3D tlač vs. CNC obrábanie

Mnoho strojárov, technológov ako aj manažérov si v súčasnosti pokladá otázku, kde má 3D tlač využitie v porovnaní s CNC obrábaním. V tomto článku sa teda zameriame na zodpovedanie hlavných rozdielov a výhod jednotlivých technológií.

CNC obrábanie resp. konvenčné technológie obrábania sú časom relatívne vyzreté technológie, ktoré sa za desiatky rokov dostali do súčasnej podoby a umožňujú presné odoberanie triesky aj z pevných a húževnatých alebo pevných materiálov ako sú kalené ocele, ušľachtilé ocele, titanové zliatiny a pod.

Ako je tom 3D tlač? Tá vznikla len v roku 1986, a len za v posledných niekoľkých rokoch sa začína presadzovať aj v priemyselných aplikáciách, kde môže v určitých prípadoch nahradiť aj CNC obrábanie. V mnohých oblastiach však stále 3D tlač stále zostáva, vývoj však ide rapídne dopredu.

Poďme si ich teda porovnať z hľadiska jednotlivých atribútov.

 

Výrobná presnosť

Je zrejmé, že vo výrobných presnostiach jednoznačne vyhráva CNC obrábanie, kde je možné za určitých okolností vyrábať toleranciách ±0,001 mm (aj nižších).

Aké presnosti môžeme dosiahnuť v 3D tlači? Vzhľadom na to, že aditívne technológie zahŕňajú viacero technológií, v tabuľke nižšie nájdete prehľad dosiahnuteľných presností pre jednotlivé technológie:

Technológia	FDM/FFF	SLA/DLP	SLS	MJ	BJ	DMLS/SLM
Presnosť	±0,5% (najlepšie ±0,5 mm)	±0,5% (najlepšie ±0,15 mm)	±0,3% (najlepšie ±0,3 mm)	±0,1 mm	±0,2 mm	±0,1 mm

Z daného prehľadu vyplýva, že pre funkčné diely nemusia byť dostačujúce ani najlepšie dosiahnuteľné tolerancie ±0,1 mm.

Je vhodné si však uvedomiť, že mnohokrát ani pri CNC obrábaní nie sú potrebné úzke tolerančné polia.

Práve pre výrobky s nižšími presnosťami môže byť 3D tlač lepšia voľba.

Opakovateľnosť výroby

V tejto oblasti zatiaľ takisto jasne víťazí CNC obrábanie s vysokou opakovateľnosťou výroby. Tá súvisí s konštrukciou samotných strojov a ich technologickým princípom, ktorý zaručuje jednoznačné a presné pohyby nástrojov, pričom polotovar je pevne fixovaný.

Pri 3D tlači opakovateľnosť  súvisí s nestabilitou výrobného procesu. V najväčšej miere vytvrdzovací proces samotného materiálu, pričom vedenia aj konštrukcia môžu byť obdobné s CNC strojmi. To sa prejaví na vyšších nepresnostiach a znížených mechanických vlastnostiach daných dielov.

Tento deficit je možné riešiť zosilnením kritických miest a rozšírením tolerančných polí.

 

Výber materiálov

Pre CNC obrábanie je portfólio a výber materiálov veľmi široký. Podľa portálu teamrapidtooling sa v súčasnosti najviac využívajú hliníkové zliatiny, nerezová oceľ, ABS plast, PMMA (plexisklo) a mosadz.

Pre 3D tlač je výber materiálov komplexná téma, pretože podľa normy ISO/ASTM 52900 existuje 7 je štandardizovaných technológií 3D tlače (aditívnych technológií).

Keďže každá z nich má iný výrobný proces, a preto si viac môžete prečítať v tomto článku: https://stepanek3d.sk/ake-materialy-sa-pouzivaju-pri-3d-tlaci/

Podľa posledného prieskumu Sculpteo z roku 2019 sú pre 3D tlač najviac využívané termoplasty, na druhom mieste reaktoplasty a následne kovy a kompozity.

Ich výber je však zatiaľ relatívne obmedzený, čo zužuje možnosti týchto technológií. Na druhú stranu sa však veľmi dynamicky vyvíja a ročne pribudnú desiatky unikátnych materiálov, ktoré zvyšujú potenciál tejto technológie do ďalších rokov.

 

Cena

Cena je veľmi diskutabilný a súčasne veľmi individuálny atribút výroby, pretože každý diel pre je potrebné zhodnotiť z rôznych perspektív.

Pre CNC obrábanie sa môže jednať o komplexnú úlohu. V praxi je však zavedená normohodina stroja + prípravným, prestavovací čas a cena materiálu.

Pre cenotvorbu 3D tlače vychádzajú niektoré firmy z normohodiny stroja bez ohľadu na zložitosť dielov a počet kusov. Iné prehodnocujú každý atribút vrátane spotreby energie, materiálu a pod.

 

Čas výroby

Opäť, čas výroby je veľmi relatívny atribút.

Pri CNC obrábaní vo všeobecnosti platí, že čím zložitejší diel a väčší pomer triesky k polotovaru, tým dlhší čas výroby.

U 3D tlači to neplatí. Hovorí sa, že tam je „zložitosť zadarmo“. Keďže je nanášaný materiál na ľubovoľné miesta v priestore, čas výroby je prakticky rovnaký pri tvarovo jednoduchom aj zložitom telese s rovnakým objemom.

Toto môže byť rozhodujúci faktor pri voľbe technológie.

 

Výrobné množstvá

3D tlač je známa svojou pružnosťou a rýchlosťou prestavenia.

Vo všeobecnosti môžeme konštatovať, že pri väčších množstvách kusov (100+), je efektívnejšie diely vyrábať pomocou CNC obrábania. Do 100 kusov je zase efektívnejšia technológia 3D tlače. Pri vstrekovaných dieloch vs 3D tlačených je to cca 5000 ks.

Z toho vyplýva, že 3D tlač je najvhodnejšia pre kusovú a malosériovú výrobu, pričom CNC obrábanie pre väčšie výrobné série.

Z grafu nižšie súčasne vypláva fakt, že cena s množstvom kusov je pri 3D tlači prakticky konštantná. Pri iných technológiách má tendenciu rapídne klesať s počtom kusov.

 

Záver a zhrnutie

Hlavné nevýhody 3D tlače sú jej relatívne nízka presnosť, opakovateľnosť výroby a obmedzený výber materiálov. 

Ako nevýhody CNC obrábania môžeme uviesť relatívne vysokú cenu (pri zložitých dieloch) a dlhý čas výroby.

Nie je zanedbateľný ani ekologický aspekt, pričom pri 3D tlači vzniká minimum odpadu, čo hrá určite v prospech tejto technológie.

Keď si porovnáme ich vzájomné výhody a nevýhody, môžeme nájsť oblasť využitia 3D tlače. Tá sa nachádza pri dieloch, ktoré nevyžadujú vysoké presnosti a sú v nižších výrobných množstvách. Prípadne tam, kde potrebujeme pružne zareagovať na meniaci sa dopyt.