PCBWay: ключевые моменты выбора между механической обработкой и 3D-печатью

Ранее при изготовлении деталей высокой геометрической сложности на первый план всегда выходила механическая обработка станками с ЧПУ. Фрезерование с разными степенями свободы позволяет получать довольно комплексные детали, так как продвинутые ЧПУ-станки с разными степенями свободы могут снимать материал в разных направлениях с высокой точностью. Однако, современные методы 3D-печати служат серьезной альтернативой механической обработке. Выбор между фрезерованием и 3D-печатью, как правило, обуславливается временными и финансовыми затратами. Обе технологии обладают преимуществами, и в этой статье мы затронем несколько моментов, определяющих тот или иной выбор.

Качество поверхностей

Качество поверхностей и детализация в случае со станками с ЧПУ зависят от размера инструмента, а в экструзионной 3D-печати в немалой степени определяются диаметром сопла. Другие технологии 3D-печати, например селективное лазерное сплавление металлопорошковых композиций (SLM), могут выдавать очень детализированные результаты, но при этом оборудование и материалы дороги, а поверхности получаемых изделий не отличаются гладкостью. Фрезерование дает ровные, блестящие поверхности и потому предпочтительно в тех случаях, когда важна гладкость.

Компания PCBWay предлагает широкий выбор станков с ЧПУ и технологий 3D-печати для изготовления деталей с низкими допусками и высоким качеством поверхностей. В случае с ЧПУ-станками отклонения могут не превышать ±0,125 мм, а точность 3D-печати достигает ±0,05 мм. Практические показатели зависят от применяемой методики, размера детали и используемого материала.

После изготовления детали могут быть подвергнуты дополнительной обработке для получения поверхностей желаемого качества. PCBWay предлагает различные методы финишной обработки фрезерованных деталей:

    • покрытия из разных материалов;

    • покраску;

    • шлифование;

    • лазерное гравирование;

    • травление;

    • оксидирование;

    • анодирование;

    • и другие.

Для 3D-печатных изделий предлагаются:

    • чистка;

    • шлифование;

    • химическая обработка;

    • гидроабразивная резка.

Форма изделий

Пожалуй, самый значимый фактор, определяющий выбор в пользу 3D-печати. Станки с ЧПУ отлично подходят для работы с внешними поверхностями и сверления отверстий, но 3D-принтеры способны реализовывать практически любые внутренние структуры и самые причудливые формы. За счет манипуляций с внутренними структурами 3D-печать позволяет получать прочные, но при этом легкие компоненты, что критически важно для таких отраслей, как авиа- и автомобилестроение. 3D-печать также позволяет выстраивать опорные матриксы, засеиваемые клетками для выращивания живых тканей — печеночных, почечных, сердечных. С другой стороны, возможности аддитивных систем зачастую ограничены полезным объемом. Эта проблема решается 3D-печатью изделий по частям, а затем сборкой в единое целое.

PCBWay обладает необходимым оборудованием для производства механической обработкой деталей размером от двух миллиметров до одного метра. Одно из ограничений заключается в невозможности производства деталей с подвижными соединениями — их проходится производить по частям. Другое ограничение касается вытачивания внутренних полостей, так как инструмент не может снимать материал там, куда физически не достает. С 3D-печатью другая история: эта технология позволяет выстраивать практически любые внутренние структуры, но полезный объем имеющегося оборудования и, соответственно, габариты получаемых изделий ограничены 600x600x420 мм.

Прочность

3D-печать также называется аддитивным производством, что отражает сам принцип построения изделий слой за слоем. Целостность получаемых конструкций зависит от когезии слоев. В зависимости от нагрузок и внешней среды всегда существует риск расслоения изделий. Более того, выбор материалов для 3D-печати ограничен, так как не ко всем материалам применим точный температурный контроль. Повышение прочности 3D-печатных изделий достигается разными методами, например за счет добавления в расходный материал армирующих волокон. Фрезерование, с другой стороны, предусматривает использование монолитных материалов, будь то металлы или полимеры.

PCBWay предлагает выбор из пятидесяти типов материалов, подходящих под фрезерование — от высокопрочных сплавов, нержавеющей и инструментальной стали до алюминия и различных термо- и реактопластов. Если требуемого материала нет в списке, вы всегда можете сделать отдельный запрос для оценки стоимости производства. После фрезерной обработки остается монолитная деталь, способная выдерживать намного более высокие нагрузки. Если на первом плане стоят требования к прочности изделий, то в первую очередь стоит выбирать именно фрезерование.

Стоимость производства

Механическая обработка станками с ЧПУ и 3D-печать — принципиально разные технологии: одна субтрактивная, другая аддитивная. Субтрактивные технологии более развиты и обеспечивают более высокую производительность вкупе с широким выбором материалов. Тем не менее, даже с учетом высокого уровня развития методов механической обработки остается необходимость в квалифицированных операторах, обеспечивающих бесперебойную работу оборудования. Современные фрезерные обрабатывающие центры оснащаются устройствами автоматической смены инструмента, охлаждения и массой других систем и подвижных деталей, а потому требуют высоких капиталовложений. Таким образом, прототипирование и изготовление мелких серий может стоить дорого из-за затрат на комплексную отладку оборудования. Для снижения себестоимости конечных изделий желательно пользоваться эффектом масштаба и оформлять заказы на более крупные партии. После первичной настройки оборудование может быстро осуществлять серийное производство с минимальным обслуживанием и вытекающим снижением себестоимости.

3D-принтеры тоже конструируются с расчетом на минимальное вмешательство со стороны операторов, но обеспечивают гораздо более низкую производительность. Настройка же довольно проста: необходимо лишь загрузить машинный код и материал, после чего можно приступать к работе. Разные рабочие циклы могут быть выделены на изготовление разных изделий без необходимости в многократной отладке самого оборудования, поэтому 3D-печать лучше подходит для изготовления одиночных прототипов или мелкосерийных партий.

Еще один фактор экономической эффективности — расход материалов. Механическая обработка предусматривает удаление лишнего материала с заготовки до получения необходимой формы, что может приводить к образованию большого количества отходов, хотя зачастую их можно переработать. В 3D-печати используется примерно столько материала, сколько нужно для построения изделия. Конечно, выращивание вспомогательных структур вроде опор или рафтов тоже приводит к образованию определенного объема отходов, особенно если речь идет об изделиях исключительной геометрической сложности.

Как заказать услуги по механической обработке или 3D-печати

PCBWay делает услуги промышленного прототипирования максимально доступными всем желающим, опираясь на богатый опыт а прототипировании и производстве печатных плат, а также постоянно модернизируя оборудование в сторону повышения качества и производительности. Оформить заказ можно через удобный сайт: необходимо лишь заполнить форму, выбрать параметры и залить CAD-файлы.

3D-печать кажется привлекательной альтернативой, но технология продолжает развиваться в сторону более прочных материалов, повышения скорости и улучшения качества поверхностей. Уже достигнуты выдающиеся результаты, но пока что они скорее демонстрируют потенциал, чем экономическую целесообразность. Технологии 3D-печати наиболее привлекательны энтузиастам и разработчикам некритичных деталей.

Механическая обработка станками с ЧПУ в основном находит промышленное применение, так как позволяет получать надежные, хорошо отделанные и точные детали в более высоких объемах и за меньшее время. Затраты на отладку повышают стоимость механической обработки, но автоматизация делает эту технологию широкодоступной.

Предлагаем ознакомиться с нашими возможностями по механической обработке и 3D-печати, а также штамповке и литью под давлением на официальном сайте PCBWay.

Партнерский материал предоставлен компанией PCBWay.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.