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3D-Druck vs. CNC-Bearbeitung: Was ist besser für Prototyping und Teile für den Endverbrauch? Aug 16, 2022

3d Drucken ist eine schnell wachsende Technologie mit vielen Vorteilen gegenüber herkömmlichen Herstellungsmethoden. Es hat jedoch seine Probleme, darunter, dass der 3D-Druck nicht effektiv für die Massenproduktion verwendet werden kann und in Geschwindigkeit und Zugänglichkeit begrenzt ist. Eine weitere Fertigungstechnik für die Low-to-Mid-Produktion ist die CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control), eine ziemlich verbreitete subtraktive Technik für die Teileerstellung. Wir haben uns entschlossen, die Vor- und Nachteile für jede Methode zu vergleichen, um festzustellen, wo diese Technologien am besten geeignet sind.

Subtraktive vs. additive Fertigung

Der Hauptunterschied zwischen 3D-Druck und CNC-Bearbeitung besteht darin, dass der 3D-Druck eine Form der additiven Fertigung ist, während die CNC-Bearbeitung subtraktiv ist. Dies bedeutet, dass die CNC-Bearbeitung mit einem Materialblock (Rohling genannt) beginnt und Material wegschneidet, um das fertige Teil zu erstellen. Dazu werden Schneide- und Drehwerkzeuge verwendet, um das Stück zu formen. Zu den Vorteilen der CNC-Bearbeitung gehören eine hohe Maßgenauigkeit sowie viele kompatible Materialien, darunter Holz, Metalle und Kunststoffe.

Beim 3D-Druck oder der additiven Fertigung werden Teile Schicht für Schicht aus Materialien wie Kunststofffilamenten (FDM), Harzen (SLA/DLP), Kunststoff- oder Metallpulvern (SLS/DMLS/SLM) hergestellt. Mithilfe einer Energiequelle wie einem Laser oder einem beheizten Extruder werden Schichten dieser Materialien zum fertigen Teil verfestigt. Zu den Vorteilen des 3D-Drucks gehören seine Formfreiheit, Anwendungen in vielen Bereichen, Genauigkeit, Geschwindigkeit und die Möglichkeit, Kosten und Gewicht der Teile zu senken.

Hauptähnlichkeiten von 3D-Druck und CNC-Bearbeitung

CNC-Bearbeitung und 3D-Druck haben einige grundlegende Gemeinsamkeiten:

Sie stellen 3D-Produkte auf der Grundlage von 3D-Modellen her.

Sie tun dies, indem sie den Anweisungen eines Computers folgen.

Sie sind mit STL- und OBJ-Dateitypen kompatibel.

Sie sind an der Spitze der Technologie.

Sie sind heute üblich.

Abgesehen von diesen grundlegenden Gemeinsamkeiten erfüllen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck jedoch sehr unterschiedliche Anforderungen und bieten unterschiedliche Vorteile.

Hauptunterschiede zwischen 3D-Druck und CNC-Fräsen

Es gibt auch mehrere Hauptfaktoren, die die beiden Prozesse unterscheiden.

1. Verschwendung

Einer der Hauptunterschiede zwischen additiver und subtraktiver Fertigung ist die Menge an Abfall, die sie produzieren. Da die CNC-Bearbeitung Material wegnimmt, entsteht viel Abfall, der nicht wiederverwertet werden kann. Wie Sie sich vorstellen können, ist die Bereinigung in der Regel chaotisch. 3D-Drucker verwenden jedoch nur genau die Menge an Material, die zur Herstellung des Teils erforderlich ist, sodass anschließend keine Reinigung erforderlich ist. 3D-Drucker erzeugen auch weniger Lärm, da sie während der Produktion nicht vibrieren.

2. Dateitypen

Abgesehen von den beiden oben genannten Dateiformaten verwenden CNC-Bearbeitung und 3D-Druck Dateitypen, die nicht miteinander kompatibel sind.

3. Größe der Teile

Mit dem CNC-Fräsen können Sie eine breite Palette von Teilen unterschiedlicher Größe herstellen. Beim 3D-Druck hingegen dürfen die von Ihnen hergestellten Teile nicht größer als das Druckbett sein. Sie können große Komponenten mit einem 3D-Drucker herstellen, aber dazu müssten Sie die Komponente in kleinere Teile zerlegen, diese Teile separat drucken und dann zusammenbauen. Dies erhöht natürlich den Zeitaufwand für den Produktionsprozess.

4. Materialverfügbarkeit

Die CNC-Fertigung kann mit einer Vielzahl von Materialien wie Metalllegierungen, Holz, Acryl, Modellierschaum und Thermoplasten arbeiten. 3D-Drucker hingegen arbeiten mit einer begrenzteren Anzahl von Materialien und verwenden hauptsächlich Kunststoffe, Metalle und Polymere. Sie können nicht mit Metallen mit hohen Schmelzpunkten arbeiten. CNC-Maschinen sind nicht nur für viele Materialien geeignet, sondern lassen sich auch leicht an neue Materialien anpassen. Ein 3D-Drucker hingegen kann nur mit einem Material arbeiten.

5. Geschwindigkeit

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen CNC und additiver Fertigung ist die Geschwindigkeit. Wenn es um die Massenproduktion eines Produkts geht, ist die CNC-Bearbeitung schneller, da sie ein Fließband von Maschinen umfasst, die jedes Teil produzieren. Ein einziger 3D-Drucker stellt das gesamte Produkt von Anfang bis Ende her, was es für die Massenproduktion weniger geeignet macht.

6. Produktion

Die CNC-Bearbeitung ist präziser und bietet eine Genauigkeit auf den nächsten Mikrometer. Das liegt daran, dass CNC-Maschinen eine höhere Toleranzfähigkeit haben. Von dieser Präzision ist der 3D-Druck noch weit entfernt.

7. Wiederholbarkeit

CNC-Maschinen können ein Produkt jedes Mal auf die gleiche Weise herstellen.

8. Qualität

Aufgrund ihrer höheren Toleranz können CNC-Maschinen Produkte mit einem polierteren Aussehen herstellen. Die Materialien werden während der Herstellung nicht verformt. Von 3D-Druckern hergestellte Teile neigen jedoch dazu, sich zu verbiegen und zu verziehen, und Schichtlinien können sichtbar sein, insbesondere um Kurven herum. Obwohl einige 3D-Drucker eine hohe Genauigkeit versprechen, scheitern sie dennoch manchmal. Beide Herstellungsverfahren haben geometrische Beschränkungen. CNC kann beispielsweise sehr dünne Wände herstellen, aber der 3D-Druck hat in dieser Hinsicht Einschränkungen, und die Größe seines Endeffektors bestimmt oft seine Fähigkeit.

Was ist der beste Weg, um Komplexe herzustellenTeile?

Die Teilekomplexität ist ein wichtiger Faktor, der bei der Wahl zwischen 3D-Druck und CNC-Bearbeitung zu berücksichtigen ist. Beide Technologien haben ihren Anteil an Designbeschränkungen, obwohl CNC-Maschinen weitaus weniger Geometrien produzieren können.

Die CNC-Bearbeitung bringt mehrere wichtige Designbeschränkungen mit sich, darunter Werkzeugzugang und -abstände, Halte- oder Befestigungspunkte sowie die Unfähigkeit, rechtwinklige Ecken aufgrund der Werkzeuggeometrie zu bearbeiten. Einige Geometrien können sogar nicht mit CNC hergestellt werden, da die Werkzeuge nicht auf alle Oberflächen Ihres Teils zugreifen können. Dies gilt auch für 5-Achs-Systeme.

Bei den meisten Geometrien muss der Bediener das Teil drehen, damit Werkzeuge auf verschiedene Seiten und Winkel zugreifen können. Die Neupositionierung verlängert die Verarbeitungs- und Arbeitszeit, und in einigen Fällen sind Vorrichtungen und Halterungen erforderlich. All diese Faktoren erhöhen den Endpreis des Teils.

Im Vergleich zu CNC kann der 3D-Druck Teile mit sehr wenigen geometrischen Einschränkungen herstellen. Für Prozesse wie FDM können Stützstrukturen erforderlich sein, aber ein wenig zusätzliche Nachbearbeitung schmälert nicht die enorme Designfreiheit und Komplexitätskapazität, die Sie mit dem 3D-Druck erhalten.

Darüber hinaus können polymerbasierte Pulverbettfusionsverfahren wie SLS und MJF organische Freiformgeometrien erzeugen, ohne dass Stützstrukturen erforderlich sind. Die Fähigkeit, hochkomplexe Geometrien relativ einfach herzustellen, ist eine der Hauptstärken des 3D-Drucks.

Die besten Tipps und Tricks für die Wahl zwischen 3D-Druck und CNC-Bearbeitung

Die Auswahl der richtigen Fertigungstechnologie für Ihre kundenspezifischen Teile mag sich wie eine unüberwindbare Herausforderung anfühlen, muss es aber nicht. Wir haben ein paar grundlegende Faustregeln zusammengestellt, die Sie befolgen sollten, wenn Sie vor dieser Entscheidung stehen.

Wählen Sie die CNC-Bearbeitung, wenn Sie Teile in mittleren bis hohen Stückzahlen (250-500 Teile) mit relativ einfachen Geometrien herstellen

Wählen Sie den 3D-Druck für kleinere Teilemengen – oder einzelne Prototypen – und wenn Ihre Designs komplexe Geometrien haben

Bei Metallen kann CNC auch bei geringen Stückzahlen preislich konkurrenzfähig sein, es gelten jedoch immer noch Geometriebeschränkungen

Wenn Sie mehr als 500 Teile drucken, sollten Sie vielleicht andere Technologien wie Spritzguss (oder eine Mischung aus 3DP oder CNC und einem Umformprozess) in Betracht ziehen.

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