Zal 3D printen machinale bewerking vervangen?

3D printen heeft zich verder ontwikkeld dan zijn prille nut, dat meestal beperkt was tot het maken van prototypes. Naarmate 3D printtechnologieën verder verbeteren, worden ze een praktisch alternatief voor machinale bewerking. Daarom kun je je afvragen of 3D printen machinale bewerkingen, zoals CNC, kan of zal vervangen.

3D printen zal machinale bewerking waarschijnlijk niet in die mate vervangen dat het als overbodig wordt beschouwd. Zowel 3D printen als CNC verspanen, zoals frezen en draaien, hebben hun sterke en zwakke punten, zoals nauwkeurigheid, kosten, doorlooptijd, materialen en productieschaal.

3D printen biedt een paar voordelen die machinale bewerking niet kan bieden. Ook CNC-verspaning kan alle desktop en industriële 3D-printtechnologieën die nu beschikbaar zijn overtreffen. Lees verder om uit te vinden waarom 3D printen wellicht niet de plaats inneemt van machinale bewerking, maar waarom de twee naast elkaar bestaan.

3D printen vs. machinale bewerking: Wat is beter?

Je kunt additieve 3D printtechnologieën theoretisch vergelijken met elk subtractief bewerkingsproces, inclusief 5-assig CNC frezen. Zo’n vergelijking heeft echter geen praktische implicaties vanwege de beperkingen van zowel additieve als subtractieve productie.

3D printen en machinale bewerking hebben beide unieke voor- en nadelen. Welke optie de beste is, hangt af van het product, de productieomvang en de gebruikte materialen.

De pragmatische aanpak is dus om de voor- en nadelen van 3D printen versus machinale bewerking te beoordelen, zodat je kunt bepalen wat beter voor je is, afhankelijk van je doelstellingen en prioriteiten. Laten we hieronder de voor- en nadelen van beide bekijken:

3D printtechnologieën zijn meer geautomatiseerd dan CNC verspanen

3D printtechnologieën vereisen weinig tot geen tussenkomst nadat een ontwerp is afgerond, gesneden en in de machine gevoerd.

Dit geldt voor alle soorten 3D printtechnologieën, inclusief maar niet beperkt tot de volgende:

• Thermoplasten of filamenten: FDM/FFF
• Fotopolymeren of hars: DLP, LCD, SLA
• CDLM: Continu Digitaal Licht Fabricage
• SLM: Selectief lasersmelten
• SLS: Selectief lasersinteren
• DMLS: Direct Metaal Laser Sinteren

CNC bewerking heeft ook uitgebreide automatisering, maar vereist enige handmatige tussenkomst tijdens het fabricageproces, zoals het opnieuw uitlijnen, heroriënteren of herpositioneren van de blenk. Bovendien hoeft er niemand toezicht te houden op een 3D print die bezig is, in tegenstelling tot CNC bewerking.

Machinale bewerking vereist doorgaans een langere doorlooptijd dan 3D printen

Zowel bij 3D printen als bij machinale bewerking moeten ontwerpers, ingenieurs en fabrikanten via software bedieningsinstructies geven. Bij machinale bewerking duurt dit proces echter meestal langer.

3D printers kunnen de vereiste bedieningspaden configureren voor de extruders, lasers en andere onderdelen. Bij CNC-verspaning moet de operator deze details beoordelen voor de specifieke gereedschappen in kwestie en de nodige wijzigingen aanbrengen voor een bepaald project voordat hij het hele proces afrondt.

Bewerking vraagt dus om een langere doorlooptijd. Dat gezegd hebbende, is de doorlooptijd alleen aanzienlijk korter als je iets eenvoudigs of kleins 3D print. Gecompliceerde ontwerpen kunnen ook een langere doorlooptijd of voorbereidingstijd voor 3D printers rechtvaardigen.

3D printen is beter voor prototypes en kleinere productiematen

De meeste 3D printers hebben niet het bouwvolume dat machinale bewerking gemakkelijk aankan. Dit maakt 3D printen beter voor prototypes en de productie van kleinere onderdelen. De productieschaal is dus een stuk kleiner dan bij machinale bewerking.

Kijk eens naar de standaard bewerkingscapaciteiten. Je kunt een bouwvolume of werkruimte van 78,74 inch x 31,5 inch x 39,37 inch (2.000 mm x 800 mm x 1.000 mm) krijgen met CNC frezen. CNC-draaibanken kunnen onderdelen bewerken met een diameter tot 508 mm (20 inch) en soms zelfs groter.

Hier zie je hoe de capaciteiten en maximale bouwvolumes van de bedden of platen van de meeste 3D printers zich tot elkaar verhouden:

• Desktop FDM en SLS: 300 mm x 300 mm x 300 mm.
• Desktop SLA (groot): 335 mm x 200 mm x 300 mm (13,2 inch x 7,9 inch x 11,8 inch)
• Industriële FDM of FFF: 900 mm x 600 mm x 900 mm (35,43 inch x 23,62 inch x 35,43 inch)
• SLM (multi-laser): 280 mm x 280 mm x 365 mm (11,02 inch x 11,02 inch x 14,37 inch)

Machinale bewerking levert een betere nauwkeurigheid of tolerantie dan 3D printen

De nauwkeurigheid of tolerantie van 3D printen kan variëren van slechts 100 micron (0,1 mm) tot 500 micron (0,5 mm) of meer, afhankelijk van het materiaal en de technologie. CNC bewerking levert een uitzonderlijke nauwkeurigheid of tolerantie van slechts 5 micron (0,00508 mm).

3D printen kan ook problemen hebben met lagen, zoals slechte afwerking en zichtbare onnauwkeurigheden, die duidelijker zijn bij gebogen onderdelen en andere fijnere details of elementen van een ontwerp. Machinale bewerking is niet gevoelig voor dergelijke gelaagdheidsproblemen omdat het een subtractief proces is, geen additief proces.

3D printen is geschikt voor complexe geometrieën; CNC verspanen is dat niet

CNC-bewerking is niet ideaal voor complexe geometrieën omdat het gereedschap bepaalde delen van een onbewerkte vorm niet kan bereiken. 3D printen bouwt één laag per keer, ongeacht de hoogte of dikte. Bijna alle 3D printtechnologieën zijn dus geschikter voor complexe geometrieën dan CNC verspanen.

Het grootste verschil zie je bij topologieoptimalisatie. Als je een complexe geometrie combineert met topologieoptimalisatie voor een specifiek onderdeel of product, is het onwaarschijnlijk dat machinale bewerking iets oplevert. Je zou zelfs moeite kunnen hebben om te beginnen met het uittekenen van het pad van de gereedschappen met CNC.

CNC verspanen biedt betere mechanische eigenschappen dan 3D printen

Met 3D printen kan geen enkel materiaal zijn volledige of optimale isotrope eigenschappen bereiken. Omdat een additief proces standaard een directionele productietechniek is, zullen de isotrope eigenschappen niet identiek zijn aan die van hetzelfde type materiaal als het machinaal wordt bewerkt.

Bovendien zijn de mechanische en fysieke eigenschappen van onderdelen die door middel van machinale bewerking zijn gemaakt aanzienlijk betrouwbaarder en sterker dan de eigenschappen van 3D-geprinte onderdelen. Dit blijft de belangrijkste factor voor functionele onderdelen, vooral vanwege de veiligheid.

3D printen is financieel beter haalbaar dan machinale bewerking op kleine schaal

CNC-bewerking vereist een grotere investering voor de opstelling. Bij machinale bewerking wordt ook meer materiaal gebruikt dan bij 3D-printen, wat leidt tot verspilling. Veel van het verspilde materiaal bij 3D printen wordt gerecycled en hergebruikt, wat niet noodzakelijkerwijs het geval is bij machinale bewerking.

Bovendien zijn de productiekosten per eenheid lager bij 3D-printen door een kortere doorlooptijd en een sneller proces. Machinale bewerking wordt echter financieel haalbaarder op middelgrote tot grote schaal. Bovendien heeft machinale bewerking een beter voorspelbare herhaalbaarheid met dezelfde nauwkeurigheid als 3D printen.

CNC verspanen is niet ideaal of geschikt voor sommige materialen en superlegeringen

Bij machinaal bewerken gaat meer materiaal verloren dan bij 3D printen, dus het is niet ideaal als je met een kostbare onbewerkte steen werkt. CNC verspanen is ook niet geschikt voor superlegeringen, in tegenstelling tot 3D printen. En sommige flexibele materialen zijn gemakkelijker te bewerken met 3D printers dan met CNC verspanen.

Conclusie

Hoewel er workarounds zijn voor het bewerken van superlegeringen, is 3D printen nog steeds in ontwikkeling om zo foutloos als gewenst te werken met de steeds langer wordende lijst van materialen. Gezien alle voor- en nadelen zullen 3D printen en machinale bewerking in de nabije toekomst naast elkaar blijven bestaan en elkaar aanvullen.