3D printing vs. CNC machining

CNC obrábanie resp. konven�né technológie obrábania sú �asom relatívne vyzreté technológie, ktoré sa za desiatky rokov dostali do sú�asnej podoby a umo��ujú presné odoberanie triesky aj z pevných a hú�evnatých alebo pevných materiálov ako sú kalené ocele, uš�achtilé ocele, titanové zliatiny a pod. 
Ako je na tom 3D tla�? Tá vznikla len v roku 1986, a len v posledných nieko�kých rokoch sa za�ína presadzova� aj v priemyselných aplikáciách, kde mô�e v ur�itých prípadoch nahradi� aj CNC obrábanie. V mnohých oblastiach však 3D tla� stále zaostáva, vývoj však ide rapídne dopredu.

Po�me si ich teda porovna� z h�adiska jednotlivých atribútov.

Výrobná presnos�

Je zrejmé, �e vo výrobných presnostiach jednozna�ne vyhráva CNC obrábanie, kde je mo�né za ur�itých okolností vyrába� v toleranciách ±0,001 mm (aj ni�ších).
Aké presnosti mô�eme dosiahnu� v 3D tla�i? Vzh�adom na to, �e aditívne technológie zah��ajú viacero technológií, v tabu�ke ni�šie nájdete preh�ad dosiahnute�ných presností pre jednotlivé technológie:

Z daného preh�adu vyplýva, �e pre funk�né diely nemusia by� dosta�ujúce ani najlepšie dosiahnute�né tolerancie ±0,1 mm.

Je vhodné si však uvedomi�, �e mnohokrát ani pri CNC obrábaní nie sú potrebné úzke toleran�né polia. Práve pre výrobky s ni�šími presnos�ami mô�e by� 3D tla� lepšia vo�ba.

Presnos� 3D tla�e

Opakovate�nos� výroby

V tejto oblasti zatia� takisto jasne ví�azí CNC obrábanie s vysokou opakovate�nos�ou výroby. Tá súvisí s konštrukciou samotných strojov a ich technologickým princípom, ktorý zaru�uje jednozna�né a presné pohyby nástrojov, pri�om polotovar je pevne fixovaný.

Pri 3D tla�i opakovate�nos� súvisí s nestabilitou výrobného procesu. V najvä�šej miere vytvrdzovací proces samotného materiálu, pri�om vedenia aj konštrukcia mô�u by� obdobné s CNC strojmi. To sa prejaví na vyšších nepresnostiach a zní�ených mechanických vlastnostiach daných dielov.

Tento deficit je mo�né rieši� zosilnením kritických miest a rozšírením toleran�ných polí.

Opakovate�nos� 3D tla�e

Výber materiálov

Pre CNC obrábanie je portfólio a výber materiálov ve�mi široký. Pod�a portálu teamrapidtooling sa v sú�asnosti najviac vyu�ívajú hliníkové zliatiny, nerezová oce�, ABS plast, PMMA (plexisklo) a mosadz.

Pre 3D tla� je výber materiálov komplexná téma, preto�e pod�a normy ISO/ASTM 52900 existuje 7 štandardizovaných technológií 3D tla�e (aditívnych technológií).

Ke�e ka�dá z nich má iný výrobný proces, mô�ete si viac pre�íta� v �lánku - Aké materiály sa pou�ívajú pri 3D tla�i?

Pod�a posledného prieskumu Sculpteo z roku 2019 sú pre 3D tla� najviac vyu�ívané termoplasty, na druhom mieste reaktoplasty a následne kovy a kompozity.

Ich výber je však zatia� relatívne obmedzený, �o zu�uje mo�nosti týchto technológií. Na druhú stranu sa však ve�mi dynamicky vyvíjajú a ro�ne pribudnú desiatky unikátnych materiálov, ktoré zvyšujú potenciál tejto technológie do �alších rokov.

Materiály pre 3D tla�

Cena

Cena je ve�mi diskutabilný a sú�asne ve�mi individuálny atribút výroby, preto�e ka�dý diel je potrebné zhodnoti� z rôznych perspektív.

Pre CNC obrábanie sa mô�e jedna� o komplexnú úlohu. V praxi je však zavedená normohodina stroja + prípravný a prestavovací �as.

Pre cenotvorbu 3D tla�e vychádzajú niektoré firmy z normohodiny stroja bez oh�adu na zlo�itos� dielov a po�et kusov. Iné prehodnocujú ka�dý atribút vrátane spotreby energie, materiálu a pod. Viac o tejto téme si mô�ete pre�íta� v tomto �lánku »

�as výroby

Pri CNC obrábaní platí, �e �ím zlo�itejší diel a vä�ší pomer triesky k polotovaru, tým dlhší �as výroby.

U 3D tla�i to neplatí. Hovorí sa, �e tam je “zlo�itos� zadarmo”. Ke�e je nanášaný materiál na �ubovo�né miesta v priestore, �as výroby je prakticky rovnaký pri tvarovo jednoduchom aj zlo�itom telese s rovnakým objemom.
Toto mô�e by� rozhodujúci faktor pri vo�be technológie.

Výrobné mno�stvá

3D tla� je známa svojou pru�nos�ou a rýchlos�ou prestavenia.

Vo všeobecnosti mô�eme konštatova�, �e pri vä�ších mno�stvách kusov (100+), je efektívnejšie diely vyrába� pomocou CNC obrábania. Do 100 kusov je zase efektívnejšia technológia 3D tla�e. Pri vstrekovaných dieloch vs. 3D tla�ených je to cca 5000 ks.
Z toho vyplýva, �e 3D tla� je najvhodnejšia pre kusovú a malosériovú výrobu, pri�om CNC obrábanie pre vä�šie výrobné série.
Z grafu ni�šie sú�asne vyplýva fakt, �e cena s mno�stvom kusov je pri 3D tla�i prakticky konštantná. Pri iných technológiách má tendenciu rapídne klesa� s po�tom kusov.

Porovnanie ceny 3D tla�e z h�adiska mno�stva vyrobených kusov

Záver a zhrnutie

Hlavné nevýhody 3D tla�e sú jej relatívne nízka presnos�, opakovate�nos� výroby a obmedzený výber materiálov. Ako nevýhody CNC obrábania mô�eme uvies� relatívne vysokú cenu (pri zlo�itých dieloch) a vysoký �as výroby.

Nie je zanedbate�ný ani ekologický aspekt, pri�om pri 3D tla�i vzniká minimum odpadu, �o hrá ur�ite v prospech tejto technológie.

Ke� si porovnáme ich vzájomné výhody a nevýhody, mô�eme nájs� oblas� vyu�itia 3D tla�e. Tá sa nachádza pri dieloch, ktoré nevy�adujú vysoké presnosti a sú v ni�ších výrobných mno�stvách. Prípadne tam, kde potrebujeme pru�ne zareagova� na meniaci sa dopyt. 

Viac �lánkov o 3D tla�i nájdete na stránke www.stepanek3d.sk