Een nieuwe trend in de productie, mogelijk gemaakt door efficiëntere materialen, is de wens om te printen in 3D functionele onderdelen die momenteel worden geproduceerd met CNC-bewerking, of dit nu in eigen beheer gebeurt of uitbesteed wordt aan een externe leverancier. Het kosten- en tijdbesparingsargument voor 3D-printing is overtuigend, en wanneer je een onderdeel in de cloud-gebaseerde Eiger-software integreert en ontdekt dat je de volgende dag voor een fractie van de kosten van vandaag onderdelen zou kunnen hebben, lijkt het kinderspel.

Met dit artikel willen we u helpen de volledige omvang van het 3D-printen en de CNC-bewerking te analyseren en de beste optie voor uw behoeften te selecteren.

Geometrie

Grootte van de elementen

Beide processen worden beperkt door de gereedschapsgrootte; met de CNC bepaalt de gereedschapsdiameter het kleinst mogelijke element. Bij 3D-printing bepaalt de straalpijpdiameter echter het kleinst mogelijke element dat kan worden geproduceerd. De matrijsdiameter voor 3D-printers op basis van extrusie ligt doorgaans tussen 0,25 mm en 0,8 mm, en de minimumafmeting voor deze apparaten is vier keer zo groot als de minimumafmeting voor elementen tussen 1,0 mm en 3,2 mm.

U kunt meer details over de minimale afmetingen van de functies voor continue vezelversterking vinden in onze Composite Design Guide. 

Oppervlaktebehandeling

Met de juiste gereedschappen zijn CNC-machines in staat om veel uniformere oppervlakken te produceren dan 3D-printers. 3D-printers zijn in staat om onderdelen te produceren voor montage en afwerking, maar CNC-bewerking kan de voorkeur krijgen voor onderdelen die een speciale oppervlakteafwerking nodig hebben voor het verbinden met andere precisiecomponenten.

Toleranties

Sommige van de beste 3D-composietprinters kunnen dimensionale toleranties tot +/- 0,005″ behouden en hebben meestal een conform oppervlak voor de persfit. Lichte tolerantiefouten op 3D geprinte onderdelen kunnen worden herwerkt. Afhankelijk van de andere kenmerken van het onderdeel kan het echter makkelijker zijn om het hele onderdeel te bewerken. Uw resultaten kunnen variëren afhankelijk van de machine, het materiaal en de onderdeelgeometrie.

Belast

Niet-structurele onderdelen zijn meestal gemakkelijk te produceren met behulp van conventionele 3D-printing. Structurele onderdelen die bestand zijn tegen hoge fysieke belastingen kunnen worden geproduceerd met continue vezelversterking of door CNC-bewerking. Terwijl continue vezelversterking een aanzienlijke verbetering in sterkte kan opleveren ten opzichte van andere 3D geprinte onderdelen, zijn composietdelen sterker in twee assen (X, Y) dan in Z en vertonen ze geen isotrope karakteristieken zoals metalen onderdelen. Om meer te weten te komen over hoe dit van invloed kan zijn op het ontwerp en de uitlijning van de onderdelen voor het printen, lees deze blogpost.

CNC versus 3D printen is een klassiek debat – hier een plank met printers die onderdelen maken.

Bekijk onze wit papier over hoe u uw eigen gereedschap en armaturen in 3D kunt printen!

Temperatuur

3D-printing en CNC-bewerking zijn beide in staat om onderdelen uit metalen en polymeren te produceren, dus het selectieproces is gericht op welk proces beter geschikt is om het materiaal te produceren dat u nodig hebt.

De servicetemperatuur van een bepaald metaal is meestal gerelateerd aan de smelttemperatuur. “Pure metalen verzwakken meestal sterk op ongeveer de helft van hun smeltpunt op de absolute temperatuurschaal (smeltpunt in graden F plus 459)”. Legeringen kunnen het toepassingsbereik meestal hoger maken, in sommige gevallen tot ongeveer 65% van de smelttemperatuur. 

3D-gedrukte composieten en polymeren hebben servicetemperatuurlimieten die lager zijn dan die van metalen. Gemarkeerde materialen mogen over het algemeen niet gedurende langere tijd bij hogere temperaturen dan 150 °C worden gebruikt.

Vochtigheid

Sommige polymeervezels absorberen vocht en kunnen door langdurige blootstelling of onderdompeling kracht verliezen. Een coating zoals Liquitex kan nodig zijn. Vocht tast over het algemeen het aluminium niet aan, maar kan staal doen roesten.

Chemicaliën

Als uw onderdeel wordt blootgesteld aan chemicaliën, moet u de chemische verenigbaarheid van uw materiaal met de chemische stof controleren. Hoewel veel metalen geschikt zijn voor gebruik met een breed scala aan chemicaliën, moet u altijd de compatibiliteit controleren voordat u een nieuw materiaal of een nieuwe omgeving gebruikt. Gemarkeerde materialen op basis van nylon zijn bestand tegen chemicaliën en worden niet beïnvloed door de meeste petrochemicaliën. Ze zijn niet geschikt voor gebruik in zeer zure of alkalische omgevingen.

Wanneer heb je het nodig?

Verwerking in het bedrijf

Als het onderdeel direct nodig is, er geen verdere vertraging in de uitvoering is en u een machine, operator, materialen en opspanmiddelen heeft, kunt u uw onderdeel met de CNC-machine bewerken. Als er meer dringende taken zijn of als het onderdeel kan wachten, kan het 3D-printen het onderdeel meestal de volgende dag afleveren, waardoor de operator tijd heeft voor belangrijkere taken.

CNC-bewerking is doorgaans in staat om materiaal veel sneller te verwijderen dan dat 3D-printing het kan toepassen. Grootte speelt meestal niet zo’n grote rol in de bewerkingstijd; de hoeveelheid bewerking die nodig is, is veel kritischer. Als de verhouding tussen het volume van het werkstuk en het afnamevolume zeer laag is (materiaalafname is hoog), kan 3D printen een goede optie zijn.

Bij 3D-printing is de grootte van het onderdeel van invloed op de tijd; grotere onderdelen hebben meer tijd nodig om te printen. Als een onderdeel in de palm van je hand past, kun je het meestal dezelfde dag nog krijgen. Voor kleinere onderdelen kan het 3D printen vaak sneller gaan dan het bewerken. Op een CNC machine moet u tijd besteden aan het verzamelen van voorraad, het schrijven van de G-code, het bepalen van de onderdeelopspanning, het instellen van gereedschappen en vervolgens het schoonmaken. Sommige onderdelen kunnen worden afgedrukt in de tijd die nodig is om een CNC machine op te zetten.

Verwerking buitenshuis

Het uitbesteden van bewerkte onderdelen duurt meestal minimaal enkele dagen, tussen de inspectie van de onderdelen, het maken van tekeningen, het maken van offertes en de verduidelijking met de inkoopafdeling. Dit kan, samen met de verzend- en levertijd af fabriek, leiden tot een zeer langdurig proces. In dit geval kan het printen een geschikte methode zijn om de pasvorm en afwerking te controleren, of om een onderdeel de volgende dag klaar te hebben voor gebruik terwijl er een permanent onderdeel wordt gesneden.

Hoeveel heb je er nodig?

Als u de kosten van kleine batchonderdelen opdeelt, komt het grootste deel van de kosten voort uit de tijd die nodig is voor het programmeren en instellen; de werkelijke tijd die nodig is voor het snijden van metaal is meestal vrij kort. Een groter productievolume wordt meestal bereikt door grotere armaturen te gebruiken om meer onderdelen onbeheerd te kunnen snijden. Naarmate de complexiteit van het onderdeel en het aantal functies toeneemt, kan ook de programmeertijd en het aantal benodigde opstellingen toenemen. De kosten van extra hoeveelheden nemen echter relatief snel af. Afhankelijk van de geometrie kan de CNC-technologie worden gebruikt voor bestellingen van honderden of duizenden onderdelen per maand, in termen van eenheidskosten, omdat de programmering en de set-up kunnen worden hergebruikt.

Bij 3D-printing wordt het programmeren (snijden) in minuten gedaan en de complexiteit heeft weinig invloed op de programmeertijd. Hoewel de kosten en moeite voor het eerste deel laag zijn, worden de kosten per deel niet sterk beïnvloed door de hoeveelheid. Het verhogen van de productiehoeveelheid wordt meestal bereikt door het gebruik van meerdere machines.

Wat is uw budget voor apparatuur en operators?

CNC-machines kunnen onbeheerd draaien als ze goed zijn ingesteld, maar meestal zijn getrainde fulltime operators en programmeurs cruciaal voor het succes. Het onderhoud van de machine is niet altijd gemakkelijk voor de eigenaar en vereist dure onderhoudsschema’s.

3D-printers kunnen gemakkelijk volledig onbeheerd worden uitgevoerd, operators hebben minimale training nodig en het programmeren wordt vereenvoudigd door software. De machines zijn over het algemeen gemakkelijk te onderhouden en hebben veel lagere onderhoudskosten.

CNC-machines en 3D-printers zijn beschikbaar in verschillende prijsklassen op basis van eigenschappen en productiekwaliteit, maar meestal zijn 3D-printers beschikbaar voor een veel lagere kapitaalinvestering dan een CNC-machine.

Additieve productie heeft lage up-front en operationele kosten, waardoor het ideaal is voor laag volume toepassingen zoals prototyping en tooling. Voor grotere volumes zijn bewerking en vervorming echter kosteneffectiever.

Het is zelden zo eenvoudig als een 1:1 procesuitwisseling, en 3D-printen zal niet al uw productieproblemen van de ene op de andere dag oplossen. Economische beperkingen beperken kosteneffectief 3D-printen tot lage productievolumes en materiaal- en procesbeperkingen kunnen het toepassingsgebied beperken. CNC-bewerking biedt daarentegen gunstige schaalvoordelen bij iets hogere aantallen, meestal in de orde van honderden stuks per maand.

Wilt u meer weten over onze printers? Vraag dan een demonstratie aan en zie zelf hoe sterk onze materialen zijn!

Vertaald uit het Engels.  
Origineel artikel van Charles Lu: https://markforged.com/blog/cnc-or-3d-print/