Dodano: 12 sty 2022
Druk 3D zamiast CNC – kiedy taka zmiana ma sens?
Czy część wykonywaną dotychczas na frezarce lub tokarce można zastąpić wydrukiem 3D?
Czasami tak. Czasami nie ma to żadnego sensu.
Najważniejsze nie jest pytanie, która technologia jest „nowocześniejsza”, lecz jakie wymagania musi spełniać gotowa część i ile egzemplarzy trzeba wykonać.
Druk 3D może ograniczyć liczbę operacji, wyeliminować przygotowanie niektórych narzędzi albo pozwolić wykonać geometrię trudną dla obróbki ubytkowej. Z drugiej strony CNC może być znacznie lepszym rozwiązaniem dla prostego detalu z aluminium, stali czy tworzywa dostępnego jako półfabrykat.
Poniżej kilka sytuacji, w których warto rzeczywiście porównać oba rozwiązania.
1. Część jest wykonywana w bardzo małej liczbie sztuk
Przy jednej, kilku albo kilkunastu częściach duże znaczenie ma koszt przygotowania procesu.
Jeżeli detal CNC wymaga:
- przygotowania mocowania,
- kilku operacji,
- zmiany narzędzi,
- ustawienia maszyny,
- przygotowania programu,
udział kosztów przygotowawczych w cenie jednej sztuki może być znaczny.
W druku 3D model cyfrowy może zostać skierowany bezpośrednio do przygotowania produkcji.
Nie oznacza to automatycznie, że wydruk będzie tańszy. Przy małych seriach warto jednak takie porównanie wykonać.
2. Projekt często się zmienia
To jeden z najczęstszych przypadków, w których druk 3D może mieć przewagę.
Wyobraźmy sobie uchwyt produkcyjny, który po pierwszych testach wymaga:
- przesunięcia dwóch otworów,
- zmiany kąta,
- powiększenia gniazda,
- dodania miejsca na czujnik.
W modelu CAD zmiana może być niewielka.
Jeżeli część powstaje metodą addytywną, po zmianie pliku można przygotować następną wersję.
Przy CNC nowa geometria może wymagać ponownego przygotowania programu, mocowania lub dodatkowych operacji.
Dlatego przy częściach będących jeszcze w fazie rozwoju koszt pojedynczego egzemplarza nie zawsze jest najważniejszy. Liczy się również koszt kolejnych zmian.
3. Większość materiału trzeba usunąć podczas obróbki
Niektóre części powstające CNC wymagają rozpoczęcia od znacznie większego półfabrykatu.
Jeżeli duża część materiału zostanie następnie usunięta, warto sprawdzić możliwość zmiany technologii.
Druk 3D buduje geometrię w inny sposób i w niektórych projektach pozwala ograniczyć ilość materiału potrzebnego do uzyskania końcowego kształtu.
Nie można jednak przyjąć prostej zasady, że produkcja addytywna zawsze generuje mniej odpadów.
W FFF mogą występować podpory i elementy pomocnicze, a procesy proszkowe mają własne zasady dotyczące wykorzystania oraz ponownego użycia materiału.
Porównywać trzeba więc cały proces, a nie tylko objętość gotowego detalu.
4. Część ma geometrię trudną do wykonania CNC
Tu pojawia się jedna z największych różnic między technologiami.
Przy obróbce CNC trzeba zapewnić narzędziu fizyczny dostęp do miejsca, które ma zostać obrobione.
Druk 3D pozwala tworzyć geometrie, których wykonanie metodą ubytkową wymagałoby wielu operacji albo byłoby bardzo trudne.
Przykładem mogą być:
- wewnętrzne kanały,
- złożone przejścia,
- struktury kratowe,
- nietypowe krzywizny,
- kilka funkcji połączonych w jednym elemencie.
Nie każda skomplikowana geometria jest jednak łatwa również dla druku 3D. Technologie addytywne mają własne ograniczenia związane z podporami, minimalnymi ściankami, usuwaniem proszku czy orientacją części.
5. Kilka części można połączyć w jeden element
To ciekawszy przypadek niż zwykłe zastąpienie CNC drukiem 3D.
Załóżmy, że zespół składa się z:
- korpusu,
- dwóch dystansów,
- uchwytu,
- elementu prowadzącego,
- kilku śrub łączących całość.
Jeżeli geometria na to pozwala, część funkcji można czasami połączyć w jednym wydruku.
Zmniejsza się wtedy nie tylko liczba produkowanych komponentów, ale również liczba operacji montażowych.
To właśnie w takich projektach porównanie samych cen „część CNC kontra część drukowana” może prowadzić do błędnych wniosków.
Należy porównać koszt całego zespołu i jego montażu.
6. Materiał nie musi być metalem
Część często wykonuje się z aluminium lub stali dlatego, że taki był wcześniejszy sposób produkcji.
Nie zawsze oznacza to, że metal jest konieczny ze względów funkcjonalnych.
Jeżeli element pełni funkcję:
- uchwytu,
- osłony,
- dystansu,
- prowadnicy,
- obudowy,
- przyrządu pomocniczego,
warto sprawdzić, jakie obciążenia rzeczywiście na niego działają.
W niektórych zastosowaniach tworzywo techniczne może spełnić wymagania i pozwolić zastosować druk 3D.
Nie należy jednak zamieniać materiału wyłącznie w celu obniżenia ceny.
Jeżeli metal jest potrzebny ze względu na temperaturę, sztywność, ścieranie, bezpieczeństwo albo wymagania konstrukcyjne, CNC może pozostać właściwą metodą.
7. Część jest oprzyrządowaniem, a nie elementem produktu
Bardzo dobrym kandydatem do zmiany technologii są różnego rodzaju przyrządy wykorzystywane wewnątrz zakładu:
- uchwyty montażowe,
- szablony,
- gniazda,
- podstawy,
- adaptery,
- prowadnice,
- przyrządy pozycjonujące.
Takie elementy często powstają w jednej lub kilku sztukach i zmieniają się wraz z produktem.
Nie zawsze wymagają właściwości części obrabianej z metalu.
Dlatego właśnie oprzyrządowanie produkcyjne jest jednym z obszarów, w których warto porównywać druk 3D z tradycyjną obróbką.
Kiedy nie ma sensu zastępować CNC drukiem 3D?
Są również projekty, w których taka zmiana nie daje realnej korzyści.
Przykładem może być prosta część:
- wykonywana z łatwo dostępnego półfabrykatu,
- wymagająca dokładnych powierzchni,
- posiadająca prostą geometrię,
- produkowana w stabilnej serii,
- wykonywana z materiału niedostępnego w odpowiednim procesie druku 3D.
Jeżeli CNC wykonuje taki element szybko, powtarzalnie i w akceptowalnym koszcie, nie ma powodu zmieniać technologii tylko dlatego, że druk 3D jest dostępny.
Trzeba porównywać gotową część, a nie sam proces
Najbardziej użyteczne porównanie powinno obejmować:
CNC: półfabrykat + przygotowanie + obróbka + narzędzia + ewentualny montaż.
Druk 3D: materiał + przygotowanie produkcji + proces + podpory lub oczyszczanie + ewentualna obróbka końcowa.
Dopiero wtedy można porównać rzeczywisty koszt wykonania.
Warto również uwzględnić czas potrzebny na wprowadzenie kolejnej zmiany konstrukcyjnej.
Przykład: uchwyt do stanowiska produkcyjnego
Załóżmy, że firma potrzebuje pięciu uchwytów pozycjonujących.
Pierwsza wersja ma zostać przetestowana, a po uruchomieniu stanowiska prawdopodobnie pojawią się korekty.
W takim przypadku wykonywanie od razu całego kompletu CNC może oznaczać, że po zmianie projektu część wykonanych uchwytów straci zastosowanie.
Alternatywny proces może wyglądać tak:
- wykonanie jednego uchwytu w druku 3D,
- test na stanowisku,
- poprawienie modelu,
- wykonanie finalnej partii.
Finalna seria nadal może zostać wykonana w druku 3D albo CNC.
Technologia pierwszego prototypu nie musi być technologią produktu końcowego.
Druk 3D zamiast CNC czy druk 3D razem z CNC?
To w praktyce najważniejsze pytanie.
Nie zawsze trzeba całkowicie zastępować jedną metodę drugą — w wielu projektach sens ma połączenie druku 3D i CNC.
Czasem najbardziej racjonalne rozwiązanie to:
- wydrukować prototyp, a finalną część wykonać CNC,
- wydrukować część i obrobić tylko wybrane powierzchnie,
- wykonać CNC element główny, a drukiem 3D oprzyrządowanie,
- wykorzystać druk 3D w pierwszej krótkiej serii, a później zmienić proces.
Technologia powinna być narzędziem dobranym do zadania, a nie celem samym w sobie.
Co warto sprawdzić przed zmianą CNC na druk 3D?
Przed podjęciem decyzji warto zebrać kilka informacji:
- z jakiego materiału wykonywana jest obecna część,
- dlaczego zastosowano właśnie ten materiał,
- jakie są obciążenia,
- które wymiary są krytyczne,
- jakie powierzchnie wymagają określonego wykończenia,
- ile sztuk jest potrzebnych,
- jak często zmienia się konstrukcja,
- jaki jest koszt obecnego procesu.
Dopiero na tej podstawie można sensownie ocenić, czy wykonanie addytywne będzie alternatywą dla CNC.
Jeżeli masz model części wykonywanej obecnie metodą tradycyjną, można przeanalizować jej geometrię i sprawdzić, czy istnieje sensowny wariant wykonania w druku 3D.
P3DRC — punkty odbioru