3D printing vs. CNC machining

3D printing vs. CNC machining

Many engineers, technologists and managers are currently wondering where 3D printing is used compared to CNC machining. In this article, we will therefore focus on answering the main differences and benefits of each technology.

CNC obrábanie resp. konvenčné technológie obrábania sú časom relatívne vyzreté technológie, ktoré sa za desiatky rokov dostali do súčasnej podoby a umožňujú presné odoberanie triesky aj z pevných a húževnatých alebo pevných materiálov ako sú kalené ocele, ušľachtilé ocele, titanové zliatiny a pod. 
Ako je na tom 3D tlač? Tá vznikla len v roku 1986, a len v posledných niekoľkých rokoch sa začína presadzovať aj v priemyselných aplikáciách, kde môže v určitých prípadoch nahradiť aj CNC obrábanie. V mnohých oblastiach však 3D tlač stále zaostáva, vývoj však ide rapídne dopredu.

Poďme si ich teda porovnať z hľadiska jednotlivých atribútov.

Výrobná presnosť

Je zrejmé, že vo výrobných presnostiach jednoznačne vyhráva CNC obrábanie, kde je možné za určitých okolností vyrábať v toleranciách ±0,001 mm (aj nižších).
Aké presnosti môžeme dosiahnuť v 3D tlači? Vzhľadom na to, že aditívne technológie zahŕňajú viacero technológií, v tabuľke nižšie nájdete prehľad dosiahnuteľných presností pre jednotlivé technológie:

Technológia

FDM/FFF

SLA/DLP

SLS

MJ

BJ

DMLS/SLM

Presnosť

±0,5% (najlepšie ±0,5 mm)

±0,5% (najlepšie ±0,15 mm)

±0,3% (najlepšie ±0,3 mm)

±0,1 mm

±0,2 mm

±0,1 mm


Z daného prehľadu vyplýva, že pre funkčné diely nemusia byť dostačujúce ani najlepšie dosiahnuteľné tolerancie ±0,1 mm.

Je vhodné si však uvedomiť, že mnohokrát ani pri CNC obrábaní nie sú potrebné úzke tolerančné polia. Práve pre výrobky s nižšími presnosťami môže byť 3D tlač lepšia voľba.

Presnosť 3D tlače - Stepanek3D 
 Presnosť 3D tlače 


Opakovateľnosť výroby

V tejto oblasti zatiaľ takisto jasne víťazí CNC obrábanie s vysokou opakovateľnosťou výroby. Tá súvisí s konštrukciou samotných strojov a ich technologickým princípom, ktorý zaručuje jednoznačné a presné pohyby nástrojov, pričom polotovar je pevne fixovaný.

Pri 3D tlači opakovateľnosť súvisí s nestabilitou výrobného procesu. V najväčšej miere vytvrdzovací proces samotného materiálu, pričom vedenia aj konštrukcia môžu byť obdobné s CNC strojmi. To sa prejaví na vyšších nepresnostiach a znížených mechanických vlastnostiach daných dielov.

Tento deficit je možné riešiť zosilnením kritických miest a rozšírením tolerančných polí.

Opakovateľnosť 3D tlače - Stepanek3D 
 Opakovateľnosť 3D tlače 


Výber materiálov

Pre CNC obrábanie je portfólio a výber materiálov veľmi široký. Podľa portálu teamrapidtooling sa v súčasnosti najviac využívajú hliníkové zliatiny, nerezová oceľ, ABS plast, PMMA (plexisklo) a mosadz.

Pre 3D tlač je výber materiálov komplexná téma, pretože podľa normy ISO/ASTM 52900 existuje 7 štandardizovaných technológií 3D tlače (aditívnych technológií).

Keďže každá z nich má iný výrobný proces, môžete si viac prečítať v článku - Aké materiály sa používajú pri 3D tlači?

Podľa posledného prieskumu Sculpteo z roku 2019 sú pre 3D tlač najviac využívané termoplasty, na druhom mieste reaktoplasty a následne kovy a kompozity.

Ich výber je však zatiaľ relatívne obmedzený, čo zužuje možnosti týchto technológií. Na druhú stranu sa však veľmi dynamicky vyvíjajú a ročne pribudnú desiatky unikátnych materiálov, ktoré zvyšujú potenciál tejto technológie do ďalších rokov.

Materiály pre 3D tlač - Stepanek3D 
 Materiály pre 3D tlač 


Cena

Cena je veľmi diskutabilný a súčasne veľmi individuálny atribút výroby, pretože každý diel je potrebné zhodnotiť z rôznych perspektív.

Pre CNC obrábanie sa môže jednať o komplexnú úlohu. V praxi je však zavedená normohodina stroja + prípravný a prestavovací čas.

Pre cenotvorbu 3D tlače vychádzajú niektoré firmy z normohodiny stroja bez ohľadu na zložitosť dielov a počet kusov. Iné prehodnocujú každý atribút vrátane spotreby energie, materiálu a pod. Viac o tejto téme si môžete prečítať v tomto článku »

Čas výroby

Pri CNC obrábaní platí, že čím zložitejší diel a väčší pomer triesky k polotovaru, tým dlhší čas výroby.

U 3D tlači to neplatí. Hovorí sa, že tam je “zložitosť zadarmo”. Keďže je nanášaný materiál na ľubovoľné miesta v priestore, čas výroby je prakticky rovnaký pri tvarovo jednoduchom aj zložitom telese s rovnakým objemom.
Toto môže byť rozhodujúci faktor pri voľbe technológie.

Výrobné množstvá

3D tlač je známa svojou pružnosťou a rýchlosťou prestavenia.

Vo všeobecnosti môžeme konštatovať, že pri väčších množstvách kusov (100+), je efektívnejšie diely vyrábať pomocou CNC obrábania. Do 100 kusov je zase efektívnejšia technológia 3D tlače. Pri vstrekovaných dieloch vs. 3D tlačených je to cca 5000 ks.
Z toho vyplýva, že 3D tlač je najvhodnejšia pre kusovú a malosériovú výrobu, pričom CNC obrábanie pre väčšie výrobné série.
Z grafu nižšie súčasne vyplýva fakt, že cena s množstvom kusov je pri 3D tlači prakticky konštantná. Pri iných technológiách má tendenciu rapídne klesať s počtom kusov.

Porovnanie ceny 3D tlače z hľadiska množstva vyrobených kusov - Stepanek3D 
 Porovnanie ceny 3D tlače z hľadiska množstva vyrobených kusov 


Záver a zhrnutie

Hlavné nevýhody 3D tlače sú jej relatívne nízka presnosť, opakovateľnosť výroby a obmedzený výber materiálov. Ako nevýhody CNC obrábania môžeme uviesť relatívne vysokú cenu (pri zložitých dieloch) a vysoký čas výroby.

Nie je zanedbateľný ani ekologický aspekt, pričom pri 3D tlači vzniká minimum odpadu, čo hrá určite v prospech tejto technológie.

Keď si porovnáme ich vzájomné výhody a nevýhody, môžeme nájsť oblasť využitia 3D tlače. Tá sa nachádza pri dieloch, ktoré nevyžadujú vysoké presnosti a sú v nižších výrobných množstvách. Prípadne tam, kde potrebujeme pružne zareagovať na meniaci sa dopyt. 

Viac článkov o 3D tlači nájdete na stránke www.stepanek3d.sk

  • autor:
  • 3D Tlač - Stepanek3D
  • 3D Tlač - Stepanek3D

    3D Tlač - Stepanek3D

    3D scanning, 3D printing, editing of 3D models, plastic atypes, custom production, small series production, production of plastic prototypes.



You might also be interested



 

Latest Classifieds

Upcoming Events

Branch Dictionary