CNC vs. 3D-Druck:Was ist der beste Weg, um Ihr Teil herzustellen?

Einführung

Die Entwicklung stärkerer 3D-Druckmaterialien hat Hersteller in allen Branchen dazu ermutigt, CNC- und 3D-Druck zu untersuchen und Wege zu finden, funktionale Teile, die zuvor CNC-gefräst wurden, in 3D zu drucken. Das 3D-Druckverfahren kann Herstellern erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen ermöglichen und dennoch die für eine industrielle Produktion erforderliche Qualität erzeugen.

Hersteller, die umsteigen, können 3D-Drucksoftware nutzen, um Prototypen zu erstellen und Teile an einem einzigen Tag zu einem Bruchteil der Kosten einer herkömmlichen CNC-Bearbeitung zu produzieren. Es gibt jedoch noch einige Schlüsselbereiche, in denen CNC immer noch die richtige Wahl sein kann.

Lassen Sie uns von physisch bis finanziell einige der wichtigsten Bereiche durchgehen, die Sie bewerten müssen, bevor Sie sich zwischen CNC- und 3D-Druck entscheiden.

Lesen Sie unseren Kaufleitfaden für 3D-Drucker

Physische Überlegungen

Geometrie

Funktionsgröße: Sowohl CNC- als auch 3D-Druckprozesse werden durch die Werkzeuggröße eingeschränkt; bei CNC gibt der Werkzeugdurchmesser das kleinste negative Merkmal vor, das erstellt werden kann. Beim 3D-Druck gibt jedoch der Düsendurchmesser das kleinste herstellbare positive Merkmal vor. Der Düsendurchmesser für 3D-Drucker auf Extrusionsbasis liegt normalerweise zwischen 0,25 mm und 0,8 mm, und die minimale Merkmalsgröße für diese Maschinen beträgt das 4-fache, was zu einer minimalen Merkmalsgröße zwischen 1,0 mm und 3,2 mm führt.

Für weitere Details zur minimalen Merkmalsgröße für die kontinuierliche Faserverstärkung haben wir einen Leitfaden zu minimalen Fasermerkmalsgrößen erstellt.

Oberflächenfinish: Mit den richtigen Werkzeugen sind CNC-Maschinen in der Lage, viel glattere Oberflächen zu produzieren als 3D-Drucker. 3D-Drucker sind in der Lage, Teile für Passgenauigkeit und Finish herzustellen, aber für Teile, die eine außergewöhnliche Glätte für die Verbindung mit anderen Präzisionskomponenten erfordern, kann eine CNC-Bearbeitung vorzuziehen sein.

Toleranzen: Einige der besten 3D-Verbunddrucker können Maßtoleranzen von bis zu +/- 0,005 Zoll halten und haben normalerweise eine nachgiebige Oberfläche für die Presspassung. Merkmale mit engen Toleranzen auf 3D-gedruckten Teilen können nachbearbeitet werden. Abhängig von den anderen Merkmalen des Teils kann es jedoch einfacher sein, das Ganze zu bearbeiten. Ihre Ergebnisse können je nach Maschine, Material und Teilegeometrie variieren.

Kostenloses Musterteil erhalten

Laden: Nicht-strukturelle Teile sind normalerweise leichte Ziele für den konventionellen 3D-Druck. Strukturteile, die hohen physikalischen Belastungen standhalten müssen, können mit Endlosfaserverstärkung oder durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden. Während eine kontinuierliche Faserverstärkung gegenüber anderen 3D-gedruckten Teilen eine signifikante Festigkeitsverbesserung bieten kann, sind Verbundteile in zwei Achsen (X, Y) stärker als in Z und weisen keine isotropen Eigenschaften wie Metallteile auf. Um mehr darüber zu erfahren, wie sich dies auf das Design und die Ausrichtung von Teilen für den Druck auswirken könnte, lesen Sie diesen Artikel über isotrope Faserfüllung, in dem diese Teile genauer untersucht werden.

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Umgebung

3D-Druck und CNC-Bearbeitung sind beide in der Lage, Teile aus Metallen und Polymeren herzustellen. Die Wahl hängt also davon ab, welches Verfahren für die Umformung des benötigten Materials leichter verfügbar ist.

Temperatur: 3D-Druck und CNC-Bearbeitung sind beide in der Lage, Teile aus Metallen und Polymeren herzustellen. Die Wahl hängt also davon ab, welches Verfahren für die Umformung des benötigten Materials leichter verfügbar ist. Die Gebrauchstemperatur eines bestimmten Metalls hat typischerweise eine Beziehung zu seiner Schmelztemperatur. "Reine Metalle werden normalerweise bei etwa der Hälfte des Schmelzpunktes auf der absoluten Temperaturskala (Schmelzpunkt in Grad F plus 459) ernsthaft geschwächt." Legierungen können den nutzbaren Bereich typischerweise nach oben verschieben, in einigen Fällen auf etwa 65 % der Schmelztemperatur.

3D-gedruckte Verbundwerkstoffe und Polymere haben niedrigere Betriebstemperaturgrenzen als Metalle. Markforged-Materialien sollten normalerweise nicht für längere Zeit bei erhöhten Temperaturen über 150 °C verwendet werden.

Feuchtigkeit :Einige Polymerfilamente absorbieren Feuchtigkeit und können bei längerer Exposition oder Eintauchen an Festigkeit verlieren. Eventuell ist eine Beschichtung wie Liquitex erforderlich. Feuchtigkeit hat normalerweise keinen Einfluss auf Aluminium, kann jedoch dazu führen, dass Stahl rostet.

Chemikalien: Wenn Ihr Teil Chemikalien ausgesetzt ist, überprüfen Sie die chemische Verträglichkeit Ihres Materials mit der Chemikalie. Obwohl viele Metalle für die Verwendung mit einer Vielzahl von Chemikalien geeignet sind, überprüfen Sie immer die Kompatibilität, bevor Sie ein neues Material oder eine neue Umgebung einführen. Markforged Materialien auf Nylonbasis sind chemisch beständig und werden von den meisten Petrochemikalien nicht angegriffen. Sie sind nicht für den Einsatz in stark sauren oder basischen Umgebungen geeignet.

Wirtschaftliche Überlegungen

Wann brauchen Sie es?

Inhouse-Bearbeitung :Wenn das Teil sofort benötigt wird, es keine weiteren Arbeitsunterbrechungen gibt und Sie eine Maschine, einen Bediener, Materialien und eine Spannvorrichtung zur Verfügung haben, sollten Sie Ihr Teil CNC-bearbeiten. Wenn es dringendere Aufträge gibt oder das Teil warten kann, können Sie mit dem 3D-Druck normalerweise am nächsten Tag ein Teil in die Hand nehmen, sodass der Bediener Zeit für wichtigere Aufgaben hat.

Die CNC-Bearbeitung ist normalerweise in der Lage, Material viel schneller zu entfernen, als es durch 3D-Druck abgelagert werden kann. Die Größe spielt bei der Bearbeitung normalerweise nicht so sehr in die Zeitbeschränkung ein; der erforderliche Materialabtrag ist viel kritischer. Wenn das Verhältnis Teilevolumen/Materialvolumen sehr gering ist (der Materialabtrag ist hoch), kann der 3D-Druck eine gute Option sein.

Beim 3D-Druck beeinflusst die Teilegröße die Zeit; größere Teile brauchen länger zum Drucken. Wenn ein Teil in Ihre Handfläche passt, können Sie es in der Regel noch am selben Tag haben. Bei kleineren Teilen kann der 3D-Druck oft schneller sein als die maschinelle Bearbeitung. Mit einer CNC-Maschine müssen Sie Zeit damit verbringen, Lagerbestände zu beschaffen, G-Code zu schreiben, die Werkstückspannung herauszufinden, Werkzeuge einzurichten und danach aufzuräumen. Einige Teile können in der Zeit gedruckt werden, die nur benötigt wird, um eine CNC-Maschine vorzubereiten.

Außenbearbeitung: Der Prozess der Auslagerung von bearbeiteten Komponenten an CNC-Bearbeitungsdienste dauert in der Regel mindestens mehrere Tage zwischen der Teileprüfung, dem Erstellen von Zeichnungen, dem Versenden eines Angebots und der Prüfung mit dem Einkauf. Dies, plus Versand und Vorlaufzeit aus dem Shop, kann manchmal zu einem sehr langwierigen Prozess führen. Drucken kann in diesem Fall eine geeignete Methode sein, um Passung und Finish zu überprüfen oder ein Teil am nächsten Tag fertig zu haben, während ein permanentes Teil geschnitten wird.

Wie viele brauchst du?

Wenn Sie die Kosten für Kleinserien-Bearbeitungsteile aufschlüsseln, entsteht der Großteil der Kosten durch die Zeit, die für die Programmierung und Einrichtung erforderlich ist. die tatsächliche Zeit zum Schneiden von Metall ist im Allgemeinen ziemlich kurz. Die Steigerung des Produktionsvolumens wird im Allgemeinen erreicht, indem größere Setups erstellt werden, um mehr Teile unbeaufsichtigt zu schneiden. Wenn die Teilekomplexität und die Anzahl der Funktionen zunimmt, können auch die Programmierzeit und die Anzahl der erforderlichen Setups zunehmen. Die Kosten für zusätzliche Einheiten sinken jedoch ziemlich schnell. Abhängig von der Geometrie skalieren die CNC-Stückkosten gut in Größenordnungen von Hunderten oder niedrigen Tausenden von Einheiten pro Monat, da die Programmierung und das Einrichten wiederverwendet werden können.

Beim 3D-Druck erfolgt die Programmierung (Slicing) in wenigen Minuten und die Komplexität hat wenig Einfluss auf die Programmierzeit. Während die Kosten und der Aufwand für die erste Einheit gering sind, werden die Kosten pro Einheit nicht wesentlich durch das Volumen beeinflusst. Die Steigerung des Produktionsvolumens wird im Allgemeinen erreicht, indem mehr Maschinen online gestellt werden.

Wie hoch ist Ihr Budget für Ausrüstung und Bediener?

CNC-Maschinen können bei richtiger Einrichtung unbeaufsichtigt laufen, aber in der Regel sind geschulte Vollzeit-Bediener und Programmierer für den Erfolg entscheidend. Maschinen sind für Besitzer nicht immer einfach zu warten und erfordern teure Wartungspläne.

3D-Drucker können problemlos völlig unbeaufsichtigt betrieben werden, Bediener benötigen nur minimale Schulungen und die Programmierung wird durch Software vereinfacht. Maschinen sind in der Regel einfach zu warten und haben weitaus günstigere Wartungskosten.

CNC-Maschinen und 3D-Drucker sind in verschiedenen Preisen erhältlich, die auf Funktionen und Verarbeitungsqualität basieren, aber normalerweise können 3D-Drucker für eine deutlich geringere Investition als eine CNC-Maschine erworben werden.

Die Vorlaufkosten und Betriebskosten der additiven Fertigung sind gering, was sie ideal für Anwendungen mit geringen Stückzahlen wie Prototyping und Werkzeugbau macht. Bei einer Skalierung auf höhere Stückzahlen sind subtraktive Fertigung und Umformung jedoch kostengünstiger.

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Wo sollten Sie bei der Debatte zwischen CNC und 3D-Druck ansetzen?

Der Fall ist selten so einfach wie ein Eins-zu-Eins-Prozessersatz, und der 3D-Druck wird nicht alle Ihre Produktionsprobleme über Nacht lösen. Wirtschaftliche Beschränkungen begrenzen die kostengünstige Teilemenge für den 3D-Druck auf geringe Stückzahlen, und die Material- und Prozessbeschränkungen können den Anwendungsraum einschränken. Bei der CNC-Bearbeitung hingegen ergeben sich günstige Skaleneffekte, sobald die Stückzahlen etwas höher sind, normalerweise in der Größenordnung von Hunderten von Einheiten pro Monat.‍