CNC vs 3D-printen: welke productietechniek kies je?

Een recente trend in de productie, mogelijk gemaakt door sterkere materialen, is de wens om functionele onderdelen die momenteel CNC-verspaand worden 3D te gaan printen. Wanneer blijkt dat de kosten meevallen en een onderdeel vaak de volgende dag al klaar is voor gebruik, dan lijkt 3D-printen een interessante tegenhanger van CNC-verspanen. Toch gaat dit niet altijd op. Markforged heeft in een artikel de voors en tegens van CNC en 3D-printen afgewogen.

Zowel CNC-frezen als 3D-printen worden beperkt door de gereedschapsgrootte; in het geval van CNC dicteert de diameter van het gereedschap de kleinste bewerking die kan worden gecreëerd. In het geval van 3D-printen dicteert de diameter van de nozzle het kleinste positieve kenmerk dat kan worden geproduceerd. De afmetingen van het werkstuk bepalen hier al snel of er voor 3D-printen of CNC gekozen moet worden. Daarnaast is de oppervlaktekwaliteit een belangrijke factor. Met de juiste gereedschappen kunnen CNC-machines veel gladdere oppervlakken produceren dan 3D-printers. 3D-printers zijn geschikt voor het produceren van onderdelen voor pasvorm en afwerking, maar voor onderdelen die een uitzonderlijke gladheid vereisen omdat ze in contact komen te staan met andere precisiecomponenten, kan CNC-bewerking de voorkeur hebben. Vervolgens komt tolerantie. Wat veel mensen volgens Markforged niet weten is dat 3D-printers hele nauwkeurige maattoleranties kunnen behouden. Daarnaast kunnen tolerantiekenmerken op 3D-geprinte onderdelen nog worden nabewerkt. Dit is volledig afhankelijk van de andere functies van het onderdeel. Heeft het onderdeel bijvoorbeeld complexe vormen of interne ruimtes, maar ook nauwe toleranties en op sommige plaatsen een hoge oppervlaktenauwkeurigheid nodig, dan kan er gekozen worden voor 3D-printen en nabewerken middels verspanen. Heeft het onderdeel geen complexe vormen of interne ruimtes dan kan er vaak beter gekozen worden CNC-verspanen. Machine, materiaal en onderdeelgeometrie zijn in eerste instantie de beslissende factoren.

Economische overwegingen

Als het onderdeel onmiddellijk nodig is en heeft de organisatie een machine, operator, materialen en werkruimte beschikbaar, dan kan het onderdeel direct CNC-verspaand worden. Als er meer urgente taken zijn of als het onderdeel kan wachten, kan een producent met 3D-printing meestal de volgende dag het onderdeel in handen hebben, zodat er tijd beschikbaar blijft voor kritieke taken. 

CNC-bewerking is meestal in staat om materiaal veel sneller te verwijderen dan 3D-printen kan deponeren. De grootte van een werkstuk speelt bij CNC meestal niet zozeer in de tijdsbeperking een rol in vergelijking met 3D-printen. Het verspaanvolume is veel kritieker. Als de hoeveelheid materiaal dat verspaand moet worden hoog is, kan 3D-printen een goede optie zijn.

Bij 3D-printen heeft de werkstukgrootte wel invloed op de tijd; grotere delen duren langer om te printen, ook in verband met support-structuren. Als een onderdeel in de palm van je hand past, kun het meestal dezelfde dag nog geprint worden. Bij kleinere onderdelen kan het vaak sneller zijn om 3D te printen dan te verspanen. Met een CNC-machine moet je tijd spenderen aan het krijgen van voorraad en het uitzoeken van opspanningen en gereedschappen. Sommige onderdelen kunnen worden geprint in de tijd die nodig is om een ​​CNC-machine gereed te maken.

Hoeveel heb je nodig?

Bij CNC-verspanen komen de meeste kosten voort uit de neventijden die nodig zijn voor o.a. het programmeren en instellen van de machine; de werkelijke bewerkingstijd is over het algemeen vrij kort. Het opschalen van het productievolume wordt over het algemeen bereikt door automatisering en onbemand produceren. Naarmate de series groter worden dalen de kosten per werkstuk snel. Dat maakt CNC-verspanen interessant.

Bij 3D-printen gebeurt het programmeren (slicing) in enkele minuten en heeft complexiteit weinig invloed op de programmeertijd. Hoewel de eenheidskosten laag zijn, worden de kosten per eenheid niet veel beïnvloed door het volume. Het vergroten van het productievolume wordt over het algemeen bereikt door meer werkstukken op een bouwplaat te printen of door meer machines online te brengen.

Budget

CNC-machines kunnen zonder toezicht worden gebruikt wanneer ze op de juiste manier zijn geïnstalleerd, maar getrainde bedieners en programmeurs zijn cruciaal voor succes. Machines zijn niet altijd eenvoudig voor eigenaren om te onderhouden, waarvoor dure onderhoudsplannen nodig zijn.

3D-printers kunnen eenvoudig volledig zonder toezicht in bedrijf worden gesteld, operators hebben minimale training nodig en het programmeren is eenvoudig dankzij software-ontwikkelingen. De machines zijn doorgaans gemakkelijk te onderhouden en hebben minder onderhoudskosten.

CNC-machines en 3D-printers hebben verschillende prijzen, gebaseerd op functies en bouwkwaliteit, maar doorgaans kan er tegen een aanzienlijk lagere investering gestart worden met 3D-printen. Echter is de investering in een metaalprinter vergelijkbaar met de investering in een CNC-machine.

Waar moet de keus op vallen?

3D-printen en CNC-verspaning zijn beide in staat om onderdelen in metalen en polymeren te produceren, en beide productietechnieken hebben hun voor en nadelen. Welke techniek het meest interessant is, is volledig afhankelijk van de eigenschappen en toepassingen van het uiteindelijke werkstuk.