CNC Machining vs Additive Manufacturing

Понимание разницы между аддитивным производством и ЧПУ обработка имеет решающее значение для всех, кто связан с современными методами производства. Обработка на станках с ЧПУ - это субтрактивный процесс, в ходе которого материал удаляется из цельного блока для создания деталей, в то время как аддитивное производство создает объекты слой за слоем из ничего. Эти производственные процессы служат различным целям в зависимости от сложности конструкции, требований к материалам и объемов производства.

На сайте Оборудование YijinМы специализируемся на предоставлении высококачественных услуг по обработке деталей с ЧПУ на заказ, оставаясь в курсе всех производственных технологий. Ключевое различие между AM и CNC-обработкой влияет на то, какой подход будет лучше всего соответствовать требованиям вашего конкретного проекта, независимо от того, работаете ли вы с простым 2D-чертежом или сложной 3D-моделью.

Основные выводы

• Обработка с ЧПУ позволяет достичь допусков с точностью до ±0,005 мм, что делает ее идеальной для изготовления высокоточных деталей
• Аддитивное производство позволяет создавать сложные геометрические формы, невозможные при традиционной механической обработке
• Отходы материалов при ЧПУ могут достигать 90%, в то время как при аддитивном производстве образуются минимальные отходы, ограничивающиеся несущими конструкциями
• По данным Grand View Research, мировой рынок аддитивного производства будет расти на 23,3% CAGR до 2030 года
• Требования к конструкции вашего изделия должны определять, следует ли использовать технологии обработки с ЧПУ и аддитивного производства

Что такое обработка с ЧПУ и аддитивное производство?

Обработка с ЧПУ - это субтрактивный производственный процесс, в котором материал удаляется из цельного блока с помощью режущих инструментов, управляемых компьютером. Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, создает детали слой за слоем, добавляя материал на основе цифровой модели. Эти два метода представляют собой противоположные подходы к производству: один удаляет материал для создания деталей, а другой добавляет его.

Станок с ЧПУ появился в 1950-х годах, когда компьютеры стали более совершенными, в то время как аддитивное производство появилось гораздо позже, а первая технология 3D-печати была запатентована в 1984 году. Согласно StatistaРаньше 3D-производство использовалось только как инструмент для создания прототипов.

Обе технологии претерпели значительное развитие: компьютерное числовое управление остается стандартом для прецизионных деталей, а аддитивное производство выходит за рамки первоначального применения для создания прототипов. Кроме того, существует множество видов обработки на станках с ЧПУ, таких как токарные и фрезерные, что делает их полезными для массового производства и разнообразных проектов.

Хронология исторического развития

Как работает обработка с ЧПУ?

Обработка с ЧПУ осуществляется с помощью автоматизированного производства для автоматизации режущих инструментов, которые удаляют материал до получения нужной формы. Процесс начинается с автоматизированного проектирования (CAD), например AutoCAD или Autodesk Fusion 360, которые используются для создания исходной формы. дизайн. Этот CAD-файл затем обрабатывается с помощью программного обеспечения CAM для создания G-кода - языка программирования, который направляет режущий инструмент по точным траекториям.

Процесс обработки на станках с ЧПУ включает в себя несколько этапов: создание проекта, программирование, настройка, обработка и отделка. Современные станки с ЧПУ могут работать с минимальным вмешательством человека после программирования, что делает их превосходными для получения последовательных, повторяющихся результатов. Различные технологии ЧПУ работают с широким спектром материалов, включая металлы, пластики, дерево и композиты.

Этапы технологического процесса обработки с ЧПУ

1. Создание дизайна: Деталь разработана с помощью программного обеспечения CAD
2. Программирование в CAM: Траектории движения инструмента генерируются и преобразуются в G-код на выходе CAM
3. Настройка машины: Закрепление материалов и выбор режущего инструмента
4. Операции механической обработки: Автоматизированное удаление материала мельницей
5. Проверка качества: Проверка геометрии и допусков
6. Процессы отделки: Снятие заусенцев, полировка, термическая обработка по мере необходимости

Как работает аддитивное производство?

Аддитивное производство - это создание деталей слой за слоем с помощью различных технологий, которые затвердевают материал в соответствии с 3D-файлом CAD. Процесс создания начинается с 3D-модели, которая "нарезается" на тонкие горизонтальные слои с помощью специализированного программного обеспечения. Затем 3D-принтер создает объект, нанося или затвердевая материал по одному слою за раз.

Существует несколько аддитивных технологий, в том числе Fused Deposition Modeling (FDM), при которой экструдируется расплавленная пластиковая нить; Stereolithography (SLA), при которой свет используется для отверждения жидкой смолы; Selective Laser Sintering (SLS), при которой порошковые материалы сплавляются с помощью лазера. Форматы файлов, используемые при обработке на станках с ЧПУ, - это step и IGES, которые также широко применяются в аддитивном производстве, что облегчает переключение между процессами.

Распространенные технологии аддитивного производства

• FDM (Fused Deposition Modeling): Экструзия термопластичных нитей
• SLA (стереолитография): Отверждение жидкого фотополимера с помощью УФ-излучения
• SLS (селективное лазерное спекание): Плавление порошка с помощью лазеров
• DMLS/LPBF (Direct Metal Laser Sintering/Laser Powder Bed Fusion): Сплавление металлического порошка
• Струйная обработка связующего: Жидкое связующее вещество, нанесенное на слой порошка

Каковы ключевые различия между аддитивным производством и механической обработкой с ЧПУ?

Основные различия между аддитивным производством и механической обработкой с ЧПУ касаются точности, использования материалов, конструктивных возможностей и экономики производства. При обработке деталей с ЧПУ достигаются допуски ±0,005 мм с отличной чистотой поверхности, в то время как при аддитивном производстве обычно получаются более шероховатые поверхности с толщиной слоя 0,1-0,5 мм. Эти фундаментальные различия влияют на то, когда следует использовать каждую из технологий.

Обработка с ЧПУ сохраняет свойства материала лучше, чем аддитивные методы, что делает ее идеальной для деталей, требующих стабильных механических характеристик. Аддитивное производство позволяет создавать сложные внутренние геометрии, органические формы и решетчатые структуры, которые невозможно создать с помощью обрабатывающего центра или даже 5-осевых станков.

Отраслевые приложения

Различные отрасли промышленности используют обработку с ЧПУ и аддитивное производство в зависимости от своих уникальных требований. Согласно исследованию, опубликованному в Journal of Manufacturing Technology, аэрокосмические компании все чаще используют обе технологии как взаимодополняющие: AM - для сложных внутренних структур, а ЧПУ - для прецизионных сопрягаемых поверхностей.

Аэрокосмические приложения

Сайт аэрокосмическая промышленность В промышленности аддитивное производство используется для изготовления легких компонентов со сложной внутренней структурой. Согласно исследованиям, проведенным в рамках инициативы NASA "Передовое производство", топологически оптимизированные кронштейны, изготовленные с помощью технологии AM, могут снизить вес до 30% по сравнению с традиционными конструкциями, сохраняя при этом структурную целостность. Обработка с ЧПУ по-прежнему необходима для высокоточных компонентов, таких как лопатки турбин, где допуски должны быть в пределах микронов.

Производство медицинского оборудования

Медицина Производители оборудования используют аддитивное производство для изготовления имплантатов и хирургических направляющих, ориентированных на конкретного пациента. По данным Ассоциации производителей медицинского оборудования, в мире было имплантировано более 100 000 титановых имплантатов, изготовленных методом 3D-печати, причем их успешность сопоставима с традиционными методами производства. Обработка с ЧПУ по-прежнему предпочтительна для хирургических инструментов, требующих высокой точности и надежности.

Применение в автомобильной промышленности

Сайт автомобильный В промышленности обе технологии используются стратегически. Гоночные команды Формулы-1 используют аддитивное производство для быстрого создания прототипов и производства сложных компонентов, таких как конформные каналы охлаждения в оснастке. Традиционные автопроизводители в основном используют обработку с ЧПУ для крупносерийного производства деталей, но все чаще применяют АМ для изготовления специализированных малосерийных компонентов, где сложная геометрия дает преимущества в производительности.

Как эти методы производства могут сочетаться в гибридных подходах?

Гибридное производство сочетает аддитивные и субтрактивные процессы для получения максимальных преимуществ при минимизации ограничений. Согласно исследованиям Исследовательского центра аддитивного производства, гибридные подходы позволяют снизить общие производственные затраты на 25% по сравнению с использованием исключительно одного из методов.

Интегрированные гибридные системы

Современные интегрированные гибридные системы сочетают аддитивные и субтрактивные возможности в одном станке. Такие системы могут наносить материал и затем обрабатывать критические поверхности в одной установке, сохраняя точное соответствие между процессами. По данным поставщика производственных технологий DMG MORI, их гибридная система LASERTEC 65 3D сокращает общее время производства сложных компонентов до 40% по сравнению с отдельными операциями AM и ЧПУ.

Последовательная гибридная обработка

Более распространенной, чем интегрированные системы, является последовательная обработка, когда детали сначала создаются с помощью аддитивного производства, а затем обрабатываются на станках с ЧПУ. Производитель аэрокосмической техники Pratt & Whitney использует этот подход для изготовления компонентов турбин, добиваясь как сложной внутренней геометрии, так и точности внешних поверхностей. Этот метод особенно эффективен для деталей, которые невозможно обработать обычным способом, но требуется высокая точность в определенных областях.

Тематическое исследование: Инструментальная оснастка для литья под давлением

Особенно эффективное гибридное применение - это оснастка для литья под давлением. Согласно Международный журнал передовых производственных технологийКонформные каналы охлаждения, созданные с помощью аддитивного производства и затем обработанные с помощью ЧПУ, позволяют сократить время охлаждения до 60% и повысить качество деталей за счет устранения горячих точек. Этот подход сочетает в себе способность AM создавать сложные внутренние геометрии с точностью ЧПУ для сопрягаемых поверхностей.

Экономические факторы и модели затрат

Понимание экономических аспектов обоих методов производства имеет решающее значение для принятия обоснованных решений. По словам экономиста-технолога доктора Эрика Каннингема, "точка пересечения стоимости между этими технологиями меняется по мере того, как обе технологии продолжают развиваться".

Подробное сравнение структуры затрат

Модель стоимости, основанная на объеме

Исследование Journal of Manufacturing Systems предлагает обобщенную модель затрат для принятия решений:

Для простых геометрий:

• От 1 до 10 единиц: AM часто более экономичны
• От 10 до 100 единиц: Точка пересечения (зависит от сложности)
• 100+ единиц: ЧПУ, как правило, более экономичны

Для сложных геометрий:

• От 1 до 50 единиц: AM, как правило, более экономична
• От 50 до 500 единиц: Оценивайте каждый случай в отдельности
• 500+ единиц: Рассмотрите возможность литья по выплавляемым моделям или другие методы

По словам экономиста-технолога доктора Сары Мартинес, "экономические преимущества аддитивного производства увеличиваются по мере роста сложности конструкции, в то время как ЧПУ сохраняет свои преимущества для более простых геометрий и больших объемов".

Когда следует выбирать обработку с ЧПУ?

Вы должны выбрать обработку с ЧПУ, если точность, свойства материала и качество поверхности являются критическими требованиями для вашего проекта. Обработка с ЧПУ - лучший выбор для деталей, требующих жестких допусков, отличной структурной целостности и стабильных механических свойств. Этот метод обеспечивает превосходные результаты при работе со специфическими приложениями с ЧПУ, такими как аэрокосмические компоненты или медицинские приборы.

Обработка с ЧПУ становится все более рентабельной по мере увеличения объема производства, поскольку первоначальные затраты на настройку и машинное время распределяются на большее количество деталей. Для крупносерийного производства обработка с ЧПУ, как правило, обеспечивает более высокую экономическую эффективность, чем аддитивное производство. Кроме того, этот процесс обычно быстрее для крупных деталей с более простой геометрией.

Проекты, в которых требуется оптимизированная конструкция для обработки на станках с ЧПУ, часто выигрывают от такого подхода, поскольку он работает с широким спектром материалов инженерного класса с хорошо задокументированными свойствами. Многие процессы с ЧПУ идеально подходят для таких отраслей, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская, где производительность и надежность не могут быть поставлены под угрозу.

Когда следует выбирать аддитивное производство?

Вы должны выбрать аддитивное производство, если ваш проект не соответствует традиционным производственным ограничениям. Аддитивное производство отлично подходит для изготовления сложных деталей, которые потребовали бы множества операций на станках с ЧПУ или были бы совершенно невыполнимы при использовании традиционных методов обработки. Свобода создания сложных конструкций без дополнительных затрат - значительное преимущество использования CAD-моделей непосредственно из среды 3D CAD.

Аддитивное производство особенно ценно для мелкосерийного производства или быстрого создания прототипов, где стоимость оснастки была бы непомерно высокой. Если вам нужно всего несколько деталей или вы хотите быстро протестировать несколько вариантов дизайна, 3D-печать обеспечивает более быстрое выполнение заказа без времени, необходимого для настройки систем обработки с ЧПУ. Эта технология позволяет быстро вносить изменения в конструкцию без существенных потерь в стоимости.

Проекты, требующие оптимизации веса за счет внутренних решетчатых структур или консолидированных узлов, значительно выигрывают от возможностей аддитивного производства. Даже если ваш проект кажется простым, лучше всего экспортировать его в соответствующие форматы файлов и оценить, могут ли аддитивные методы обеспечить преимущества для вашего конкретного заказа с ЧПУ.

Yijin Hardware | Эффективные решения для обработки с ЧПУ

Выбор между механической обработкой с ЧПУ и аддитивным производством зависит от ваших конкретных требований к проекту, включая сложность конструкции, потребности в материалах, объем производства и механические характеристики. Механическая обработка с ЧПУ обеспечивает превосходную точность и чистоту поверхности для крупносерийного производства, в то время как аддитивное производство позволяет создавать сложные конструкции и зачастую является более экономичным для малосерийных или узкоспециализированных деталей.

Компания Yijin Hardware специализируется на предоставлении высококачественных услуг по обработке деталей с ЧПУ по индивидуальным заказам в соответствии с вашими точными спецификациями. Наши знания и опыт помогают клиентам принимать производственные решения для достижения оптимальных результатов с точки зрения качества, стоимости и времени производства. Нужны ли вам технические чертежи для изготовления деталей с ЧПУ или помощь в работе с САПР, чтобы производство заняло меньше времени, связаться с нами чтобы помочь вам сделать лучший выбор для вашего проекта.

FAQ по обработке с ЧПУ и аддитивному производству

Как соотносятся сроки выполнения работ при обработке с ЧПУ и аддитивном производстве?

Время выполнения заказа на обработку с ЧПУ обычно увеличивается с усложнением детали из-за дополнительных настроек и требований к программированию. Простые детали могут быть обработаны быстро, но сложные геометрические формы могут потребовать тщательной подготовки и выполнения нескольких операций. На время выполнения заказа в первую очередь влияют сложность конструкции, доступность материалов и настройки станка.

Время выполнения аддитивного производства в первую очередь зависит от объема и высоты сборки, а не от геометрической сложности. Печать сложной детали занимает примерно столько же времени, сколько и простой детали аналогичного размера. Это фундаментальное различие делает аддитивное производство преимуществом для быстрого создания прототипов сложных конструкций.

Каковы перспективы этих производственных технологий?

По данным Grand View Research, мировой рынок аддитивного производства переживает бурный рост, и в период с 2023 по 2030 год его темпы роста составят 23,3%. Этот рост отражает растущее внедрение в различных отраслях промышленности и постоянный технологический прогресс. В 2023 году объем рынка оценивался в 20,37 млрд долларов США, а к 2034 году, по прогнозам Precedence Research, превысит 125,94 млрд долларов США.

Обработка с ЧПУ продолжает развиваться благодаря усовершенствованию многоосевых функций, автоматизации и интеграции с цифровыми рабочими процессами. Современные технологии ЧПУ, включая усовершенствования базового программного обеспечения и инновации кулачков ЧПУ, остаются основой точного производства и будут продолжать играть важную роль в крупносерийном производстве и изготовлении точных деталей в различных отраслях.

Как сравнивается воздействие на окружающую среду между этими методами производства?

Согласно исследованию по оценке жизненного цикла, опубликованному в Journal of Cleaner Production, аддитивное производство обычно производит на 25-30% меньше выбросов углерода по сравнению с механической обработкой с ЧПУ для сложных деталей. Это преимущество достигается в первую очередь за счет сокращения отходов материалов, в то время как при обработке с ЧПУ иногда расходуется до 90% исходного блока материалов для сложных геометрических форм.

Энергопотребление в разных процессах существенно различается. Аддитивное производство металлов с использованием лазерного порошкового наплавления потребляет примерно 50-100 кВт/ч на килограмм обрабатываемого материала, в то время как механическая обработка с ЧПУ в среднем составляет 7-10 кВт/ч на килограмм веса конечной детали, согласно данным International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology. Однако если рассматривать весь жизненный цикл, включая производство материалов, то разрыв значительно сокращается.

Вернуться к началу: CNC Machining vs Additive Manufacturing