3D-printen versus CNC-bewerking

Inleiding

CNC-bewerking is een veel voorkomende subtractieve fabricage technologie. In tegenstelling tot 3D-printen begint het proces meestal met een massief blok materiaal (blanco) en wordt materiaal verwijderd om de vereiste uiteindelijke vorm te bereiken, met behulp van een verscheidenheid aan scherpe roterende gereedschappen of snijplotters.

CNC is een van de meest populaire productiemethoden voor zowel kleine eenmalige taken als middelgrote tot grote productievolumes. Het biedt uitstekende herhaalbaarheid, hoge nauwkeurigheid en een breed scala aan materialen en oppervlakteafwerkingen.

Additive Manufacturing (AM) of 3D-printprocessen bouwen onderdelen door materiaal laag voor laag toe te voegen. AM-processen vereisen geen speciale gereedschappen of armaturen, dus de initiële installatiekosten worden tot een minimum beperkt.

In dit artikel presenteren we de belangrijkste technologische overwegingen om u te helpen de juiste technologie voor uw toepassing te kiezen. We richten ons op functionele onderdelen en prototypes gemaakt van metaal of kunststof. De 3D-printprocessen die hiervoor het meest geschikt zijn, zijn SLS of FDM voor kunststoffen en SLM/DMLS of Binder Jetting voor metalen.

De juiste technologie selecteren

Bij het kiezen tussen CNC en Additive Manufacturing (AM), zijn er een paar eenvoudige richtlijnen die kunnen worden toegepast op het besluitvormingsproces.

Als vuistregel geldt dat alle onderdelen die met beperkte inspanning via een subtractief proces kunnen worden vervaardigd, in het algemeen CNC-gefreesd moeten zijn. Het heeft meestal alleen zin om 3D-printen te gebruiken in de volgende gevallen:

• Als traditionele methoden niet kunnen produceren het onderdeel, bijvoorbeeld voor zeer complexe, topologie-geoptimaliseerde geometrieën.
  
• Bij een snelle doorloop tijd is van cruciaal belang; 3D-geprinte onderdelen kunnen binnen 24 uur worden geleverd.
  
• Wanneer goedkoop is essentieel; voor kleine volumes is 3D-printen over het algemeen goedkoper dan CNC.
  
• Als er een klein aantal is van identieke onderdelen vereist (minder dan 10).
  
• Wanneer materialen zijn vereist die niet gemakkelijk kunnen worden bewerkt, zoals metalen superlegeringen of flexibele TPU.
  
  

CNC biedt een grotere maatnauwkeurigheid en produceert onderdelen met betere mechanische eigenschappen in alle drie de dimensies, maar dit brengt meestal hogere kosten met zich mee, vooral wanneer de volumes klein zijn.

Als er grotere hoeveelheden onderdelen nodig zijn (honderden of meer), is CNC noch AM wellicht een kostenbesparende optie. Traditionele vormtechnologieën, zoals gieten of spuitgieten, zijn over het algemeen de meest economische optie vanwege schaalvoordelen (zie afbeelding).

Aanbevolen procesreferentietabel

Nee. van onderdelen
1's
10's
100's
1000's


Plastic
3D-printen
3D-printen (denk aan:CNC)
CNC (denk aan:spuitgieten)
Spuitgieten


Metaal
3D printen &CNC*
CNC(overweeg:3D-afdrukken)
CNC(overweeg:Investment Casting)
Investering of spuitgieten



^{*:sterk afhankelijk van onderdeelgeometrie}

Benieuwd naar de kosten voor CNC verspanen en 3D Printen? Upload nu uw CAD-bestanden naar een directe offerte!

Ontvang een CNC-offerteOntvang een offerte voor 3D-printen

Proceskenmerken

Maatnauwkeurigheid

CNC-bewerking biedt strakke tolerantie en uitstekende herhaalbaarheid . Zeer grote tot zeer kleine onderdelen kunnen nauwkeurig CNC gefreesd worden. Door de vorm van het snijgereedschap zullen binnenhoeken altijd een radius hebben, maar buitenvlakken kunnen scherpe randen hebben en kunnen zeer dun worden bewerkt.

Verschillende 3D-printsystemen bieden verschillende maatnauwkeurigheden. Industriële machines kunnen onderdelen produceren met zeer goede toleranties . Als er krappe spelingen nodig zijn, kunnen de kritische afmetingen oversized 3D-geprint worden en vervolgens machinaal worden bewerkt tijdens de nabewerking.

De minimale wanddikte van 3D-geprinte onderdelen wordt beperkt door de grootte van de eindeffector (bijvoorbeeld de diameter van de spuitmond in FDM of de grootte van de laserspot in SLS). Omdat onderdelen laag voor laag worden gefabriceerd, kunnen laaglijnen zichtbaar zijn, vooral bij gebogen oppervlakken. De maximale onderdeelgrootte is relatief klein, aangezien de verwerking van 3D-printen vaak een nauwgezette omgevingscontrole vereist.

Tolerantie Min. wanddikte Maximale onderdeelgrootte CNC ± 0,025 - 0,125 mm * 0,75 mm Frezen:2000 x 800 x 1000 mm Draaibank:Ø 500 mm SLS ± 0,300 mm 0,7 - 1,0 mm 300 x 300 x 300 mm FDM Industrieel:± 0,200 mm Desktop:± 0,500 mm 0,8 - 1,0 mm Industrieel:900 x 600 x 900 mm Desktop:200 x 200 x 200 mm SLM/DMLS ± 0,100 mm 0,40 mm 230 x 150 x 150 mm Binder Jetting ± 0,200 mm 2,0 mm 380 x 355 x 735 mm

^{* :Volgens het gespecificeerde tolerantieniveau.}

Materialen

CNC wordt voornamelijk gebruikt voor het bewerken van metalen. Het kan ook worden gebruikt voor het bewerken van thermoplasten, acryl, zacht- en hardhout, modelleerschuim en het bewerken van was.

• Grote mechanische en thermische eigenschappen met volledig isotroop gedrag.
• Dimensionale beperkingen vanwege het blanco-formaat (het gebruik van een niet-standaard blanco-formaat verhoogt de kosten).

Veelgebruikte CNC-materialen Kunststoffen ABS, nylon, polycarbonaat, PEEK Metalen Aluminium, roestvrij staal, titanium, messing

3D-printen wordt voornamelijk gebruikt met kunststoffen en in mindere mate voor metalen. Sommige technologieën kunnen onderdelen maken van keramiek, was, zand en composieten. 3D-printmaterialen is een complex onderwerp dat verder wordt besproken in speciale artikelen van de Knowledge Base.

• Grote verscheidenheid aan materialen met een breed scala aan fysieke eigenschappen.
• Materialen die moeilijk te bewerken zijn (zoals TPU en metalen superlegeringen) kunnen in 3D worden geprint.
• Kan minder mechanische eigenschappen hebben in vergelijking met CNC-onderdelen (ze zijn doorgaans niet volledig isotroop).

Veelgebruikte materialen voor 3D-printen Kunststoffen Nylon, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU Metalen Aluminium, roestvrij staal, titanium, inconel

Modelcomplexiteit

Er zijn een aantal beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van onderdelen voor CNC-bewerking, waaronder gereedschapstoegang en -spelingen, vasthoud- of montagepunten, evenals het onvermogen om vierkante hoeken te bewerken vanwege de gereedschapsgeometrie.

Sommige geometrieën zijn onmogelijk voor CNC-machines (zelfs met 5-assige CNC-systemen) omdat het gereedschap geen toegang heeft tot alle oppervlakken van een onderdeel. De meeste geometrieën vereisen de rotatie van het onderdeel om toegang te krijgen tot de verschillende zijden. Herpositionering verhoogt de verwerkings- en arbeidstijd en aangepaste mallen en armaturen kunnen nodig zijn, wat van invloed is op de uiteindelijke prijs.

3D-printen heeft zeer weinig geometriebeperkingen in vergelijking met CNC. Ondersteuningsstructuren zijn vereist in de meeste technologieën, zoals FDM of SLM/DMLS, en worden verwijderd tijdens de nabewerking.

Kunststof vrije vorm, organische geometrieën kunnen eenvoudig worden vervaardigd met op polymeer gebaseerde poederbedfusieprocessen, zoals SLS of Multi Jet Fusion (MJF), omdat ze geen ondersteuning nodig hebben. Het vermogen om zeer complexe geometrieën te produceren is een van de belangrijkste sterke punten van 3D-printen.

Productieworkflow

Dit is wat er achter de schermen gebeurt bij het plaatsen van een CNC- of 3D-printopdracht:

Bij CNC moet een deskundige operator of ingenieur eerst nadenken over gereedschapsselectie, spilsnelheid, snijpad en herpositionering van het onderdeel. Deze factoren hebben allemaal een grote invloed op de kwaliteit van het uiteindelijke onderdeel en de bouwtijd. Het fabricageproces is arbeidsintensief, omdat het blok handmatig in de machine moet worden opgesteld. Na de bewerking zijn de componenten klaar voor gebruik of nabewerking.

Bij 3D-printen maakt de machineoperator eerst het digitale bestand (kies oriëntatie en voegt ondersteuning toe) en stuurt het vervolgens naar de machine, waar het met weinig menselijke tussenkomst wordt afgedrukt. Wanneer het printen is voltooid, moet het onderdeel worden schoongemaakt en nabewerkt, wat het meest arbeidsintensieve aspect is van de 3D-printproductieworkflow.

Nabewerking

Er kunnen een aantal nabewerkingsmethoden worden toegepast op zowel CNC- als 3D-geprinte onderdelen die de functionaliteit of esthetiek van het as-built onderdeel verbeteren. De meest voorkomende nabewerkingstechnieken worden hieronder opgesomd:

Naverwerkingsmethoden CNC Kralenstralen, anodiseren (type II of type III), poedercoaten 3D-printen Media stralen, schuren en polijsten, micropolijsten, verchromen

Casestudy:prototype van een plastic behuizing

Bij het ontwerpen van een nieuw elektronisch apparaat is het vervaardigen van prototypes voor de behuizing van cruciaal belang om het product af te ronden voordat het massaal wordt vervaardigd. Om de ontwikkeltijd te versnellen, snelle doorlooptijd en lage kosten zijn de belangrijkste doelstellingen.

Elektronische behuizingen hebben vaak kliksluitingen, levende scharnieren of andere in elkaar grijpende verbindingen en bevestigingsmiddelen. Al deze functies kunnen CNC-gefreesd of 3D-geprint worden met FDM of SLS.

CNC en SLS kunnen worden gebruikt om prototypes te maken met een hoge nauwkeurigheid en esthetische aantrekkingskracht, maar desktop-FDM heeft een veel kortere doorlooptijd en lagere kosten. Aangezien mechanische prestaties niet het hoofddoel van dit project zijn, zijn de voordelen van CNC en SLS meestal niet de extra kosten en tijd waard.

CNC Desktop FDM SLS Kosten $$ $ $$ Veelgebruikte materialen ABS, nylon PLA, ABS, nylon Nylon Doorlooptijd 1 - 2 weken 1 - 3 dagen Minder dan een week Nauwkeurigheid ± 0,125 mm ± 0,500 mm ± 0,300 mm

Casestudy:fabricage van metalen beugels en onderdelen

Metalen beugels en andere mechanische componenten kunnen hoge belastingen dragen en werken bij hoge temperaturen. In dit geval dimensionale nauwkeurigheid en goede materiaaleigenschappen zijn de belangrijkste doelstellingen.

Als de modelgeometrie eenvoudig is (zoals de componenten van de afbeelding hierboven), dan is CNC de beste optie wat betreft nauwkeurigheid, mechanische eigenschappen en kosten.

Wanneer de geometrische complexiteit toeneemt of wanneer er meer exotische materialen nodig zijn, moet 3D-printen van metaal worden overwogen. Componenten die zijn geoptimaliseerd voor gewicht en sterkte (zoals de beugels van de onderstaande afbeelding) hebben organische structuren die erg moeilijk en kostbaar zijn om te bewerken.

CNC en metaal 3D-printen kan worden gecombineerd om onderdelen te vervaardigen met zowel een organische vorm als zeer nauwe toleranties op de kritieke locaties.

CNC SLM/DMLS Binder Jetting Kosten $$ $$$$ $$$ Veelgebruikte materialen Aluminium Roestvrij staal Messing roestvrij staal aluminium titanium inconel kobalt-chroom RVS Inconel Kobalt-Chroom Wolfraamcarbide Nauwkeurigheid ± 0,025 mm ± 0,100 mm ± 0,200 mm Mechanische eigenschappen Zeer goed Zeer goed Goed

Vuistregels

Het selecteren van de juiste technologie voor uw toepassing is cruciaal en kan worden samengevat tot de volgende vuistregels:

• CNC-bewerking is het meest geschikt voor middelgrote tot grote hoeveelheden (minder dan 250-500 onderdelen) en relatief eenvoudige geometrieën.
  
• 3D-printen is over het algemeen het beste voor kleine hoeveelheden (of eenmalige prototypes) en complexe geometrieën.
  
• Bij het overwegen van metalen kan CNC zelfs voor kleine hoeveelheden prijsconcurrerend zijn, maar er gelden nog steeds geometrische beperkingen.
  
• Bij grote hoeveelheden (meer dan 250 - 500 delen) zijn andere vormtechnologieën geschikter.