smeren. Het afvoeren van olie is noodzakelijk, maar het proces vormt een risico voor het milieu, zoals we hebben gezien bij grote lekkages in het verleden.

Omdat we niet dezelfde hoeveelheid warmte, olie of koelvloeistof nodig hebben om de machines te onderhouden, bieden we betere energiebesparingen met een veel kleinere voetafdruk.

Het oordeel:3D printen vs. CNC verspanen

Wat u nodig heeft in uw professionele laboratorium voor prototypen, of het nu gaat om 3D-printen of CNC-bewerkingen, wordt het best bepaald door uw specifieke product. Hoewel we hopen dat de hier gedeelde informatie enige duidelijkheid heeft verschaft, is de waarheid dat zowel 3D-printen als CNC-bewerkingen kunnen werken — of elkaar zelfs aanvullen, op basis van uw productiebehoeften.

Er zijn zelfs verschillende gevallen waarin u 3D-printen en CNC-bewerkingen moet combineren, voornamelijk vanwege toleranties, tijd en/of een aanzienlijk groot werkstuk; bovendien:"Het combineren van deze twee processen vereist niet de complexe workflow die u zich misschien voorstelt. Net zo belangrijk is dat het verschillende zinvolle voordelen kan opleveren voor uw productiebedrijf.”

Neem contact met ons op voor een meer diepgaande discussie over het productieproces of de combinatie van processen die ideaal zijn voor uw prototypelab. We reageren snel en delen graag onze expertise.