3D打印与CNC铣削:设置原型实验室时需要哪些?

通过 | 2019年12月12日 | 博客 , 高速加工, 快速成型 | 0评论

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用于建立原型实验室的设备

为了准确评估在建立原型实验室时的需求,首要任务是在3D打印与CNC铣削之间做出决定。

事实证明,这两种选择对于现代制造工艺都是至关重要的,每种选择都具有比传统制造方法更具优势的名册。 最终 ,在涉及3D打印与CNC铣削时,“选择使用CNC机器或3D打印机制作原型取决于几件事;价格范围,零件/原型的大小以及所用材料的类型。”

尽管这些依赖关系是特定行业,项目和目的所独有的,但重要的是要认识到3D打印优于CNC铣削的普遍偏见。

这就是为什么我们决定保持纪录并消除一些误解的原因。尽管3D打印无疑占有一席之地,但在评估CNC轧机在工业原型方面的优势时,请不要短视。

接下来是随着现代制造业的不断发展,这两个过程的定义,历史,应用和预测的细目分类。最终,我们希望这些信息将指导您做出有关您的业务(具体来说,在建立原型实验室时需要)的决定。

定义3D打印与CNC铣削

简单的解释 3D打印 是一个制造过程,通过该过程可以创建三维(3D)实体。它可以使用一系列可累加的或分层的开发框架创建对象的物理3D模型,在这些框架中依次放置各层以创建完整的3D对象。”因此,3D打印也称为增材制造。

根据 Investopedia,“ 3D打印技术已经在提高制造业的生产率,并且具有巨大的潜力,如果可以成功地用于批量生产,并且制造业变得更加本地化,​​那么它可能会严重破坏制造业的物流和库存管理行业。”

在这里,我们遇到了3D打印的局限性:批量生产过程不快速或负担不起。

另一方面, ”电脑数控(CNC) 机器通过使用与工具相连的微型计算机中嵌入的软件来自动控制机床。它通常用于机械加工金属和塑料零件的制造中。”

关于CNC的一个常见误解是这种自动化控制需要付出一定的代价—毫不夸张的说。经常不正确地认为CNC更为昂贵,部分原因是因为认为需要高技能的劳动力。实际上,CNC加工已经远离这些最初的真理。

3D列印— A Brief History

3D打印的现代应用植根于1980年代初期。的 3D打印的历史 是一项快速发展的研究。自1981年3D打印技术问世以来,1984年创建了 立体光刻,这是“一种3D打印技术的形式,用于使用光化学过程逐层创建模型,原型,图案和生产零件,通过光化学过程,光使化学单体相互连接形成聚合物。”

建立原型实验室:2019年3D打印现状

医疗行业很快就利用3D打印技术的进步。首先是在1999年,由医学博士Anthony Atala领导的Wake Forest再生医学研究所宣布了 成功打印并生成人膀胱组织然后将其转移到个体中,其免疫系统会拒绝植入物的风险很小,因为它是由自己的细胞结构或支架构建而成的。

快进到2016年,“该研究所宣布成功使用其研究人员设计的专业3D打印机成功打印了活组织结构。科学家打印出了耳朵,骨骼和肌肉的结构,这些结构植入动物体内后会成熟为功能组织并形成血管系统。”

目前,“ 最先进的3D打印应用程序 可以预期的是复杂器官的生物打印。据估计,距可正常运行的可打印心脏不到20年。”

相对于该 快速原型的工业用途 通过3D打印,“制造商越来越依赖3D打印 作为其更广泛的制造策略的一部分,生产使用量占所有受访者的51%,而2018年为38.7%。”

这不足为奇,特别是当您考虑由 福布斯》《 3D打印状况》,2019年:

自2015年以来,这一趋势一直是今年大规模定制和支持按订单配置和按订单设计产品策略的重中之重。提高生产灵活性是当今增材制造策略的第三个重点领域。 ”

根据此报告,研究设计研究中涉及八个行业:工业品(13.6%),高科技(10.6%),服务(9.9%),消费品(8.6%),健康&医疗(6.2%),汽车(5.7%),航空航天&国防(5.5%)和教育(4.9%),说明了3D打印在支持和受益于各个垂直领域方面的巨大潜力。

制造业中3D打印的统计信息。 制造业中3D打印的统计信息。

但是,在 制造业之战:加法与减法,CNC机器占据统治地位:“尽管增材制造在航空航天和汽车行业取得了令人瞩目的成就,但CNC加工仍然是绝大多数制造商的首选。”

CNC Mills如何成为

如概述 CNC 100的历史和定义,最初称为NC机器的CNC机器“由复杂的电路控制。 NC机器一次从零件程序打入纸带或聚酯薄膜带中读取并执行一行代码。”

随着小型计算机技术的发展,计算机开始控制机床。因此,CNC作为制造过程的诞生。从第一行代码开始,CNC机器就开发了存储数百个程序的功能。

数控机床的深入历史,Encyclopedia.com涵盖了所有基础。值得注意的是:

关于计算机如何首次连接到生产机械的故事充满了争议和争议。它阐明了工业,大学和军队在20世纪如何交织在一起。这个故事还说明了将许多创新归因于单个个人或机构是多么困难。梳理出谁在何时何地影响了什么,这是一个复杂的企业。

但是,我们可以在以下时间轴上建立几个关键的亮点:

  • 诸如木工车床之类的机床是圣经的,但直到1800年,亨利·莫兹莱(Henry Maudslay)发明了金属加工车床。
  • 此后不久,埃利·惠特尼(Eli Whitney)(以他的轧棉机的发明而闻名)于1818年推出了第一台铣床。
  • 这两种机器都需要人工操作才能运行,这会导致成品出现人为错误。
  • 第二次世界大战后,约翰·T·帕森斯(John T. Parsons)推出了第一台现代铣床,将早期的IBM计算机纳入了这些计划。
  • 1960年代带来了更低的价位和更易于使用的机器,使其成为其他应用程序和行业不可或缺的一部分。
  • 随着集成电子设备的发展,纸张或聚酯薄膜带(上文已提及)被淘汰了,现代机器现在可以从程序计算机存储器中读取数据。

设置原型实验室:CNC机床

目前, ”使用CNC的常见制造流程 机器包括弯曲,钻孔,打孔,粘合,研磨,激光切割,火焰和等离子切割,铣削,拾取和放置,超声波焊接等等。铣床,车床,放电加工和喷水切割机通常使用CNC进行操作。”

快速浏览3D打印和CNC机器的历史记录可证明,在建立原型实验室时,任何一种都有可能优化您的制造流程。

评估增材制造与减材制造工艺

为了确定您的原型实验室是否需要3D打印或CNC铣床,您需要首先考虑您的产品是否设计成根据增材制造与减材制造工艺最有效地交付。

两者之间的区别很容易记住:顾名思义,添加剂会增加层数,而减法则从单个单位开始并去除材料以生成最终产品。而数控’s代表减法制造,3D打印代表添加剂。

A 减法胜于添加剂的关键好处 就是说,“除了消除加法过程的分层之外,减法过程还有其他优势。它们提供了多种表面光洁度,消除了许多添加工艺中经常出现的“阶梯状”表面。如果零件必须滑动,那么表面处理在功能上很重要,而如果要在市场测试中使用原型,那么装饰在外观上也很重要。”

它有助于考虑这些流程支持的应用程序类型。

了解加性与减性应用

尽管两者之间是新来者,添加剂制造 已经用于生产令人印象深刻的产品系列。”这些产品主要用于以下行业:航空航天,汽车,医疗保健和产品开发。

尽管3D打印在各个行业中具有趋势性质,但事实仍然存在,“减性制造使您有机会设计,原型制造最终用途的材料。对于小批量和大批量生产的零件,获得特定的表面光洁度或获得特定的机械性能,这是一个合适的选择。”

为此原因, ”减法过程在制造业中被广泛使用…车削,铣削,钻孔,锯切,螺纹切削和齿轮切削是传统上在专用机器中进行的涉及金属切削的减法工艺的一些示例。”

制造中的减法过程。

除了应用程序外,在权衡3D打印和CNC加工时还需要考虑其他因素。

调整噪声和振动

当您想到CNC加工中使用的一些基本工具:铣床,车床,等离子切割机,放电加工,多轴机床,喷水切割机时,不难想象减法制造过程会在以下情况下产生更多的噪声和振动:现场,而不是像3D打印这样的增材制造。根据您所在的位置,这可能会告诉您设置最佳原型实验室所需的内容。

哪个更容易操作? 3D打印机或CNC机器

一般来说, 吹捧3D打印更容易操作 与CNC相比’s。主要原因是“因为一旦准备好文件,您只需要选择零件的方向,填充和支持即可。然后,一旦开始打印,就不需要监督者,并且可以将打印机留到零件完成为止。”

因为数控’关于劳动,人们普遍认为CNC加工需要训练有素的机械师。虽然过去可能是这种情况,但时代已经改变。

在DATRON,我们了解得更多,并且已经开发了高速加工应用程序,以从头到尾简化您的整个生产流程,这有助于消除专业知识瓶颈。通过我们的高速加工,几乎任何人都可以使用我们易于使用的触摸屏界面来完成工作—从实习生到高级机械师。

我们的DATRON机器具有多种功能,可轻松进行设置。实际上,该机器可以引导新手用户完成首次设置CNC机器的整个八步过程。最终,平均只需花费一到两天的培训,即可使用该技术感到舒适和自信。

该界面的外观和功能类似于智能手机,并配有自动注册零件的摄像头和机械探针系统,从而无需熟练的技术人员来输入此信息。集成的工作夹具解决方案和切削工具技术包括在内,从而消除了在其他地方挑选和购买类似组件的需求,从而使整个过程保持在内部。

了解您的局限性:精度,大小和几何复杂度

考虑时 3D打印与CNC加工—哪种原型最适合您? 乔什·比格斯(Josh Biggs)指出:“如果您要寻求出色的尺寸精度,那么CNC加工是一个不错的选择。此外,CNC机加工可以处理尚不能打印的材料,例如木材。在金属加工和塑料加工方面,CNC加工也击败了3D打印。”

3D打印与CNC加工

他继续宣称:“此外,数控机床通常还能提供更精确的结果。如果您需要非常狭窄的零件或具有非常严格的公差,则CNC机床是更好的选择。 0.01mm的公差是其他条件。”

甚至3Dnatives专门致力于增材制造细节和与3D打印相关的所有事物的团队,也报告了 减法制造的显着优势:“在公差方面,CNC加工优于所有3D打印过程。”

但是,当负责制造具有高几何复杂度的零件时,3D打印具有优势。

权衡成本:3D打印与CNC

如您所见,制造不是一个单一解决方案的主张。原型实验室所需的资金数量不仅取决于您生产的产品,还取决于您生产的尺寸和数量。

CNC原型制作的成本统计。 CNC原型制作的成本统计。

例如,根据Biggs的简单成本效益分析:

如果您只制造一个原型,那么3D打印几乎总是便宜。对于小批量生产,3D打印通常更便宜。但是,价格会根据所使用的材料而有所不同……在大批量运行中,CNC加工具有成本效益。如果您要制作50到100个原型,则CNC加工可能是更好的选择。

有趣的工程出版 关于数控加工生产的常见误解,消除了有关昂贵的CNC工艺的神话:

最常见的误解之一是CNC加工服务价格昂贵。实际上,CNC原型的单价起价可低至约100美元,而大批量生产的零件的单价会急剧下降。由于自动化和规模经济,CNC加工是批量生产零件的最经济的选择之一。您是否有一个较小的项目,需要单个零件的独特原型,还是需要大量生产。

显然,最适合您的业务的途径取决于您的特定产品设计和计划。

对于3D打印机,选件,尺寸和价格范围在整个范围内,每个人实际可以用各种材料打印的内容也是如此。除了未知或不确定的材料成本外,操作员通常还需要驻地专家的培训,这是对人员培训的一项投资。

借助DATRON设备,我们的切割机可容纳任何供应商的塑料,木材,铝和钢,从而使您可以预先估算和确定材料成本。正如我们已经解释的那样,操作我们的机器不需要进行任何高级培训,从而节省了人员,使DATRON CNC机器成为更具成本效益的选择。

浪费不可

考虑到减法制造的性质—剥离材料层以创建产品—更不用说所需的CNC加工工具的类型了,CNC机器会留下一点混乱也就不足为奇了。

传统加工统计传统加工统计

Energy.gov在2015年的评估中评估了多少混乱和浪费可能意味着什么, 在先进制造业中创新清洁能源技术。该报告强调了增材制造的优势,因为其潜力“可以通过减少生产步骤,使用更少的材料,实现副产品的再利用以及生产更轻的产品来节省能源”。

该报告继续:

逐层建造对象,而不是传统的切削材料的加工方法,可以减少多达90%的材料需求和成本。 AM还可以避免与CM工艺相关的工具,模具和材料报废,从而减少零部件制造的“从摇篮到大门”的环境足迹。此外,AM可以通过减少生产中的人为错误来减少浪费。

引入清洁法

在DATRON,我们对高速加工设备进行了微调,以消除杂物,从而可以在不进行毛刺或脱脂的情况下去除成品零件。

更重要的是,DATRON的CNC工具和附件可提供市场上体积最小的机器中最高的RPM。 —认为这是我们自己的绿色倡议。

通常,具有工业功能的CNC铣床具有会产生大量热量的大型电机,这需要油来冷却和润滑机床部件。处置石油是必要的,但正如我们从过去的重大泄漏事故中看到的那样,该过程对环境构成了风险。

在DATRON,我们已经开发出了令人难以置信的紧凑,高效和安静的机器。这样可以降低热量因数,消除了对油的需求。我们的机器使用酒精研磨,在切割过程中会蒸发,从而保持所有零件的干燥和清洁。

由于我们不需要相同数量的热量,机油或冷却液来维护机器,因此我们通过较小的占地面积提供了更好的节能效果。

结论:3D打印与CNC加工

无论是3D打印还是CNC加工,您在专业原型实验室中所需要的都是由您的特定产品决定的。虽然我们希望此处共享的信息能使您有所了解,但事实是3D打印和CNC加工都能正常工作—甚至根据您的制造需求相互补充。

实际上,有几种情况 什么时候应该结合3D打印和CNC加工,主要是由于公差,时间和/或尺寸过大的工件;而且,“将这两个过程结合起来不会’可能需要您设想的复杂工作流程。同样重要的是,它可以为您的制造公司带来许多有意义的好处。”

要更深入地讨论适合原型实验室的制造过程或过程组合, 联系我们 。我们会迅速做出回应,并渴望分享我们的专业知识。

关于达创

高速CNC加工的主轴转速超过60,000 RPM。制造小型或复杂零件时,每个阶段都需要速度和精度。 DATRON AG工程师不仅发明了更快,更精确的CNC机床。他们从头到尾重新诠释和优化了您的整个加工流程。

关于作者

达特龙档案

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