Чпу принтер: Преимущества и особенности работы 3D-принтера и ЧПУ

Преимущества и особенности работы 3D-принтера и ЧПУ

Эксперты рекомендуют

Автор: Алексей Чехович

Автор: Алексей Чехович

Преимущества 3D-печати металлом уже давно знакомы большинству специалистов: сокращение количества отходов, повышение эффективности производства и расширение функциональных возможностей благодаря большей свободе проектирования и гибкости. В то же время, высокая повторяемость при крупносерийном производстве и прецизионная обработка поверхностей (особенно когда речь идет о жестких допусках) – возможности, которые прочно ассоциируются с обработкой на станках с ЧПУ. Но что, если конкуренции не будет и выбирать из двух технологий не придется?

Инго Уккельманн, главный инженер по 3D-печати компании Materialise, рассказывает, почему эти технологии могут (и должны) дополнять друг друга, а не конкурировать между собой.

– Принято думать, что 3D-печать лучше подходит для изготовления металлических деталей, чем другие технологии, в том числе ЧПУ-обработка. Так ли это на самом деле?

– Нет. Это распространенное заблуждение. 3D-печать металлом, как и любая другая производственная технология, имеет преимущества и недостатки, которые нужно оценивать применительно к каждой конкретной задаче. Суть в том, что эта технология предлагает производителям просто еще один способ производства.

Если сравнивать 3D-печать с ЧПУ-обработкой, налицо несколько фундаментальных различий. Cтанки с ЧПУ используют субтрактивный процесс, а это означает больший расход материала. Если стоимость материала высока (а в случае с металлами, как правило, это так), то сокращение его расхода само по себе становится серьезным преимуществом.

Далее, станок формирует поверхность детали с помощью резца. Если подходящего инструмента нет – например, в случае с поднутрениями, – для его создания запускается еще один производственный процесс. В процессе обработки деталь должна быть надежно зафиксирована, а резец – иметь доступ ко всем ее поверхностям. Иногда это не под силу даже пятикоординатному станку. Также большинство резцов имеет цилиндрическую форму, и обеспечить идеальное исполнение углов проблематично. Вертикальные внутренние углы всегда будут скруглены – кроме тех случаев, когда используется поднутрение.

3D-печать – это аддитивный процесс, и для нее не требуется никаких специальных инструментов, кроме поддержек. Обработка углов и кромок не представляет сложности. С помощью 3D-печати можно изготавливать детали сложной геометрии, в том числе с внутренними каналами и полостями – это позволяет снизить вес изделий и расширить область их применения. При использовании 3D-принтера необходимость в изготовлении физических инструментов исчезает, уступая место программному обеспечению.

Многие производители думают, что обязательно нужно выбирать одну из двух технологий! На самом деле, можно добиться выдающихся результатов, правильно используя преимущества обеих.

– Но ведь эти преимущества не означают, что 3D-печать всегда лучше?

– Конечно. У станков с ЧПУ тоже есть свои плюсы, и один из них – высокая точность, до нескольких микрон по каждой оси, что позволяет получать идеальные поверхности без дополнительной обработки. В том, что касается погрешностей, ЧПУ-обработка также обычно превосходит 3D-печать – ведь нагревать и заново формовать материал не требуется. Кроме того, станки с ЧПУ отлично подходят для конечных деталей из тяжелых материалов.

Когда нет проектных требований, делающих 3D-печать необходимостью (внутренние каналы, сложная геометрия, снижение веса, монолитные конструкции и т.д.), субтрактивная обработка оказывается более привлекательной для мелкосерийного производства с точки зрения скорости, стоимости.

Проблема в том, что многие производители думают, что обязательно нужно выбирать одну из двух технологий! На самом деле, можно добиться выдающихся результатов, правильно используя преимущества обеих.

– Можете привести примеры? Как производители могут использовать обе технологии одновременно?

– Я уже говорил о допусках. В автомобилестроении, авиакосмической промышленности и других отраслях, где требуется высокая точность изготовления металлических деталей, невозможно обеспечить допустимые погрешности, используя только 3D-печать. С другой стороны, выгоды 3D-печати в подобных случаях – возможность снизить массу и улучшить эргономику деталей. Обрабатывая напечатанные детали на станках с ЧПУ, производители «убивают двух зайцев»: в некоторых случаях можно добиться погрешности ±0,005 мм.

При жестких допусках необходима идеальная обработка поверхности, особенно когда критически важна абсолютно точная подгонка деталей. В таких ситуациях можно печатать детали с запасом по размеру, а затем обрабатывать их, например, на пятикоординатном фрезерном станке с ЧПУ, добиваясь требуемой точности.

Материалы представляют собой отдельное преимущество. Раньше 3D-принтеры зачастую не могли обеспечить надлежащие механические характеристики (прочность, коррозионную стойкость, теплоизоляционные свойства) титана, алюминия, инконеля или нержавеющей стали. Теперь же эти материалы, а также множество других сплавов и суперсплавов в полной мере доступны для 3D-печати. Используя станки с ЧПУ для высокоточной постобработки напечатанных изделий, инженеры-разработчики получают гораздо большую гибкость в работе с уже известными им материалами.

Важно не забывать и такой момент. 3D-печать открывает новые возможности для оптимизации конструкции; аналогично, файлы, предназначенные для 3D-печати, можно оптимизировать для станков с ЧПУ, что позволяет дополнительно сэкономить. Повороты, перемещения, сложный и долгий технологический процесс, специальные крепления – все известные недостатки ЧПУ-обработки при использовании 3D-печати устраняются полностью. 3D-принтер выполняет основную работу, создавая изначальную конструкцию, а конечная обработка (типа нарезки точной резьбы) – простой, но очень важный этап производства – остается за станками с ЧПУ.

И, наконец, 3D-печать металлических деталей с последующей обработкой на станках с ЧПУ часто намного быстрее и дешевле создания новой пресс-формы для литья под давлением. Добавьте к этому преимущества работы с CAD-моделями — и сразу станет ясно, почему эта «звездная пара» технологий привлекает внимание производителей.

– Оба производственных метода используют цифровые технологии. Значит ли это, что их проще объединить в один процесс?

– Несомненно. Если предполагается ЧПУ-обработка, повысить эффективность процесса можно при проектировании деталей для 3D-печати. Настройки данных сразу приводятся в строгое соответствие с требованиями ЧПУ, и это позволяет ускорить производство и финишную обработку. Интеграция позволяет устранить задержки, неизбежные при использовании двух отдельных решений. Общее время 3D-печати и фрезеровки детали сокращается до 12 рабочих дней!

Материал предоставлен компанией Materialise
Фото в заставке © cookelma / Getty Images/iStockphot

Хотите увидеть лучшие примеры оптимизации производства с использованием 3D-печати готовых металлических изделий? Скачайте нашу обновленную бесплатную брошюру:

Статья опубликована 26. 08.2019 , обновлена 12.05.2021

3D-печать или обработка с ЧПУ

Ускоряем разработку продукта, сокращаем затраты с помощью цифровой производственной платформы.

Получить мгновенную оценку

Загрузка в производство за 5 мин.

Технология фрезерования с ЧПУ существует c 50-х годов 20 века и, по сути, является противоположностью 3D-печати. В случае с 3D-печатью компьютер управляет печатающей головкой принтера, которая «добавляет» материал в трёх измерениях, при обработке с ЧПУ управляется фрезерный инструмент, который удаляет материал. В способе формирования заданной геометрии и заключается ключевая разница между двумя технологиями.

Проектирование 3D-моделей для станков с ЧПУ и 3D-принтеров часто осуществляется на одном и том же программном обеспечении, но уже на следующем этапе подготовки выходных данных используются абсолютно различные методы преобразования. Так, для обработки с ЧПУ используется твердотельная модель, образованная объемными элементами — телами, а для 3D-печати поверхностная — состоящая из полигонов или оболочки. 

Несмотря на то, что 3D-печать может показаться развивающейся и не до конца сформированной технологией, новые принтеры продолжают появляться на производствах в качестве альтернативы станкам с ЧПУ. Многие компании, знакомясь с 3D-печатью, сталкиваются со сложностью новой технологии, но продолжают искать способы и области ее применения в своем бизнесе.

Разные цели

Фрезерные станки с ЧПУ и 3D-принтеры обладают разными технологическими возможностями и ограничениям, которые позволяют решать разные задачи.

Фрезерный станок с ЧПУ позволяет эффективно производить в больших тиражах крупные, тяжелые и высокоточные изделия, которые можно использовать для производства торгового и промышленного оборудования, машин, двигателей. Технология с ЧПУ позволяет также производить небольшие партии продукции, но как правило, с более высокой стоимостью единицы.

Гибкость 3D-печати даёт возможность быстро переключаться между различными изделиями. Однако, поскольку стоимость единицы продукта всегда одинакова, независимо от количества, использование 3Д-печати экономически не обосновано для крупных тиражей.

Адаптируемость 3D-печати делает ее полезной для создания уникальных, персонализированных дизайнов, например, для производства индивидуальных имплантатов для травматологии или стоматологии.

Выбор технологии

При выборе между ЧПУ и 3D-печатью, есть несколько простых рекомендаций, которые можно применить к процессу принятия решений.

Выбирайте 3D-печать в следующих случаях:

• традиционные методы не позволяют изготовить деталь, например, для очень сложных геометрий

• время производства имеет решающее значение, напечатанные детали могут быть произведены в течение 24 часов

• низкая стоимость для небольших тиражей, количество идентичных деталей (менее 10)

• материалы, которые сложно обработать, но есть возможность напечатать, например, сплавы некоторых металлов

Обработка с ЧПУ:

• предлагает высокую точность и равномерность механических свойств во всему объему изделия (изотропность, в противовес анизотропным свойствам у напечатанных изделий), но обычно это обходится дороже, особенно при небольших объемах

• стабильность временных затрат и результат при отработанном технологическом процессе

При этом ключевым фактором является общее количество изделий — тираж. И если требуется массовое производство изделий (сотни и более), то ни ЧПУ, ни 3D-печать не могут быть экономически выгодным вариантом. Традиционные технологии формования, такие как литьё по выплавляемым моделям или литьё под давлением будут лучшим выбором.

Материалы

Обработка с ЧПУ в основном применяется для обработки металлов и модельных пластиков:

• Пластмассы: ABS, нейлон, поликарбонат, ПЭЭК

• Металлы: алюминий, нержавеющая сталь, титан, латунь

3D-печать преимущественно работает с пластмассами и, в меньшей степени, с металлами:

• Пластмассы: нейлон, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU

• Металлы: титан, нержавеющая сталь, кобальт-хромовые сплавы

Сложность геометрии изделия

ЧПУ

Существует ряд ограничений, которые необходимо учитывать при проектировании деталей для обработки с ЧПУ, включая доступ к инструменту и допуски. Особенность обработки с ЧПУ — внутренние углы изделия, которые всегда имеют радиус из-за формы режущего инструмента, но внешние поверхности могут иметь острые края. Также большинство нестандартных геометрий требуют вращения детали для доступа к различным сторонам. Перестановка заготовки увеличивает время обработки, также могут потребоваться нестандартные приспособления и дополнительный крепеж, что в совокупности влияет на окончательную стоимость изделия. Читайте рекомендации по проектированию для обработки с ЧПУ.

ЗD-печать

Способность создавать очень сложные геометрии является одним из ключевых преимуществ 3D-печати. Технология имеет меньше ограничений, но при этом следует учитывать возможную толщину стенки детали, габаритные размеры, а также необходимость в построении поддержки для большинства типов печати.

Производственный процесс

ЧПУ

Основное отличие процесса обработки с ЧПУ в том, что после поступления CAD-файла на производство технолог или инженер прорабатывает выбор инструмента, скорость обработки, траекторию движения инструмента и изменение положения детали. Все эти факторы сильно влияют на качество конечной детали и время работы. То есть процесс подготовки является трудоёмким, а также само производство в большинстве случает требует присутствия оператора.

3D-печать

В 3D-печати оператор принтера подготавливает выбирает ориентацию модели в принтере и добавляет поддержку, а затем отправляет файл на принтер, где он печатается без дополнительного участия специалиста.

Постобработка

Также к деталям как после механической обработки, так и 3D-печати может быть применён ряд методов постобработки, которые улучшают функциональность и внешний вид изделия:

• cтруйная обработка

• термическая обработка

• анодирование

• окрашивание, порошковое покрытие

• шлифовка и полировка

Для напечатанных изделий может дополнительно проводиться постобработка на станках с ЧПУ для повышения точности и качества поверхности, детали изготавливаются с заложенным припуском, после чего материал удаляется механически.

Выводы

В определенной степени технологии ЧПУ и 3D-печать частично совпадают по своим возможностям, но у каждой из них есть свои сильные и слабые стороны, которые делают их подходящими для решения конкретных задач.

Фрезерные станки с ЧПУ обычно лучше всего подходят для проектов, в которых требуются сложные высокоточные изделия с тиражом производства от 100 до 1000 изделий. 3D-печать идеально подходит для создания прототипов и персонализированных, индивидуальных продуктов.

Сравните также:
Литьё полиуретана против литья под давлением
Технологии 3D-печати
Виды и свойства полиуретана

Ремесленная 3D-печать всеми металлами | Лазерный гравер с ЧПУ
-Snapmaker

Основная информация

Стандартный модуль 3D-печати

ОДНОЙ экструзия

ОДНОЙ экструзия

Двойная экструзия

Стандартный лазерный модуль

1600MW

Стандартный модуль CNC

Включенные

Стандартный CNC Module

. Включенный

Стандартный CNC Module

. Включенный

Стандартный CNC Module

. Кнопка

Конструкция с быстрой заменой

Сенсорный дисплей

5 дюймов

5 дюймов

7 дюймов

Размеры машины
(Ш × Г × В)

495 мм × 506 мм × 580 мм
405 мм × 424 мм × 490 мм

3 495 мм × 506 мм мм × 424 мм × 490 мм

580 мм × 620 мм × 634 мм

Размеры корпуса
(Ш × Г × В)

820 мм × 626 мм × 603 мм
624 мм × 530 мм × 507 мм

2 820 мм × 626 мм × 603 мм

624 мм × 530 мм × 507 мм

665 мм × 943 мм × 705 мм

Программное обеспечение

Номинальная мощность

350W + 400W

Motion

Чип драйвера двигателя Linear Module

TMC2209

TMC2209

TMC2209

x-осо 100 мм/с

100 мм/с

180 мм/с

3D-печать

3D-печать Одинарный
Модуль экструзии

Стандартный

0005

Двойной экструзионный модуль

Дополнительный

Дополнительный

Стандартный

Сборка

Стальная пластина с ПК
на стикерах с обеих сторон

Стальная пластина с ПК
на стилетах на обеих сторонах

Двойной
PEI-Coated Glaser Coted Glaser.

Поддерживаемое сопло
Диаметр

Стандарт:
Сопло 0,4 мм, латунь

Стандарт:
Сопло 0,4 мм, латунь

Стандарт:
Сопло 0,4 мм, латунь

Дополнительное:
0,2 мм латунное сону,
0,6 мМ латунное сопла,
0,8 мМ латунное сопла,
0,4 мм закаленная сону

Максимум сопла
Температура

Зона с высокой температурой

260 мм × 260 ММ

Зона

260 мм × 260 ММ

Зона

260 мм × 260 ММ

955

260 мм × 260 ММ

260 мм × 260 ММ

Зона

Скорость нагрева
нагреваемого слоя

Нагрев до
60°C за 4–5 мин

Нагрев до
60°C за 4–5 мин

Зона высоких температур:
Нагрев до 60°C за от 2 до 3 мин
Вся зона обогрева:
Нагрев до 60°C за 4-5 минут

Максимальная температура
нагреваемого слоя

80°C/100°C

80°C/100°C

80°C/100°C Высокотемпературный
Зона: 110°C
Внешняя зона: 80°C

Поддерживаемые материалы

PLA, ABS, PETG, TPU

PLA, ABS, PETG, TPU

PLA, ABS, PETG, TPU, PVA,
Breakaway PLA , HIPS,
PA-CF, PA-GF, ASA

Рабочая зона (Ш × Г × В)

Одиночный экструзионный модуль:
320 мм × 350 мм × 330 мм
230 мм × 250 мм × 235 мм

Одиночный модуль экструзии:
320 мм × 350 мм × 330 мм
230 мм × 250 мм × 235 мм

Двойной модуль экструзии:
350 мм × 400 мм 9002 400 мм Laser Engraving and Cutting

1600mW Laser Module

Standard

Optional

Optional

10W Laser Module

Optional

Optional

Standard

Maximum
Engraving Speed ​​

15 mm/s

зависит от выбранного лазерного модуля

100 мм/с

Максимальная глубина резания

1,5 мм Paulownia

В зависимости от выбранного лазерного модуля

8 мм Paulownia

Стандартная камера

NOW WIDE

Защики запоздания

Стандартная камера

NOI WID Выбранный лазерный модуль

Широкоугольный

Поддерживаемый
Материалы для гравировки

Липа, павловния, сосна, фанера, бамбук, кожа, ткань, бумага, темный акрил (синий исключен)

Зависит от выбранного лазерного модуля

Липа, павловния, сосна, фанера, бук, орех, бамбук, МДФ, окрашенный металл, медный ламинат, белая жесть, нержавеющая сталь, анодированный алюминий, темное стекло, шифер, керамика, нефрит, Мрамор, сланец, кожа, ткань, холст, гофрированная бумага, картон, пластик, темный акрил (за исключением синего)

Поддерживаемая резка
Материалы

Липа, павловния, сосна, фанера, бумага, темный акрил (за исключением синего)

Зависит на выбранном лазерном модуле

Липа, павловния, сосна, фанера, бук, орех, бамбук, МДФ, кожа, ткань, холст, гофрированная бумага, картон, пластик, темный акрил (исключая синий)

Рабочая зона (Ш × Г)

320 мм × 350 mm
230 mm × 250 mm

320 mm × 350 mm
230 mm × 250 mm

400 mm × 400 mm

CNC Carving

50W CNC Module

Standard

Optional

Optional

Модуль ЧПУ 200 Вт

Несовместимый

Несовместимый

Стандарт

Максимальная скорость шпинделя

12 000 об/мин

12 000 об/мин

18 000 об/мин

Максимальная скорость работы [1]

Beech: 16 ММ/S
ACRYL: 10 ММ/S. 2000/S.2000/S

95599505

. Бук: 16 мм/с
Акрил: 10 мм/с

Бук: 50 мм/с
Акрил: 33 мм/с

Максимальный шаг вниз

Бук: 1 мм
Акрил: 0,5 мм

Бук0: 35 мм Акрил: 0,5 мм

Бук: 2 мм
Акрил: 1 мм

Поддерживаемые материалы

Твердая древесина (бук, орех), хвойная древесина, акрил, печатная плата, углеродное волокно, нефрит

Твердая древесина (бук, орех), хвойная древесина, акрил, печатная плата, углеродное волокно, нефрит

Твердая древесина (Бук, Орех), Мягкая древесина, ХДФ, МДФ, Фанера, Нефрит, Углеродное волокно, Акрил, Эпоксидная смола Инструментальная доска, Печатная плата

Рабочая зона (Ш × Г × В)

320 мм × 350 мм × 275 мм
230 мм × 250 мм × 180 мм

320 мм × 350 мм × 275 мм
230 мм × 250 мм × 180 мм

400 мм × 400 мм × 400 мм

[1] Данные получены при резке бука двухканальной плоской фрезой 3,175 мм и акрила одноканальной плоской фрезой 3,175 мм. В зависимости от используемых насадок с ЧПУ и материалов скорость резания может варьироваться.

Лучшие филаментные материалы PLA онлайн – Snapmaker

Перейти к содержимому

Фильтр
FilterFeatureMaterialsSnapmaker 2.0Snapmaker ArtisanSnapmaker J1Snapmaker Original

Сортировка
СортировкаЛучшиеЛучшие продажиПо алфавиту, от A до ZПо алфавиту, от Z до AЦена, от низкой к высокойЦена, от высокой к низкойДата, от старой к новойДата, от новой к старой

Быстрый просмотр

Нить PLA (1 кг)

Обычная цена
24,99 долларов США
Цена продажи
от 18,74 долларов США

Быстрый просмотр

Нить PETG (1 кг)

24,99 долл. США

Быстрый просмотр

Нить ТПУ (1 кг)

34,99 долл. США

Быстрый просмотр

Лист липы для Snapmaker 2.0 (5 шт. в упаковке)

Обычная цена
6,9 долларов США9
Цена продажи
от 3,99 долларов США

Быстрый просмотр

Древесная нить PLA (750 г)

29,99 долл. США

Быстрый просмотр

Комплект материалов для поворотного модуля (3 шт.)

19,99 долл. США

Быстрый просмотр

Матовый акриловый лист для Snapmaker 2.0 (5 шт. в упаковке)

Обычная цена
9,99 долларов США
Цена продажи
от 4,99 долларов США

Быстрый просмотр

Светящаяся в темноте нить PLA зеленого цвета (1 кг)

27,99 долл. США

Быстрый просмотр

Лист липы для оригинального Snapmaker (10 шт.)

Обычная цена
5,99 долларов США
Цена продажи
2,99 долл. США

Быстрый просмотр

Деревянный лист МДФ для Snapmaker 2.0 (5 шт. в упаковке)

от 9,99 долл. США

Быстрый просмотр

Лист из углеродного волокна (3 шт.)

Обычная цена
18,99 долларов США
Цена продажи
9,99 долларов США

Быстрый просмотр

Лист POM (3 шт. )

Обычная цена
9,99 долларов США
Цена продажи
4,99 долл. США

Быстрый просмотр

Нить ПВА (500 г)

34,99 долл. США

Быстрый просмотр

Нить ABS (1 кг)

24,99 долл. США

Быстрый просмотр

Черная нить TPU95 High Flow (1 кг)

44,99 долл. США

Быстрый просмотр

Лист липы для Snapmaker Artisan (5 шт. в упаковке)

19,99 долл. США

Быстрый просмотр

Черная нейлоновая нить (1 кг)

59,99 долл. США

Быстрый просмотр

Белая отрывная PLA-нить (1 кг)

54,99 долл. США

Быстрый просмотр

Деревянный лист МДФ для оригинального Snapmaker (10 шт.)

Обычная цена
9,99 долларов США
Цена продажи
4,99 долл.