ЧПУ или 3D-печать: что лучше для создания прототипов?
3D-печать и обработка с ЧПУ стали более популярными и доступными, чем когда-либо. Когда вы хотите сделать прототип, вы решаете что лучше использовать.
В этой статье я покажу вам сильные и слабые стороны каждой технологии, чтобы помочь вам принять решение.
Разница между 3D-печатью и обработкой с ЧПУ
Разница между 3D-печатью и обработкой с ЧПУ заключается в том, что 3D-печать — это аддитивное производство, а ЧПУ — субтрактивное производство. У 3D-принтеров есть сопло, которое подает слои материала для изготовления деталей, тогда как обработка с ЧПУ состоит из режущего инструмента, который удаляет материал для изготовления деталей.
Станки с ЧПУ позволяют заменять режущий инструмент в соответствии со сложностью применения. В результате станки с ЧПУ можно использовать для производства сравнительно более детализированных изделий с высокой точностью.
С другой стороны, 3D-принтеры способны создавать сложные формы, что делает их идеальными для приложений быстрого прототипирования.
Но является ли 3D-принтер станком с ЧПУ? Короткий ответ: да, это тип станка с ЧПУ, который состоит из управляемого компьютером сопла для печати материала.
Однако 3D-печать предполагает нагрев рабочего элемента с последующим охлаждением и затвердеванием. Это увеличивает общее время обработки, необходимое для изготовления объекта.
Помимо этого, существует множество других отличий, которые отличают 3D-принтер от станка с ЧПУ.
Рабочий процесс
Если смотреть на станки с ЧПУ и 3D-принтеры с технической точки зрения, обе эти машины управляются компьютером.
Интересно, что 3D-принтеры относятся к отрасли аддитивного производства станков с ЧПУ.
Система управления движением на ЧПУ отвечает за перемещение режущей головки по материалу.
В 3D-принтерах режущая головка заменена печатающей головкой, которая наносит материал, а контроллер управляет ее движением для печати желаемой формы или объекта.
Как и любой другой станок с ЧПУ, 3D-принтеры также имеют аналогичный рабочий процесс. Различия возникают в процессе производства.
Типичный рабочий процесс станков с ЧПУ и 3D-принтеров включает в себя:
- Проектирование модели детали в программе САПР,
- Создание траектории для проектирования САD с использованием программного обеспечения CAM
- Проверка программного файла на наличие ошибок с помощью программного обеспечения для моделирования
- Исправление ошибок в конструкции или траектории.
- Обработка или печать детали.
Станки с ЧПУ используют программное обеспечение CAD/CAM для создания проектов и файлов G-кода, которые программируются в машине для производства.
Большинству приложений для 3D-печати требуется только файл 3D-дизайна детали для печати. Затем он использует программное обеспечение CAM для создания программы обработки детали из проекта.
Программное обеспечение используемое с 3D-принтерами, похоже на программное обеспечение CAM, используемое на станках с ЧПУ. Они генерируют файл G-кода, используемый контроллерами ЧПУ.
Отходы материала
Потери материала при 3D-печати ниже, чем при обработке с ЧПУ. Основная причина в том, что 3D-принтеры используют только необходимый материал для создания детали.
Поскольку ЧПУ используют технику субтрактивного производства, они непрерывно вырезают блок материала, чтобы придать ему желаемую форму, что приводит к большим потерям материала.
Размер и сборка
По сравнению с 3D-принтерами станки с ЧПУ легко доступны в больших размерах. Делаем 3D-принтеры более портативными, чем станки с ЧПУ.
Большинство ЧПУ с рейтингом XXL имеют рабочую площадь в несколько квадратных метров, в то время как большие 3D-принтеры могут иметь максимальную рабочую площадь в 1 квадратный метр.
Например, некоторые из гигантских машин для 3D-печати имеют объем сборки, близкий к 1500 × 1200 мм. В то время как большинство ЧПУ промышленного класса могут иметь рабочую зону 3500 X 10 000 мм и более.
Поскольку ЧПУ удаляют материал с заготовки силой, она должна иметь жесткую конструкцию, достаточно прочную, чтобы выдерживать высокие силы резания.
Жесткая рама является одной из наиболее важных частей станка с ЧПУ. Это рама, которая скрепляет все остальные компоненты. Она также действует как направляющая для режущего инструмента и обеспечивает точный путь для инструмента.
С другой стороны, в 3D-принтерах материал используется в расплавленном или порошкообразном виде, что устраняет необходимость в жесткой конструкции для приложения больших усилий в процессе печати.
Дополнения
Во время обработки эти станки используют определенные добавки, чтобы обеспечить подходящую среду обработки для инструмента и материала.
Например, в ЧПУ используются смазочно-охлаждающие жидкости для смазки и охлаждения точки контакта материала с инструментом. Иногда им также требуются пылесборники для поддержания чистоты рабочей среды.
В случае 3D-принтеров они используют нагретую платформу, чтобы помочь приклеить объект к поверхности печати.
Инструменты
ЧПУ — это универсальные машины, они позволяют менять режущие инструменты, чтобы выполнять различные типы резки с различными размерами и отделкой.
3D-принтерам не хватает такой гибкости, и печатаемый объект имеет одинаковое разрешение с постоянной толщиной слоя на всем протяжении печати.
Точность и воспроизводимость
Станки с ЧПУ могут обеспечить более высокую точность обработки, чем 3D-принтеры, благодаря тому, как они работают.
Жесткая рама станков с ЧПУ обеспечивает высокую повторяемость с минимальными вибрациями, что делает их пригодными для крупносерийного производства, где требуется несколько изделий с одинаковой точностью размеров.
С другой стороны, 3D-принтеры плавят и печатают материал слой за слоем, в результате чего напечатанные детали подвержены небольшим неточностям размеров.
Качество поверхности
С точки зрения качества поверхности ЧПУ лучше, чем 3D-печать. Это связано с широким спектром инструментов, используемых ЧПУ.
С помощью различных инструментов, таких как шаровая концевая фреза, торцевая фреза, шлифовальная лента и т. д., ЧПУ может производить заготовки с высоким качеством поверхности.
Процесс послойной печати на 3D-принтерах оставляет после себя шероховатую текстуру поверхности на заготовке.
Сегодня 3D-печатные детали обрабатываются методами отделки поверхности, такими как покраска, порошковое покрытие, гальваническое покрытие и т. д., для получения гладкой поверхности.
Прочность и устойчивость детали
По сравнению с 3D-печатью, обработка с ЧПУ позволяет производить детали с более жесткими допусками и большей прочностью.
ЧПУ имеют допуск ± 0,025 мм, в то время как передовые методы 3D-печати, такие как прямое лазерное спекание металлов (DMLS), могут обеспечить допуск только около ± 0,1 мм.
Кроме того, поскольку ЧПУ используют методы субтрактивного производства для изготовления детали из блока материала, она не теряет исходной прочности материала.
3D-принтер добавляет слои материала друг на друга, которые сплавляются вместе для получения конечного продукта. Это снижает общую прочность детали, делая ее склонной к поломке.
Минимальная толщина линии, которой может достичь современный 3D-принтер, составляет 0,4 мм.
Расходы
Станки с ЧПУ сравнительно дороже, чем 3D-принтер с аналогичной рабочей зоной.
Кроме того, потребность в различных аксессуарах, таких как система подачи смазочно-охлаждающей жидкости, специальные режущие инструменты и т. д., еще больше увеличивает стоимость обслуживания станков с ЧПУ.
Для малых предприятий, изготавливающих прототипы, 3D-принтер является экономически выгодным вариантом, поскольку позволяет создавать прототипы без использования дорогостоящего оборудования.
ЧПУ и 3D-печать — основы
Аддитивное и субтрактивное производство
Аддитивное производство — это метод, который включает в себя добавление материала слой за слоем для изготовления желаемой детали или объекта. Например, по этому принципу работают 3D-принтеры.
Этот метод используется для быстрого прототипирования деталей, производства сложных деталей и создания индивидуальных продуктов.
В субтрактивном производственном процессе материал удаляется слой за слоем с блока заготовки для создания объекта.
Это делается с помощью режущих инструментов и машин, таких как токарные станки, фрезерные станки.
Что такое станок с ЧПУ?
Станок с ЧПУ — это управляемый компьютером инструмент, который можно использовать для различных операций обработки, таких как резка, формовка и формование различных материалов.
Эти машины обычно имеют три оси движения и могут производить сложные формы из таких материалов, как металл, дерево, пластик и т. д.
Технология числового программного управления используется в производстве на протяжении десятилетий. Это позволяет программировать машины для автоматического выполнения сложных операций.
В настоящее время это неотъемлемая часть производственного процесса во многих отраслях промышленности, и его можно найти в различных типах машин.
Некоторые из распространенных станков с ЧПУ включают фрезерные станки с ЧПУ, токарные станки с ЧПУ, лазерные резаки, плазменные резаки, электроэрозионные станки (EDM), шлифовальные станки и т. д.
Что такое 3D-принтер?
3D-принтер — это тип автоматизированной машины, которая следует принципу аддитивного производства и использует технологию числового управления для производства желаемой детали из файла САПР.
Эти машины создают трехмерные объекты, укладывая последовательные слои материала на рабочую пластину, пока объект не будет готов.
Наиболее распространенным типом 3D-принтеров являются принтеры для моделирования методом наплавления (FDM), которые работают путем экструзии тонких нитей из нагретого пластика, металла или других материалов, которые охлаждаются и затвердевают после осаждения.
Практическое применение 3D-печати и обработки с ЧПУ
Практическое применение 3D-печати и обработки на станках с ЧПУ зависит от материала, с которым вы планируете работать, типа детали, которую вы хотите изготовить, количества и скорости, с которой вы хотите их изготовить.
Тип материала, который вы планируете использовать
Материалы, наиболее часто используемые для 3D-печати, — это пластмассы, металлы и некоторые биоматериалы, такие как сахар или древесная масса.
3D-принтеры также могут использовать другие материалы, такие как керамика и бетон, но эти материалы менее распространены, поскольку для их производства требуется больше времени и усилий, чем для пластмасс или металлов.
Для сравнения, станки с ЧПУ могут резать и фрезеровать практически любой материал. Некоторые популярные материалы, обрабатываемые на станках с ЧПУ, — это металлы, дерево и пластик.
Материалы, которые может резать станок с ЧПУ, зависят от конструкции станка и типа режущего инструмента, установленного в его режущей головке.
| Пластик | Металл |
|---|---|
| АБС | Алюминий |
| Поликарбонаты (ПК) | Титан |
| Нейлон | Латунь |
| Полиэфирэфиркетон (PEEK) | Стали |
| Пластик | Металл |
|---|---|
| Нейлон | Алюминий |
| Акрилонитрилстиролакрилат (ASA) | Титан |
| Полимолочная кислота (PLA) | Нержавеющая сталь |
| Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) | Инконель (суперсплав) |
| Полиэфиримид (ULTEM) | |
| Термопластичный полиуретан (ТПУ) |
Что лучше для изготовления металлических деталей?
Станок с ЧПУ лучше всего подходит для изготовления металлических деталей, потому что его жесткая конструкция и трансмиссия обеспечивают более высокую точность и аккуратность, чем 3D-принтер.
Кроме того, он позволяет изготавливать металлические детали с более высокими допусками по сравнению с 3D-принтерами.
Как насчет пластика?
Для изготовления пластиковых деталей одинаково хороши как 3D-печать, так и обработка на станках с ЧПУ. Лучший вариант зависит от количества деталей, которые вы планируете сделать.
Сколько деталей вы планируете сделать?
ЧПУ лучше подходят для обработки деталей в больших количествах, поскольку они имеют более высокую повторяемость.
Если вы используете технику 3D-печати для изготовления похожих деталей, это может быть дороже, чем обработка на станке с ЧПУ.
Это связано с тем, что 3D-принтеры требуют больше времени и усилий для выполнения задания, в то время как станки с ЧПУ могут производить множество деталей одновременно или циклами с небольшими усилиями.
3D-печать идеально подходит для создания прототипов, когда необходимо изготовить меньше деталей (менее 10), тогда как если вы хотите изготовить больше деталей, лучше рассмотреть возможность использования станка с ЧПУ.
Для более крупных объектов рассмотрите методы обработки с ЧПУ, такие как литье или литье под давлением, поскольку они экономически эффективны при производстве деталей в больших количествах.
Что лучше для прототипирования?
Хотя и 3D-принтеры, и ЧПУ могут изготавливать нестандартные детали или прототипы, 3D-принтеры гораздо эффективнее, поскольку позволяют вносить несколько изменений с меньшими затратами.
Поэтому различные отрасли, такие как машиностроение, архитектура, дизайн и медицина, используют 3D-принтеры для прототипирования.
Заменит ли 3D-печать станки с ЧПУ?
За короткий период существования 3D-принтеры смогли частично заменить ЧПУ, применяемые в области медицины, архитектуры, продуктового дизайна и т.д.
Благодаря технологии печати с контролируемым напылением материала и способности создавать сложные формы 3D-принтеры в настоящее время все чаще используются для создания архитектурных моделей и реальных структур.
Медицинские протезы, такие как зубные имплантаты, ортопедия и т. д., сегодня используют 3D-принтеры для изготовления различных деталей, как никогда раньше.
Эти производственные сдвиги, наблюдаемые в этих отраслях, являются ярким примером того, как 3D-принтеры могут заменить ЧПУ в ближайшем будущем.
Несмотря на то, что 3D-принтеры способны заменить ЧПУ в различных областях, они все же не могут заменить ЧПУ, когда речь идет об изготовлении деталей с высокой точностью и жесткими допусками.
Кроме того, широкий спектр материалов, с которыми могут работать ЧПУ, является огромным преимуществом ЧПУ перед 3D-принтерами.
Короче говоря, ЧПУ никуда не денутся. Несмотря на то, что они потеряли свое значение в некоторых отраслях, они являются наиболее часто используемыми машинами в обрабатывающей промышленности.
Трудно сказать, заменит ли одно полностью другое. Но в будущем они будут использоваться вместе для создания сложных форм и прототипов.
На самом деле гибридные 3D-принтеры с ЧПУ в настоящее время используются в некоторых отраслях.
Традиционно печать и резка выполнялись на отдельных машинах, но эти гибридные принтеры или ЧПУ могут выполнять обе задачи на одной машине.
Заключительные мысли — что лучше?
С момента внедрения 3D-печати в производственную сферу она взяла на себя часть работы ЧПУ, но они не могли взять на себя всю.
Значительная часть работы по-прежнему выполняется на станках с ЧПУ, таких как фрезерные, токарные, фрезерные и шлифовальные станки.
ЧПУ и 3D-принтеры — это часть головоломки. У них обоих есть свои места, и оба необходимы для ее завершения.
Они имеют разные возможности и могут пригодиться при обработке различных деталей и объектов для различных применений.
Является ли ЧПУ таким же, как 3D-печать?
Технически да, но функционально нет. Как и ЧПУ, 3D-принтеры также управляются компьютером и работают аналогичным образом, но ЧПУ использует субтрактивные методы производства, а 3D-принтеры используют аддитивное производство.
Что дешевле? ЧПУ или 3D печать?
3D-печать дешевле, чем ЧПУ, потому что при создании объекта используется сравнительно меньше сырья. 3D-принтеры также стоят дешевле и не требуют использования специальных инструментов или настроек перед началом производства.
ЧПУ быстрее, чем 3D-печать?
В целом, ЧПУ быстрее по сравнению с 3D-печатью. Это связано с тем, что резак на ЧПУ может удалять материалы быстрее, чем 3D-принтер может экструдировать и размещать материал.
