3D-Druck vs. CNC-Zerspanung: Wichtigste Unterschiede erklärt

CNC-Zerspanung und 3D-Druck sind heute äußerst prominente Fertigungsmethoden, nicht nur bei Xometry, sondern weltweit. Obwohl sie sich in fast jeder Hinsicht unterscheiden, sind sie direkte Konkurrenten bei der Erstellung fester Teile, und einer ihrer größten Unterschiede ist, dass das eine Verfahren Material abträgt, während das andere es schichtweise aufbaut. Lassen Sie uns mehr erfahren.

3D-Druck Definition und Vergleich zur CNC-Zerspanung

Auch als additive Fertigung bekannt, bezieht sich 3D-Druck tatsächlich auf eine Familie von Verfahren, die ähnlich funktionieren. Ein Modell wird am Computer entworfen und dann in verschiedene Teile „gesliced“. Die Schichtdicke wird je nach verwendeter Maschine und Einstellungen festgelegt, und der Drucker nimmt diese Information und baut jede Schicht auf, bis das gesamte Teil fertig ist. So kann es eine Reihe von 2D-Schritten in ein 3D-Objekt verwandeln – indem es jede Schicht an die darunterliegende anhaftet und sie auch intern verbindet. Diese Maschinen können normalerweise mit vielen verschiedenen Materialien arbeiten, darunter extrudierte Polymerfilamente, lichtempfindliche Harze, lasergeschmolzene Pulver, Filament-Zufuhr, Wellen und biologische Materialien.

Für die Teilefertigung mit additiver Fertigung benötigen Sie mehr als nur einen Drucker. Sie benötigen auch ein CAD-Paket (Computer-Aided Design), um Ihr Design zu erstellen und als STL-Datei (Stereolithografie) zu speichern. Eine Slicer-Software verwendet dann diese STL-Datei, um dem Drucker eine Reihe von 2D-Anweisungen zur Teileherstellung zu geben. 3D-Drucksysteme begannen Ende der 1980er Jahre in den Markt einzudringen, waren aber bei weitem nicht so effizient und materialvielfältig wie moderne 3D-Drucker. Das folgende Bild zeigt ein Beispiel für einen FDM-3D-Drucker:

Weitere Informationen finden Sie in unserem vollständigen Leitfaden zu Was ist 3D-Druck?

Es gibt mehrere Gründe, warum 3D-Druck so beliebt ist, beginnend mit der Tatsache, dass er relativ schnell einzurichten ist und nicht verrückt viel Geld kostet, um komplexe Formen herzustellen. Er erfordert auch keinen Eingriff während des Prozesses – man kann ihn einfach laufen lassen, bis er fertig ist. Außerdem sind viele 3D-Drucker büro- und einsteigerfreundlich.

Einige potenzielle Nachteile sind jedoch, dass 3D-gedruckte Teile in der Festigkeit erheblich variieren können, insbesondere im Vergleich zur Festigkeit des Ausgangsmaterials. Wenn Sie beispielsweise FFF (Fused Filament Fabrication) verwenden, um ein ABS-Teil (Acrylnitril-Butadien-Styrol) zu drucken, könnte es nur etwa 10 % so fest sein wie massives ABS. Aber etwas wie SLS (Selective Laser Sintering) mit Nylon kann zu fast 100 % der Festigkeit von massivem Nylon führen. Auch ist 3D-Druck gut für dimensionsgenaue Ergebnisse, kann aber knifflig sein, wenn es um extrem präzise Teile und Merkmale geht, und hat Probleme mit glatten Oberflächen, besonders was die Z-Auflösung (die Schichthöhe) betrifft, die sichtbare Stufen an geneigten oder gekrümmten Oberflächen erzeugen kann.

Was sind die Vorteile von 3D-Druck im Vergleich zur CNC-Zerspanung?

Die Vorteile von 3D-Druck im Vergleich zur CNC-Zerspanung sind:

1. 3D-Druck liefert netzförmige Teile schnell, während CNC-Zerspanung individuelles Setup und (generell) manuelle Programmierung plus Überwachung erfordert.
2. 3D-Druck ist generell eine kostengünstigere Methode als andere Wege, komplexe Netzteile herzustellen. Er erfordert minimales Setup und operativen Eingriff. Es ist üblich, dass CNC-Komponenten das 10-fache des Preises von 3D-gedruckten Teilen kosten.
3. Bürofreundliche 3D-Drucker, die nur bescheidene Fähigkeiten in Setup und Wartung erfordern, sind zunehmend verbreitet. Sie sind auch zunehmend in der Lage, die meisten Bedürfnisse zu erfüllen. CNC bleibt ein Schwerindustrie- und hochqualifizierter Prozess, der ständig aufgefrischte Fähigkeiten bei den Bedienern erfordert.

Was sind die Nachteile von 3D-Druck im Vergleich zur CNC-Zerspanung?

Die Nachteile von 3D-Druck im Vergleich zur CNC-Zerspanung sind:

1. Verschiedene 3D-Druckverfahren bieten unterschiedliche Festigkeit im Vergleich zu den „nativen“ Eigenschaften der Materialien. Zum Beispiel wird für FFF in ABS eine Festigkeit von nur 10 % der UTS des Materials berichtet, und bis zu 100 % für SLS von Nylon. CNC-Zerspanung produziert Teile in ungestörten nativen Materialien, sodass die Festigkeit generell hoch ist.
2. 3D-Druck kann gute dimensionsgenaue Ergebnisse erzielen, aber wo hohe Präzision erforderlich ist, kann es herausfordernd sein. CNC-Zerspanung ist hochpräzise und ermöglicht verbesserte Genauigkeit durch langsameres Verarbeiten.
3. 3D-Druck wird generell durch Prozessmechaniken in Bezug auf Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst. Die Z-Auflösung bringt insbesondere gestufte Oberflächen und visuelle Störungen mit sich. Die CNC-Oberflächenbeschaffenheit ist „as machined“; sie kann extrem gleichmäßig und hochpräzise sein, wenn Fräspfade für eine glatte Oberfläche programmiert sind.

CNC-Zerspanung Definition und Vergleich zum 3D-Druck

Ein computergesteuerter Fertigungsprozess, CNC (Computer Numerical Control) Zerspanung verwendet Software und Codes, die vorher programmiert wurden, um die Bewegung mehrerer Schneid- und Formwerkzeuge wie Drehbänke, Fräsen und Schleifmaschinen zu steuern und eine Vielzahl von CNC-Zerspanungsteilen zu erstellen. Die Idee wird James Parson zugeschrieben, der einen besseren Weg suchte, Hubschrauber- und Flugzeugrotorblätter herzustellen. 1958 schufen Richard Kegg und MIT-Ingenieure die erste CNC-Fräsmaschine. Obwohl der Prozess eher teuer und kompliziert einzurichten sein kann, lohnt es sich, wenn Sie hochwertige und langlebige Teile mit glatten Oberflächen herstellen möchten. Mehr über CNC-Zerspanung erfahren Sie in unserem dedizierten Artikel. So sieht eine CNC-Maschine aus:

3D-Druck bietet Vorteile in Bezug auf Kosten und Zeit für die Teileherstellung. CNC-Zerspanung hingegen kann eine enge Korrelation zu Massenproduktionsmerkmalen liefern, wann immer die Präzision des Teils ein kritischer Faktor ist.

3D-Druck vs. CNC-Zerspanung: Kostenvergleich

CNC-Zerspanung trägt alle Programmier- und Setup-Kosten und ist im Vergleich zu 3D-Druck teuer – oft fünf- bis zehnmal der Preis. Wenn jedoch eine Reihe von Prototypen mit kleinen Anpassungen erforderlich ist, tragen die modifizierten CNC-gefrästen Teile eine viel geringere Setup-Kosten, während ein zweiter 3D-gedruckter Teil genauso viel kostet wie der erste.

3D-Druck vs. CNC-Zerspanung: Geschwindigkeitsvergleich

Die Vorbereitung für den Druck einer 3D-Komponente erfordert wenig Zeit für das Setup, bevor ein Druck beginnen kann. Obwohl der Druck nach manchen Maßstäben langsam ist, werden die meisten Drucke wahrscheinlich innerhalb weniger Stunden abgeschlossen und sind einsatzbereit. CNC-Zerspanung hingegen erfordert qualifizierte Vorbereitung der Programmierung für Werkzeugauswahl und Werkzeugpfad. Sie erfordert oft maßgeschneiderte oder modifizierte Spannvorrichtungen, um das Teil während der Verarbeitung zu halten (einschließlich möglicher Neupositionierung des Teils). Dies kann beträchtliche Zeit vor dem ersten Schnitt verbrauchen. Das Schneiden selbst ist jedoch generell schnell, und komplexe Teile können generell in einer Stunde oder weniger tatsächlicher Bearbeitungszeit abgeschlossen werden. Die Gesamtzeit für Vorbereitung und Bearbeitung kann je nach Komplexität einen Tag oder mehr betragen.

3D-Druck vs. CNC-Zerspanung: Volumenvergleich

Wenn der umfangreiche Setup-Aufwand auf mehrere Teile verteilt werden kann, kann CNC-Zerspanung kosteneffektivere Teile im Vergleich zu 3D-Druck produzieren. 3D-Druck hat weniger Volumenvorteile, da jedes Teil die gleichen Material- und Maschinenkosten hat, unabhängig vom Volumen.

3D-Druck vs. CNC-Zerspanung: Materialvergleich

Bei der Materialauswahl (und erfolgreicher Lieferung von Materialeigenschaften) bietet CNC bessere Optionen. Im Wesentlichen ist die Materialwahl offen für alle Ingenieurmaterialien, bis hin zu Funkenerosions-CNC-Zerspanung von vorgehärteten Werkzeugstählen. CNC-gefertigte Teile liefern die nativen Eigenschaften des Rohmaterials, weitgehend ungestört durch Verarbeitungscharakteristiken.

3D-gedruckte Teile sind auf diejenigen beschränkt, die von bestimmten Prozessen unterstützt werden. Die Konstruktionsmethoden der jeweiligen 3D-Drucktechnologie legen strenge Beschränkungen für die Lieferung von Eigenschaften fest. Drucke werden oft durch anisotrope „Körnung“ in der Konstruktionsmethode, Porosität, schlechte Schichthaftung und die Substitution von druckbaren, aber nicht ingenieurmäßigen Materialien geschwächt.

Häufig gestellte Fragen zu 3D-Druck und CNC-Zerspanung

Was sind die gemeinsamen Alternativen zu 3D-Druck und CNC-Zerspanung?

Ja, natürlich. Eine Alternative, die potenziell beide erfüllen könnte, ist Spritzguss, da es ein Einmal-Prozess ist, der Teile erzeugen kann, die identisch mit ihrer 3D-Datei sind. Aber die Formenherstellung dafür kann ziemlich teuer und zeitaufwendig sein, daher lohnt es sich wirklich nur, wenn Sie eine Menge Teile herstellen. Letztendlich ist Spritzguss, besonders im Vergleich zu alltäglichen 3D-Druckaufträgen, nicht allzu praktisch.

Was sind die Gemeinsamkeiten zwischen 3D-Druck und CNC-Zerspanung?

3D-Druck und CNC-Zerspanung sind insofern ähnlich, als beide Prozesse funktionale Produkte herstellen können. In Bezug auf Prozesse haben 3D-Druck und CNC-Zerspanung jedoch nichts gemeinsam.

Was sind die anderen Vergleiche für 3D-Druck neben CNC-Zerspanung?

Einige Arten von 3D-Druck verwenden Laser, wie SLS (Selective Laser Sintering), DMLS (Direct Metal Laser Sintering) und SLM (Selective Laser Melting), und genau wie Laserschneiden wird es auch in vielen Branchen eingesetzt und funktioniert mit vielen verschiedenen Metallen. Aber Laserschneiden verwendet denselben Laser, um Material von einem Werkstück zu gravieren oder wegzuschneiden, anstatt aufzubauen. Mehr dazu in unserem Artikel 3D-Druck vs. Laserschneiden.

Was sind die anderen Vergleiche für CNC-Zerspanung neben 3D-Druck?

Ähnlich wie CNC-Zerspanung ist Druckguss eine weitere großartige Möglichkeit, komplexe Metallteile herzustellen. Aber Druckguss ist wirklich nicht billig, besonders was Werkzeugkosten betrifft. Wenn Sie an riesigen Produktionsläufen interessiert sind, sinken die Kosten jedoch, was es zu einer vergleichbareren Option macht.

Kat de Naoum

Kat de Naoum ist eine Autorin, Herausgeberin und Content-Spezialistin aus Großbritannien mit über 20 Jahren Schreiberfahrung. Kat hat Erfahrung im Schreiben für eine Vielzahl von Fertigungs- und technischen Organisationen und liebt die Welt der Ingenieurwissenschaften. Neben dem Schreiben war Kat fast 10 Jahre Paralegal, davon sieben in der Schiffsfianzierung. Sie hat für viele Publikationen geschrieben, sowohl Print als auch Online. Kat hat einen BA in englischer Literatur und Philosophie und einen MA in kreativem Schreiben von der Kingston University.

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