CNC im Vergleich zum 3D-Druck:

Was ist der optimale Weg, um Ihre Teile herzustellen?

Ein neuer Trend in der Fertigung, der durch leistungsfähigere Materialien ermöglicht wird, ist der Wunsch, Funktionsteile, die gegenwärtig mit CNC-Bearbeitung hergestellt werden, in 3D zu drucken, unabhängig davon, ob dies im eigenen Haus geschieht oder an einen externen Anbieter ausgelagert wird. Das Argument der Kosten- und Zeitersparnis beim 3D-Druck ist überzeugend, und wenn Sie ein Teil in der Cloud-basierten Eiger-Software integrieren, und feststellen, dass Sie am nächsten Tag Teile für einen Bruchteil der heutigen Kosten haben könnten, scheint es wie ein Kinderspiel.

Mit diesem Artikel möchten wir Ihnen helfen, den gesamten Umfang des 3D-Drucks und der CNC-Bearbeitung zu analysieren und die beste Option für Ihre Zwecke auszuwählen.

Geometrie

Größe der Elemente

Beide Prozesse sind durch die Werkzeuggröße begrenzt; bei der CNC bestimmt der Werkzeugdurchmesser das kleinste mögliche Element. Beim 3D-Druck hingegen bestimmt der Düsendurchmesser das kleinste mögliche Element, das hergestellt werden kann. Der Düsendurchmesser für extrusionsbasierte 3D-Drucker liegt typischerweise zwischen 0,25 mm und 0,8 mm, und die Mindestgröße für diese Geräte ist das Vierfache, woraus sich eine Mindestgröße für Elemente zwischen 1,0 mm und 3,2 mm ergibt.

Weitere Informationen über die Mindestgröße der Elemente für die kontinuierliche Faserverstärkung finden Sie in unserem Webinaren. 

Oberflächenbearbeitung

Mit den richtigen Werkzeugen sind CNC-Maschinen in der Lage, wesentlich gleichmäßigere Oberflächen zu erzeugen als 3D-Drucker. 3D-Drucker sind in der Lage, Teile für die Passung und Endbearbeitung herzustellen, aber für Teile, die eine besondere Oberflächengüte für die Verbindung mit anderen Präzisionskomponenten erfordern, kann eine CNC-Bearbeitung vorzuziehen sein.

Toleranzen

Einige der besten 3D-Verbunddrucker können Maßtoleranzen bis zu +/- 0,005″ einhalten und besitzen typischerweise eine konforme Oberfläche für die Einpressung. Geringe Toleranzfehler bei 3D-Druckteilen können nachbearbeitet werden. Je nach den anderen Merkmalen des Teils kann es jedoch einfacher sein, das ganze Teil zu bearbeiten. Ihre Ergebnisse können je nach Maschine, Material und Teilegeometrie variieren.

Belastung

Nicht-strukturelle Teile sind typischerweise leicht mit dem konventionellen 3D-Druck zu realisieren. Strukturteile, die hohen physikalischen Belastungen standhalten müssen, können mit kontinuierlicher Faserverstärkung oder durch CNC-Bearbeitung hergestellt werden. Während die kontinuierliche Faserverstärkung eine deutliche Verbesserung der Festigkeit gegenüber anderen 3D-Druckteilen bieten kann, sind Verbundteile in zwei Achsen (X, Y) stärker als in Z und weisen keine isotropen Merkmale wie Metallteile auf. Um mehr darüber zu erfahren, wie sich dies auf die Konstruktion und Ausrichtung von Teilen für den Druck auswirken kann, lesen Sie diesen Blogbeitrag.

CNC im Vergleich zum 3D-Druck ist eine klassische Debatte – hier ein Regal von Druckern, die Teile herstellen.

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Temperatur

3D-Druck und CNC-Bearbeitung sind beide in der Lage, Teile aus Metallen und Polymeren herzustellen, so dass die Auswahl sich darauf konzentriert, welches Verfahren für die Herstellung des von Ihnen benötigten Materials besser geeignet ist.

Die Gebrauchstemperatur eines bestimmten Metalls hat typischerweise einen Zusammenhang mit seiner Schmelztemperatur. „Reine Metalle schwächen sich üblicherweise bei etwa der Hälfte des Schmelzpunktes auf der absoluten Temperaturskala (Schmelzpunkt in Grad F plus 459) stark ab.” Legierungen können den Anwendungsbereich typischerweise höher anheben, in einigen Fällen auf etwa 65% der Schmelztemperatur. 

3D-gedruckte Verbundwerkstoffe und Polymere haben Gebrauchstemperaturgrenzen, die niedriger sind als bei Metallen. Markforged-Materialien sollten in der Regel nicht über einen längeren Zeitraum bei höheren Temperaturen über 150 °C verwendet werden.

Feuchtigkeit

Einige Polymerfasern absorbieren Feuchtigkeit und können durch längeres Aussetzen oder Eintauchen an Festigkeit verlieren. Gegebenenfalls ist eine Beschichtung, wie z.B. Liquitex, erforderlich. Feuchtigkeit greift Aluminium in der Regel nicht an, kann aber Stahl rosten lassen.

Chemikalien

Wenn Ihr Teil Chemikalien ausgesetzt ist, müssen Sie die chemische Kompatibilität Ihres Materials mit der Chemikalie überprüfen. Auch wenn viele Metalle für die Verwendung mit einer Vielzahl von Chemikalien geeignet sind, ist vor der Verwendung eines neuen Materials oder einer neuen Umgebung immer die Kompatibilität zu prüfen. Materialien auf Nylonbasis von Markforged sind chemikalienbeständig und werden von den meisten Petrochemikalien nicht angegriffen. Sie sind nicht für den Einsatz in stark sauren oder basischen Umgebungen geeignet.

Wann benötigen Sie es?

Bearbeitung im Unternehmen

Wenn das Teil unverzüglich benötigt wird, es keine weiteren Verzögerungen bei der Ausführung gibt und Sie über eine Maschine, einen Bediener, Materialien und Aufnahmen verfügen, können Sie Ihr Teil mit der CNC-Maschine bearbeiten. Wenn es eiligere Aufgaben gibt oder das Teil warten kann, kann der 3D-Druck in der Regel am nächsten Tag das Teil liefern, was dem Bediener Zeit für wichtigere Aufgaben gibt.

Die CNC-Bearbeitung ist in der Regel in der Lage, Material viel schneller zu entfernen, als der 3D-Druck aufbringen kann. Die Größe spielt in der Regel nicht so sehr mit der Bearbeitungszeit zusammen; der erforderliche Zerspanungsaufwand ist viel kritischer. Wenn das Verhältnis von Werkstückvolumen zum Abschliffvolumen sehr niedrig ist (der Materialabtrag ist hoch), kann der 3D-Druck eine gute Option sein.

Beim 3D-Druck hat die Größe des Teils einen Einfluss auf die Zeit; größere Teile brauchen länger zum Drucken. Wenn ein Teil in die Handfläche passt, können Sie es in der Regel noch am selben Tag bekommen. Bei kleineren Teilen kann es oft schneller sein, 3D-Drucke zu erstellen als zu zerspanen. An einer CNC-Maschine müssen Sie Zeit damit verbringen, Lagerbestände zu beschaffen, den G-Code zu schreiben, die Werkstückaufnahme zu ermitteln, Werkzeuge einzurichten und danach zu reinigen. Einige Teile können in der Zeit gedruckt werden, die benötigt wird, eine CNC-Maschine einzurichten.

Außer-Haus-Bearbeitung

Der Prozess der Auslagerung von maschinell bearbeiteten Komponenten dauert in der Regel mindestens mehrere Tage, zwischen der Überprüfung der Teile, der Erstellung von Zeichnungen, der Angebotserstellung und der Abklärung mit dem Einkauf. Dies kann, zusammen mit dem Versand und der Lieferzeit ab Werk, zu einem sehr langwierigen Prozess führen. Der Druck kann in diesem Fall eine geeignete Methode sein, um Passgenauigkeit und Verarbeitung zu überprüfen oder ein Teil am nächsten Tag einsatzbereit zu haben, während ein dauerhaftes Teil zugeschnitten wird.

Wie viele benötigen Sie?

Wenn Sie die Kosten für Kleinserienteile aufschlüsseln, stammt der Großteil der Kosten aus der Zeit, die für die Programmierung und Einrichtung benötigt wird; die tatsächliche Zeit für das Schneiden von Metall ist in der Regel recht kurz. Die Erhöhung der Produktionsmenge wird in der Regel durch größere Aufspannungen erreicht, um mehr Teile unbeaufsichtigt zu schneiden. Mit zunehmender Komplexität des Teils und der Anzahl der Merkmale können auch die Programmierzeit und die Anzahl der erforderlichen Aufspannungen steigen. Die Kosten für zusätzliche Stückzahlen sinken jedoch relativ schnell. Je nach Geometrie kann die CNC-Technik in Hinsicht auf die Stückkosten für Aufträge von Hunderten oder Tausenden von Stücken im Monat eingesetzt werden, da die Programmierung und Einrichtung wiederverwendet werden kann.

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 das erste Teil gering sind, werden die Kosten pro Teil nicht stark durch die Menge beeinflusst. Die Vergrößerung der Produktionsmenge wird in der Regel durch den Einsatz von mehreren Geräten erreicht.

Wie hoch ist Ihr Budget für Geräte und Bediener?

CNC-Maschinen können bei richtiger Einrichtung unbeaufsichtigt laufen, aber in der Regel sind geschulte Vollzeitbediener und Programmierer erfolgsentscheidend. Die Wartung der Maschinen ist für den Besitzer nicht immer einfach und erfordert teure Wartungspläne.

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

CNC-Maschinen und 3D-Drucker sind in verschiedenen Preisklassen erhältlich, die auf Funktionen und Fertigungsqualität basieren, aber normalerweise sind 3D-Drucker für einen deutlich geringeren Investitionsaufwand als eine CNC-Maschine erhältlich.

Die Vorlauf- und Betriebskosten der additiven Fertigung sind gering, so dass sie sich ideal für Anwendungen mit geringer Stückzahl wie Prototyping und Werkzeugbau eignet. Bei höheren Stückzahlen sind jedoch Zerspanung und Umformung kostengünstiger.

In den seltensten Fällen ist die Sache so einfach wie ein 1:1-Prozessaustausch, und der 3D-Druck wird nicht alle Ihre Produktionsprobleme über Nacht lösen. Wirtschaftliche Einschränkungen begrenzen die kosteneffiziente Stückzahl für den 3D-Druck auf niedrige Stückzahlen, und die Material- und Prozessbeschränkungen können den Anwendungsbereich einschränken. Die CNC-Bearbeitung hingegen bietet günstige Größenvorteile, wenn die Stückzahlen etwas höher sind, meist in der Größenordnung von Hunderten von Stücken pro Monat.

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Übersetzt aus dem Englischen.  
Originalbeitrag von Charles Lu: https://markforged.com/blog/cnc-or-3d-print/