V zadnjem obdobju je opazen trend, da se precej kosov namenjenih uporabi v proizvodnji, katere smo tradicionalno rezkali ali stružili na CNC strojih, natisne na 3D tiskalnikih. To je opazno tudi pri kosih, ki zahtevajo večjo togost in so do sedaj izključno bili narejeni s CNC tehnologijo. Tako kot pri CNC obdelavah se uporabniki tudi pri 3D tiskanju poslužujejo izdelave v hiši (t.j. na svoji lokaciji) kot tudi uporabe storitev 3D tiska, kar ponujajo zunanji ponudniki.
Pri odločanju med CNC obdelavo in 3D tiskom je potrebno upoštevati nekatere omejitve.
Fizične omejitve
Geometrija
Pri obeh pristopih se srečujemo z omejitvijo orodja. V primeru CNC tehnologije premer orodja narekuje najmanjši parameter, katerega lahko izdelamo . V primeru 3D tiskalnika prav tako premer šobe predstavlja omejitev. Premeri šob pri 3D tiskalnikih so običajno med 0,25 mm in 0,8 mm, kar pomeni, da je dejanska debelina posameznega dela 4x večja, t.j. med 1,0 mm in 3,2 mm.
Kogar zanima več o minimalnih velikostih v primeru uporabe vlaken, si lahko ogleda objavo v Markforged blogu na https://markforged.com/blog/threading-the-needle-with-ease/.
Površinska obdelava
Z uporabo pravih orodij lahko s CNC tehnologijo zagotovimo bolj natančno površinsko obdelavo. S 3D tiskom sicer lahko izdelamo povsem funkcionalne kose, vendar je v primeru zahtev po natančni površinski uporabi kos izdelati oz. v nekaterih primerih vsaj naknadno obdelati na CNC stroju.
Tolerance
Nekateri najboljši 3D tiskalniki za kompozite omogočajo tolerance do 0,127 mm (t.j. 0.005”). V nekaterih primerih 3D tiskanih kosov lahko tolerance izboljšamo s CNC tehnologijo. V takih primerih je potrebno preveriti, če ni bolje kar cel kos izdelati s CNC tehnologijo. To je odvisno tudi od zmogljivosti posameznega stroja, materiala in geometrije kosa.
Obremenitve
Nestrukturirani kosi so običajno zelo primerni za običajni 3D tisk. Strukturirani kosi, kateri bodo obremenjeni z določeno silo, pa so lahko izdelani tako z eno kot z drugo tehnologijo. Uporaba kompozitnega 3D tiska s položenimi vlakni omogoča znatno izboljšanje karakteristik izdelanega kosa (npr. povečanje togosti, ipd.), je pa res, da so taki kosi običajno bolj togi v x in y osi, v z osi pa ne toliko. Prav tako ne predstavijo toliko izotropije kot kovinski kosi. Več o orientaciji kosov pri 3D tiskanju si lahko ogledate na https://markforged.com/blog/industrial-carbon-fiber-3d-printing-part-1/.
Okolje
Temperatura
Tako 3D tisk kot CNC obdelava omogočata izdelavo oz. obdelavo tako kovinskih kosov kot kosov iz polimerov. Pri kovinskih kosih je običajno potrebno upoštevati temperaturo tališča, kjer velja, da čiste kovine običajno oslabijo pri polovici temperature tališča na absolutni temperaturni lestvici. Zlitine omogočajo uporabnost na višjih temperaturah, včasih tudi do 65% temperature tališča.
Vlaga
Nekateri polimeri so občutljivi na vlago in lahko izgubijo moč pri predolgi izpostavljenosti. Tako je potreben uporabiti ustrezen premaz (npr Liquitex). Vlaga ne vpliva na aluminij, v primeru železa oz. jekla pa lahko pride do rjavenja.
Kemikalije
Če bo tako izdelan kos izpostavljen kemijskim vplivom, je le-to potrebno upoštevati . Vplivi nekaterih kemikalij na Onyx so objavljena na https://static.markforged.com/downloads/ChemicalResistivitySlick.pdf. Kljub temu, da kemikalije v primeru kovinskih kosov ne predstavljajo toliko težav, je priporočljivo pregledati karakteristike vpliva pred samo izdelavo in uporabo. Markforged materiali, ki vsebujejo najlon, so kemično odporni v veliki večini primerov. Niso pa primerni za bazična in kisla okolja.
Ekonomska računica
Lastna izdelava
V primerih, ko potrebujete kos takoj ko zahtevano, ter imate CNC stroj, orodje, material in operaterja, potem seveda tak kos izdelate sami v svoji delavnici. V primeru, ko je čas pomemben faktor, lahko običajno s 3D tiskalnikom tak kos izdelate v 1 dnevu. Prednost 3D tiska je tudi v tem, da prisotnost operaterja ni potrebna.
Je pa res, da s CNC obdelavo lahko odstranimo material precej hitreje kot ga lahko dodajamo s 3D tehnologijo. V primeru CNC obdelave velikost ne igra tolikšnega vpliva kot količina materiala, katerega je potrebno odstranit. Če je potrebno za izdelavo posameznega kosa odstraniti veliko materiala pri CNC obdelavi, je priporočljivo razmisliti za uporabo 3D tiskanja.
Po drugi strani pa pri 3D tisku velikost tiskanega kosa dejansko vpliva na čas, večji kosi zahtevajo daljši čas tiskanja. Če kos lahko držimo v dlani, potem lahko tak kos natisnemo v 1 dnevu. V primeru manjših kosov pa lahko s 3D tiskom izdelamo kos hitreje kot na CNC stroju. Glede na to, da je pri CNC stroju potrebno dobiti ustrezen surovec, napisati program z G kodo, pripraviti prijemala, nastaviti orodja ter kos po obdelavi očistiti, lahko manjši kos natisnemo še preden je CNC stroj pripravljen za samo obdelavo.
Izdelovanje kosa pri zunanjih ponudnikih
Če damo kos izdelat zunanjemu ponudniku, je časovna komponenta precej večja, t.j. vsaj nekaj dni. Geometrijo kosa moramo ustrezno pripraviti, narediti ustrezen 3D model in/ali načrte, poslati kos v pregled, pridobiti in potrditi ponudbo in oddati naročilo. V primeru 3D tiska je običajno tak postopek precej hitrejši.
Koliko kosov potrebujete?
Če analiziramo stroškovnik malih serij izdelanih na CNC strojih, ugotovimo, da večina stroškov pride iz naslova časa potrebnega za programiranje in nastavitve. Dejanski čas odrezovanja je v splošnem kratek. Če kompleksnost posameznega kosa narašča, se posledično poveča čas programiranja in čas potreben za nastavitve stroja. Po drugi strani pa potem strošek izdelave dodatnih kosov precej pade.
V primeru 3D tiska se programski del (t.j. preračun rezin – slicing) izvede hitro, kompleksnost geometrije posameznega kosa pa nima večjega časovnega vpliva. Cena prvega kosa je tako nizka, se pa pri večjem število kosov znatno ne zniža. Povečanje obsega proizvodnje običajno uredimo z dodatnimi 3D tiskalniki.
Zaključek
CNC stroji lahko delujejo brez operaterjevega posredovanja ko so ustrezno nastavljeni, vendar so operaterji in programerji nujno potrebni za uspešno delo. CNC stroji za vzdrževanja niso enostavni, strošek vzdrževanja je relativno visok.
3D tiskalniki brez težav delujejo brez operaterjevega nadzora, operaterji potrebujejo minimalno usposabljanje, programiranje pa je tudi precej enostavno, ker le-to kontrolira ustrezna programska oprema. Običajno je 3D tiskalnike bolj enostavno servisirat, ni pa to nujno. Tudi stroški nakupa 3D tiskalnikov so precej nižji kot so stroški nakupa CNC strojev, kar 3D tiskalnike naredi idealne za manjše serije in s tem za namene kot so izdelava prototipov in orodij. Po drugi strani so CNC stroji primerni ko je potrebno izdelati večje serije produktov.