3D-printen of CNC? De juiste productiemethode kiezen

3D-printen en CNC-bewerkingen  zijn de twee meest gebruikte methoden als het gaat om prototyping en productie in kleine hoeveelheden. Aangezien beide echter twee zeer verschillende benaderingen van productie bieden - de ene is additief en de andere subtractief - is het identificeren van de juiste productiemethode voor uw toepassing van cruciaal belang voor het stroomlijnen van de productontwikkeling, het bereiken van meer efficiëntie en, uiteindelijk, onderdelen van hogere kwaliteit.

In deze tutorial kijken we naar de verschillen tussen 3D-printen en CNC-bewerkingen en delen we enkele tips voor het kiezen van de juiste methode.

3D-printen versus CNC

Bij het maken van functionele prototypes en/of eindonderdelen kunnen 3D-printen en Computer Numerical Control (CNC)-bewerking een aantal voordelen bieden. Hoewel beide afhankelijk zijn van CAD-gegevens en een verscheidenheid aan materialen gebruiken, eindigen de overeenkomsten hier.

3D-printen (of additive manufacturing) omvat een reeks technologieën die werken door materiaal laag voor laag af te zetten op het bouwplatform van een 3D-printer om een ​​onderdeel te maken. Er is geen gereedschap nodig tijdens het proces en complexe onderdelen kunnen worden gemaakt zonder de productietijd of -kosten te beïnvloeden.

CNC-bewerking , daarentegen, is een subtractieve technologie. Dit betekent dat in plaats van achtereenvolgens lagen materiaal toe te voegen, het proces begint met een stevig blok materiaal; een gereedschap wordt vervolgens gebruikt om het blok te chippen en weg te snijden langs een door de computer aangewezen pad om het in het gewenste object te vormen.

De verschillen opsporen

Arbeidseisen
Omdat CNC-bewerking een reeks complexe machines omvat, vereist het proces een bekwame machinist om de gereedschappen aan te passen, het snijpad te definiëren en een onderdeel te verplaatsen om de juiste vorm te krijgen.

3D-printen daarentegen is een geautomatiseerd proces en daardoor veel minder arbeidsintensief. Natuurlijk moet het bestand worden voorbereid om te worden afgedrukt (inclusief het converteren naar STL, het definiëren van de optimale oriëntatie), maar het totale proces mag niet langer dan 30 minuten duren. Zodra het bestand is voorbereid en de printer is ingesteld, is er geen tussenkomst nodig totdat het onderdeel is voltooid.

Productietijd
Voor beide processen kunnen verschillende factoren de productietijden beïnvloeden. De productietijd voor CNC-bewerking hangt af van ontwerpkenmerken (afmeting, soort materiaal, wanddikte enz.) en het aantal kenmerken (bijv. grootte en diepte van kamers en gaten). Kleinere functies vereisen bijvoorbeeld lagere snijsnelheden, wat tijd toevoegt.

Voor 3D-printen zijn factoren onder meer het volume van het materiaal voor het onderdeel en de hoogte ervan. Het is niet verwonderlijk dat hoe meer materiaal nodig is, hoe langer het drukproces. Sommige functies vereisen ook ondersteuningsstructuren, die tussen 5% en 15% meer tijd aan het afdrukproces kunnen toevoegen.

Kosten
Een van de extra voordelen van 3D-printen is de mogelijkheid om op een kosteneffectieve manier complexe onderdelen te maken - wat een van de redenen is waarom de technologie steeds vaker wordt gebruikt voor toepassingen voor het lichter maken van metalen. Bij CNC is het precies het tegenovergestelde:hoe ingewikkelder het onderdeel, hoe langzamer het bewerkingsproces en hoe meer inspanning het kost, wat leidt tot hogere kosten.

Er zijn andere factoren die de productiekosten kunnen beïnvloeden, van materiaalprijzen (CNC en 3D-printen) tot de kosten van reparatie of vervanging van machines (CNC).

Onderdeeleigenschappen, maatnauwkeurigheid
Omdat CNC werkt door een onderdeel uit een massief blok materiaal te snijden, creëert het proces structureel sterke en maatnauwkeurige onderdelen.

Daarentegen betekent de opeenvolgende, laag voor laag benadering van additieve fabricage dat de technologie doorgaans zwakkere onderdelen produceert dan CNC. Metaal 3D-printen kan bijzonder problematisch zijn, met problemen zoals porositeit die leiden tot ongelijkmatige sterkte van het onderdeel.

Materiaalafval
CNC kan veel overtollig afval produceren, omdat het materiaal uit het blok verwijdert dat daarna vaak niet kan worden gerecycled.

Vergeleken met CNC levert 3D-printen veel minder afval op (van 1 tot 3 %), waarbij sommige technologieën zoals Binder Jetting en SLS het mogelijk maken om overgebleven materiaal opnieuw te gebruiken.

Onderdeelgrootte
Omdat CNC-bewerking met blokken materiaal werkt, is het in staat om relatief eenvoudig grootschalige onderdelen te vervaardigen. Daarentegen is 3D-printen meer geschikt voor kleinere onderdelen en componenten, hoewel er steeds meer grootschalige AM-systemen op de markt komen.

Nabewerking
Met CNC geproduceerde onderdelen hebben een geweldige oppervlakteafwerking en vereisen doorgaans geen verplichte nabewerking.

3D-geprinte onderdelen zullen echter bijna altijd een soort nabewerking vergen, afhankelijk van de gekozen techniek (verwijderen van draagstructuren, ontpoederen, reinigen, polijsten etc.). Afhankelijk van het onderdeel kan het verwijderen van de ondersteuning ook slechts 5 minuten tot wel een paar uur duren voor een batch onderdelen.

Tips voor het kiezen van de juiste methode

Bij het bepalen van het juiste proces voor uw toepassing is het belangrijk om rekening te houden met de verschillen tussen de technologieën. Houd daarnaast rekening met de volgende tips:

1. Wat is uw productievolume?
De economische keuze van 3D-printen of machinale bewerking hangt vaak af van het productievolume in die specifieke gebruikssituatie en het aantal onderdelen dat u moet produceren. Het is verstandig om te kiezen voor 3D-printen wanneer een kleine batch onderdelen nodig is (minder dan 100 onderdelen) en CNC-bewerking te overwegen wanneer u mikt op middelgrote oplagen (minder dan 1000 onderdelen).

Voor kleine hoeveelheden zeer complexe, op maat gemaakte onderdelen, is het goedkoper en sneller om ze in 3D te printen in plaats van machinale bewerkingen te gebruiken. Van de kosten, verbonden aan de apparatuur zelf tot het betalen van een bekwame operator, de kosten voor CNC-bewerking zijn hoog.

2. Heeft u meerdere, snelle ontwerp-iteraties nodig?
3D-printen is de technologie bij uitstek voor prototyping-toepassingen waar snelle ontwerpiteraties nodig zijn. Met additieve technologieën is er alleen een aanpassing in het ontwerp nodig om nog een prototype te maken. Bij machinale bewerking zijn ontwerpaanpassingen veel complexer en vereisen ze meerdere, vaak arbeidsintensieve, opstellingen en gereedschapswisselingen.

3. Hoe belangrijk is geometrische complexiteit?
Als het gaat om de geometrische complexiteit, heerst 3D-printen. Met de technologie kunnen complexe geometrieën worden gecreëerd die geen enkele andere productiemethode kan reproduceren. En hoewel ondersteuningsstructuren nodig kunnen zijn voor bepaalde technologieën zoals stereolithografie (SLA), hebben andere, zoals SLS deze helemaal niet nodig.

Naast lichtgewicht structuren is 3D-printen ideaal voor het produceren van assemblages als een enkelvoudige component en onderdelen die complexe interne kenmerken vereisen, zoals conforme koelkanalen voor spuitgietmatrijzen.

4. Welke materialen heb je nodig?
Aangezien CNC-bewerking de meer gevestigde technologie is, is er een groter scala aan compatibele materialen, waaronder metalen (inclusief aluminium, roestvrij staal en legeringen), kunststoffen (inclusief ABS, nylon, polycarbonaat, acryl en PEEK) en hout.

Als er echter een materiaal nodig is dat niet gemakkelijk kan worden bewerkt (zoals metalen superlegeringen, titanium of flexibele TPU), dan is 3D-printen de verstandigste optie. Met 3D-printen kunnen ook onderdelen worden gemaakt van thermoplasten (waaronder ABS, PLA, ULTEM, PEEK en nylon), harsen, keramiek en metalen.

Een hybride oplossing?

Op het eerste gezicht lijken CNC-bewerking en 3D-printen elkaar uitsluitende technologieën:inderdaad, de een trekt materiaal af, terwijl de ander het toevoegt.

In veel gevallen kunnen beide technieken echter uitstekend samenwerken. Daarom groeit het aantal hybride machines dat op de markt verkrijgbaar is.

Hoewel CNC een voorsprong heeft als het gaat om het bereiken van een hoge maatnauwkeurigheid, kan 3D-printen de productiekosten verlagen voor productie van kleine volumes, meer ontwerpvrijheid bieden en snellere doorlooptijden bieden. Door de voordelen van beide methoden te combineren, kunnen onderdelen met complexe vormen in 3D worden geprint en vervolgens worden bewerkt voor nauwere toleranties en een gladder oppervlak.

Uiteindelijk hangt het kiezen van de juiste technologie voor uw behoeften af ​​van een aantal factoren, waaronder het benodigde materiaal, de complexiteit van de onderdelen, het productievolume, het budget en de tijdlijn. Soms gaat het echter niet om het kiezen van slechts één - een hybride benadering kan de productietijd en -kosten helpen verminderen en tegelijkertijd een meer gestroomlijnd productieproces mogelijk maken.