Sådan kan CNC-bearbejdning og 3D-printning arbejde sammen i dit værksted

Spørger du dig selv, om CNC-bearbejdning eller 3D-print er den bedste fremstillingsproces? Svaret er enkelt: "Det kommer an på!"

Mange værksteder er afhængige af CNC-bearbejdning som rygraden i deres produktionsprocesser. Men med stigningen i additiv fremstilling overvejer flere og flere virksomheder at inkludere 3D-print i arbejdsgangen eller endda erstatte deres CNC-maskiner. Lad os give dig et overblik over, hvad 3D-print kan gøre for dig, og hvordan du bedst kan kombinere de to processer.

Oversigt over CNC-bearbejdning eller subtraktiv fremstilling

CNC-bearbejdning bruger en computerstyret værktøjsmaskine til at fremstille det ønskede objekt ved at fjerne det overskydende materiale fra et emne. Det er stadig den mest omkostningseffektive proces til fremstilling af dele i mellemstort til stort antal. CNC-maskiner er en afprøvet og testet metode, som findes på værksteder over hele verden, og der findes omfattende viden om hele proceskæden. Den er meget alsidig med hensyn til materialer, der kan bearbejdes, geometrier, der kan produceres, og opnåelige overfladekvaliteter og tolerancer. Derfor er CNC-bearbejdning i mange tilfælde stadig den foretrukne metode.

CNC-bearbejdning er dog stadig en højt specialiseret proces, især hvis geometrierne er af højere kompleksitet, eller der er tale om udfordrende materialer. CNC-bearbejdning kræver også højt kvalificerede designere og programmører, hvilket fører til høje personaleomkostninger. Ofte kræves der specielle fastspændingsværktøjer, som også skal designes og fremstilles. Det øger emneomkostningerne, især hvis der er tale om et lille antal emner. Og da man starter med en blok af materiale, når man CNC-fræser en del, vil materialeomkostningerne altid være højere, og mængden af spild vil også være større.

Oversigt over 3D-printning eller additiv fremstilling

Selvom forskellige metoder til 3D-printning har vist sig at være en levedygtig fremstillingsproces, er det stadig ikke så almindeligt som konventionel bearbejdning. Men FFF (Fused Filament Fabrication) bliver mere og mere populært i forskellige industrigrene til at producere små til mellemstore serier af dele til slutbrug eller prototyper. Plast smeltes og ekstruderes derefter gennem en dyse, og emnet bygges op lag for lag. Bortset fra støttestrukturer bruges der kun den mængde materiale, der udgør den endelige del, så der produceres næsten intet affald. Emnet printes direkte på den flade overflade af printbedet, så der kræves ingen fastspændingsværktøjer. Det kræver kun en smule specifik viden at sætte en BigRep-printer op og starte et print. Selve printprocessen begrænser ikke delens design på nogen måde; næsten enhver geometri kan printes. Det hjælper med at overvinde etablerede måder at tænke på inden for design og udvikling. Riley Gillman, Technical Operations Manager hos Nikola Motor Company, siger: "Man kan virkelig udfordre ingeniørprocessen og fremstillingsprocessen!"

På grund af den lagbaserede proces er overfladekvaliteten ikke sammenlignelig med fræsede dele og kan i et vist omfang kræve efterbehandling. Og selvom flere og flere dele med meget snævre tolerancer kan printes, kan værdierne, som de er almindelige for fræsede dele, ofte ikke matches. Materialevalget er også begrænset; FFF tillader kun brug af plast, der kan smeltes.

Hvordan bruger man bedst sin BigRep 3D-printer?

ANVENDELSE AF HÅNDJIG

Dette håndholdte værktøj, som bruges til samling af biler, viser en typisk anvendelse. Den over 120 cm lange del var oprindeligt planlagt til at blive fræset ud af en blok aluminium. Men de samlede omkostninger, inklusive maskin-, personale- og materialeomkostninger, ville have været omkring 10.000 € med en anslået færdiggørelsestid på omkring to uger. En kinesisk producent tilbød 5.800 USD med en lignende leveringstid. Til sidst blev det besluttet at printe delen i BigRep HI-TEMP CF på en BigRep PRO, hvilket tog 32 timer. Omkostningerne var ca. 790 USD, hvilket resulterede i en besparelse på 86%! En velkommen bivirkning for de brugere, der håndterer emnet, var en vægtreduktion på ca. 50% sammenlignet med aluminiumsversionen. Alt i alt en meget vellykket use case.

DEL TIL SLUTBRUG

Boyce Technologies bruger 3D-print til at producere dele til slutbrug i deres 5G-kiosker, som de laver for Verizon. På grund af luftkanalernes særlige form ville fræsning have taget lang tid og krævet omfattende forberedelsestid og efterbehandling. Ved at 3D-printe delene i stedet blev der sparet enorme omkostninger, ikke kun i form af tid og materialer, men også i form af det antal medarbejdere, der skulle bruges til forberedelse og efterbehandling. Med additiv fremstilling i stort format er en anden fordel, at mange dele kan printes på samme tid, hvilket giver mulighed for optimal brug af printerens byggevolumen.

Hvordan kan man kombinere 3D-print og CNC-bearbejdning?

Fordelene ved additiv fremstilling kan øges endnu mere ved at kombinere det med andre fremstillingsprocesser. 3D-printede genstande kan forstærkes med metaldele på steder, hvor der forekommer større belastninger; indsatsmøtrikker af messing kan indsættes i plastdele. Printede dele kan også bearbejdes for at opnå dimensioner med kritiske tolerancer eller påkrævede overfladekvaliteter, eller endda for at fræse gevind. Jigs og fixtures samt fastspændings- og positioneringsværktøjer fremstillet ved 3D-print letter arbejdet med CNC-maskiner. Ved at kombinere 3D-print og CNC-bearbejdning på en intelligent måde kan brugerne drage fordel af fordelene ved begge processer.

Et perfekt eksempel på, hvordan 3D-printeren også er nyttig, når man designer og fremstiller enkle jigs, som positionerings- eller monteringsværktøjer, som vist nedenfor. I denne applikation fik Gillman hos Nikola til opgave at finde en måde at holde en aluminiumsdel sikkert på plads til CMM-inspektion. Selve aluminiumsdelen kunne ikke have været produceret ved 3D-printning på grund af meget specifikke geometriske krav, så den måtte fræses på en CNC-maskine. Men at fremstille fixturen af aluminium ville have krævet ledig plads på en CNC-maskine og en masse råmateriale. Så Gillman besluttede at producere den ved hjælp af sin BigRep PRO. Fra idé til del tog det kun et par timer med materialeomkostninger på under 20 USD!

I de sidste par år har Nikola Motor Company oplevet en stigende mangel på materialer og en stadig faldende tilgængelighed af eksterne leverandører. Her tilbyder en 3D-printer fleksibilitet og uafhængighed.

Riley Gillman opsummerer grundene til, at han bruger sin 3D-printer: "Meget ofte producerer vi store dele med meget udfordrende tidsfrister. Emnernes geometri spiller en stor rolle; nogle af emnerne er simpelthen for komplekse til, at vi kan fremstille dem med konventionelle metoder. Og nogle gange har vi simpelthen ikke budgettet til at bruge nogen anden proces end 3D-print!"

Så hvordan kan du drage fordel af additiv fremstilling?

3D-print bruges oftest, når der er brug for store dele med kort varsel, eller når der er brug for flere iterationer af en enkelt del. Med 3D-print kan du hurtigt og nemt foretage ændringer i 3D-modeller og derefter fremstille dem in-house, hvilket reducerer leveringstiderne massivt. Funktionelle prototyper er tilgængelige meget hurtigere, og du har en bedre idé om, hvordan det endelige produkt kommer til at se ud.

Er det en fordel for dig at bruge 3D-print?

Det er vigtigt for virksomheder at forstå omkostningerne bag en 3D-printer, og hvordan ROI vil se ud. Her er et simpelt eksempel: Hvis du betaler ca. 5.000 USD pr. del med en 3D-printservice, og du har brug for 4 dele i samme størrelse om måneden, vil du bruge ca. 20.000 USD om måneden! Når du begynder at sammenligne dette med, hvad det koster at købe en printer, bliver det tydeligt, at det er en god investering at købe en printer.

Hvilken proces passer bedst til dig?

Efter alle disse overvejelser er svaret "Det kommer an på!" lettere at forstå. Det første skridt bør altid være at beslutte, hvilken teknologi der er bedst til din del og dens tilsigtede brug. Begge processer har deres fordele og deres egne anvendelsesmuligheder, så 3D-print vil ikke helt kunne erstatte CNC-bearbejdning.

Og hvis du ønsker at kombinere de to processer, så de supplerer hinanden, vil det give dig mange fordele at købe en 3D-printer:

• øget fleksibilitet og uafhængighed
• tids- og omkostningsbesparelser
• Udvidet produktionsportefølje
• forbedrede interne processer

Hvis dette lyder interessant for dig, så tal med en af vores eksperter! Vi vil vise dig, hvilken af vores 3D-printere der passer bedst til dig og dine opgaver. Eller send os en CAD-fil af et prøveemne, så beregner vi omkostninger og printtid for dig.