Impresión CNC frente a impresión 3D:¿Cuál es la mejor manera de hacer su pieza?

Introducción

El desarrollo de materiales de impresión 3D más resistentes ha animado a los fabricantes de todas las industrias a explorar la impresión CNC frente a la impresión 3D, y a encontrar formas de imprimir piezas funcionales en 3D que anteriormente se mecanizaban con CNC. El proceso de impresión 3D puede ahorrar a los fabricantes una cantidad considerable de tiempo y dinero, al mismo tiempo que genera la calidad necesaria para la producción a nivel industrial.

Los fabricantes que hacen el cambio pueden aprovechar el software de impresión 3D para crear prototipos y producir piezas en un solo día, por una fracción del costo del mecanizado CNC tradicional. Sin embargo, todavía hay varias áreas clave en las que CNC puede ser la opción correcta.

Desde lo físico hasta lo financiero, analicemos algunas de las áreas clave para evaluar antes de decidir entre la impresión CNC o 3D.

Lea nuestra Guía del comprador de impresoras 3D

Consideraciones físicas

Geometría

Tamaño de función: Tanto los procesos de impresión 3D como los CNC están limitados por el tamaño de la herramienta; en el caso de CNC, el diámetro de la herramienta dicta la característica negativa más pequeña que se puede crear. En el caso de la impresión 3D, sin embargo, el diámetro de la boquilla dicta la característica positiva más pequeña que se puede producir. El diámetro de la boquilla para las impresoras 3D basadas en extrusión suele estar entre 0,25 mm y 0,8 mm, y el tamaño mínimo de la característica para esas máquinas es 4 veces mayor, lo que da como resultado un tamaño mínimo de la característica entre 1,0 mm y 3,2 mm.

Para obtener más detalles sobre el tamaño mínimo de las características para el refuerzo de fibra continua, hemos creado una guía para los tamaños mínimos de las características de las fibras.

Acabado de superficie: Con las herramientas adecuadas, las máquinas CNC son capaces de producir superficies mucho más suaves que las impresoras 3D. Las impresoras 3D son capaces de producir piezas para ajuste y acabado, pero para piezas que requieren una suavidad excepcional para acoplarse con otros componentes de precisión, puede ser preferible el mecanizado CNC.

Tolerancias: Algunas de las mejores impresoras 3D compuestas pueden mantener tolerancias dimensionales de +/- 0,005 ”y, por lo general, tienen una superficie compatible para el ajuste a presión. Las características de tolerancia estricta en las piezas impresas en 3D se pueden post-mecanizar. Sin embargo, dependiendo de las otras características de la pieza, puede ser más fácil mecanizar todo. Sus resultados pueden variar según la máquina, el material y la geometría de la pieza.

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Cargando: Las piezas no estructurales suelen ser objetivos fáciles de la impresión 3D convencional. Las piezas estructurales que deben soportar cargas físicas importantes se pueden producir con refuerzo de fibra continua o mediante mecanizado CNC. Si bien el refuerzo de fibra continua puede proporcionar una mejora significativa de la resistencia con respecto a otras piezas impresas en 3D, las piezas compuestas son más fuertes en dos ejes (X, Y) que en Z, y no exhiben propiedades isotrópicas como las piezas metálicas. Para obtener más información sobre cómo esto podría afectar los diseños y la orientación de las piezas para imprimir, lea este artículo sobre Relleno de fibra isotrópica, que explora estas piezas con mayor profundidad.

Consulte nuestro documento técnico sobre cómo imprimir en 3D sus propias herramientas y accesorios

Entorno

La impresión 3D y el mecanizado CNC son capaces de producir piezas en metales y polímeros, por lo que la elección girará en torno a qué proceso está más disponible para formar el material que necesita.

Temperatura: La impresión 3D y el mecanizado CNC son capaces de producir piezas en metales y polímeros, por lo que la elección girará en torno a qué proceso está más disponible para formar el material que necesita. La temperatura de servicio de un metal en particular generalmente tiene alguna relación con su temperatura de fusión. "Los metales puros generalmente se debilitan seriamente en aproximadamente la mitad del punto de fusión en la escala de temperatura absoluta (punto de fusión en grados F más 459)". Normalmente, las aleaciones pueden aumentar el rango útil, en algunos casos hasta aproximadamente el 65% de la temperatura de fusión.

Los polímeros y compuestos impresos en 3D tienen límites de temperatura de servicio más bajos que los metales. Por lo general, los materiales forjados con marcas no deben usarse durante períodos prolongados a temperaturas elevadas por encima de 150 ° C.

Humedad :Algunos filamentos de polímero absorben la humedad y pueden perder resistencia por exposición prolongada o inmersión. Puede ser necesario un revestimiento, como Liquitex. Por lo general, la humedad no afecta al aluminio, pero puede oxidar el acero.

Productos químicos: Si su pieza estará sujeta a algún químico, verifique la compatibilidad química de su material con el químico. Si bien muchos metales son adecuados para su uso con una variedad de productos químicos, siempre verifique la compatibilidad antes de introducir un nuevo material o entorno. Los materiales a base de nailon forjado son químicamente resistentes y no se ven afectados por la mayoría de los productos petroquímicos. No son adecuados para su uso en entornos con ácidos o bases fuertes.

Consideraciones económicas

¿Cuándo lo necesita?

Mecanizado interno :Si la pieza se necesita de inmediato, no hay otros retrasos en la operación y tiene una máquina, operador, materiales y sujeción de trabajo disponibles, debe mecanizar su pieza con CNC. Si hay trabajos más urgentes, o la pieza puede esperar, la impresión 3D generalmente puede conseguirle una pieza en mano al día siguiente, lo que libera tiempo al operador para tareas más críticas.

El mecanizado CNC generalmente es capaz de eliminar material mucho más rápido de lo que la impresión 3D puede depositarlo. Por lo general, el tamaño no influye tanto en la limitación de tiempo para el mecanizado; la cantidad de material de remoción requerida es mucho más crítica. Si la relación volumen de pieza / volumen de stock es muy baja (la eliminación de material es alta), la impresión 3D puede ser una buena opción.

Con la impresión 3D, el tamaño de la pieza afecta el tiempo; las piezas más grandes tardan más en imprimirse. si una pieza cabe en la palma de su mano, normalmente puede tenerla el mismo día. Con piezas más pequeñas, a menudo puede ser más rápido imprimir en 3D que mecanizar. Con una máquina CNC, tiene que dedicar tiempo a obtener existencias, escribir código G, determinar el mantenimiento del trabajo, configurar las herramientas y limpiar después. Algunas piezas pueden imprimirse en el tiempo que se tarda en preparar una máquina CNC.

Mecanizado fuera de la empresa: El proceso de subcontratación de componentes mecanizados a servicios de mecanizado CNC generalmente requiere varios días como mínimo, entre la revisión de la pieza, la creación de dibujos, el envío para cotización y la revisión con la compra. Esto, más el envío y el tiempo de entrega desde el taller, a veces puede resultar en un proceso muy largo. La impresión, en este caso, puede ser una forma adecuada de comprobar el ajuste y el acabado o tener una pieza lista al día siguiente mientras se corta una pieza permanente.

¿Cuántos necesitas?

Cuando desglosa el costo de las piezas mecanizadas de bajo volumen, la mayor parte del costo proviene del tiempo requerido para la programación y configuración; el tiempo real para cortar metal es generalmente bastante corto. El aumento del volumen de producción generalmente se logra haciendo configuraciones más grandes para cortar más piezas sin supervisión. A medida que aumenta la complejidad de las piezas y el número de funciones, también puede aumentar el tiempo de programación y el número de configuraciones necesarias. Sin embargo, el costo de las unidades adicionales disminuye con bastante rapidez. Dependiendo de la geometría, el costo unitario de CNC se escala bien en pedidos de cientos o miles de unidades por mes, ya que la programación y la configuración se pueden reutilizar.

Con la impresión 3D, la programación (corte) ocurre en cuestión de minutos y la complejidad tiene poco efecto en el tiempo de programación. Si bien el primer costo unitario y el esfuerzo son bajos, el costo unitario no se ve muy afectado por el volumen. Generalmente, el aumento del volumen de producción se logra poniendo más máquinas en línea.

¿Cuál es su presupuesto para equipos y operadores?

Las máquinas CNC pueden funcionar sin supervisión cuando se configuran correctamente, pero normalmente los operadores y programadores capacitados a tiempo completo son fundamentales para el éxito. Las máquinas no siempre son fáciles de reparar para los propietarios, lo que requiere costosos planes de mantenimiento.

Las impresoras 3D pueden funcionar fácilmente sin supervisión, los operadores requieren una capacitación mínima y el software facilita la programación. Por lo general, las máquinas son fáciles de mantener y tienen costos de mantenimiento mucho menos costosos.

Las máquinas CNC y las impresoras 3D tienen una gama de precios basada en las características y la calidad de construcción, pero normalmente se pueden adquirir impresoras 3D por una inversión significativamente menor que una máquina CNC.

El costo inicial y el costo operativo de la fabricación aditiva son bajos, lo que lo hace ideal para aplicaciones de bajo volumen, como creación de prototipos y herramientas. Sin embargo, al escalar a volúmenes más altos, la fabricación y el conformado sustractivos son más rentables.

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¿Dónde debería caer en el debate sobre la impresión 3D y el CNC?

El caso rara vez es tan simple como un proceso de reemplazo uno a uno, y la impresión 3D no resolverá todos sus problemas de producción de la noche a la mañana. Las restricciones económicas limitan la cantidad de piezas rentables para la impresión 3D a volúmenes bajos, y las restricciones de materiales y procesos pueden limitar el espacio de aplicación. El mecanizado CNC, por otro lado, ve economías de escala favorables una vez que las cantidades son un poco más altas, generalmente del orden de cientos de unidades por mes. ‍