Jaką metodą wykonać prototyp

Druk 3D czy frezowanie CNC, która metoda jest lepsza do wykonania prototypu?

Właśnie ukończyłeś tworzenie nowego modelu 3D swojego pomysłu i zastanawiasz się nad metodą wykonania prototypu. Wybrać druk 3D czy frezowanie CNC? Przeanalizuj poniższe cechy każdej metody i sprawdź która jest lepszym rozwiązaniem w Twoim przypadku.

Przykładowe lista która znajduje się poniżej powinna pomóc Ci w ustaleniu, która z metod lepiej sprawdzi się jako metoda wytworzenia twojego prototypu.

1. Rodzaj materiału z którego można wykonać prototyp. Jakie materiały oferują metody druk 3D oraz frezowanie CNC

prototyp możliwy do wykonania metodą druku 3D oraz frezowania CNC
Wizualizacja prototypu

Zastanów się z jakiego materiału ma zostać wykonany prototyp. Czy materiał będzie miał wpływ na działanie prototypu a może  potrzebujesz wykonać tylko wizualizacje pomysłu. Metoda frezowania CNC pozwala na obróbkę: aluminium, drewna, tworzyw takich jak: POM-C, Nylon, HIPS, ABS czy teflon. Druk 3D natomiast w dokładnych technologiach takich jak Multi Jet printing wykonuje wyroby z żywicy utwardzanej światłem UV, a w popularnej metodzie FDM możesz wykonać wyrób z: ABS, PLA, PETG, ASA, Nylon.

2. Wytrzymałość prototypu

Odpowiedz sobie na pytanie czy prototyp powinien mieć taką samą wytrzymałość jak wyrób docelowy. Zarówno druk 3D jak i frezowanie CNC mogą wykonać detal z tego samego materiału np.: ABS. Wyrób stworzony na drukarce 3D będzie jednak mniej wytrzymały niż frezowany CNC mimo iż oba wykonane zostaną z tego samego materiału. Dzieje się tak gdyż w technice FDM miejsca styku warstw są słabiej połączone ze sobą niż lity materiał. Dodatkowo w kwestii wytrzymałości trzeba zauważyć, że frezarka CNC wykona wypełnienie ścian zgodnie z projektem a druk 3D w technologii FDM zawsze wstawia żebrowanie wewnątrz ścian, nawet jeśli ściana była zaprojektowana jako wypełni wypełniona.

3. Precyzyjne detale niewielkich wymiarów czyli technologia precyzyjnego druku 3D

Jeśli twój prototyp ma posiadać szczegółowe detale wielkości pojedynczych milimetrów to ich wykonanie na frezarce CNC będzie kłopotliwe i drogie ze względu na potrzebę użycia frezów o małej średnicy które łatwo uszkodzić. Technologia FDM w takim przypadku się nie sprawdzi całkowicie gdyż jej dokładność będzie niewystarczająca. W tym przypadku najlepszym rozwiązaniem wydaje się precyzyjny druk 3D w technologii MJP, który dedykowany jest do wykonywania niewielkich i skomplikowanych wyrobów.

4. Liczba prototypów ma znaczenie

Jeśli potrzebujesz wykonać 1 – 10 elementów prawdopodobnie druk 3D będzie lepszym rozwiązaniem. Nie wymaga on wykonania oprzyrządowanie niezbędnego do zamocowania detalu w obrabiarce. Dla większych serii lepszym rozwiązaniem prawdopodobnie będzie frezarka CNC, która przy większej serii wykona zlecenie szybciej i taniej.

Czy druk 3D może zaoferować lepszą dokładność wykonania niż frezowanie CNC?

Obróbka skrawaniem umożliwia wykonanie detalu w ciasnych tolerancjach. Możliwe do stworzenia są zarówno małe jak i wielkie podzespoły. Dzięki szerokiemu dostępowi do profesjonalnych narzędzi skrawających, każdy promień zostanie wykonany z pożądaną dokładnością natomiast na płaszczyznach widoczne będą ślady obróbki, które nie wpływają na wymiar końcowy.

W druku 3D sytuacja jest bardziej skomplikowana gdyż każda technologia charakteryzuje się inna dokładnością wykonania. Przemysłowe drukarki 3D posiadają możliwości wykonywania prototypów z dokładnościami mierzonymi w mikrometrach podczas gdy popularna technologia FDM wykona detal w tolerancji 0.2mm

TechnologiaDokładność wykonaniaMinimalna grubość ściankiMaksymalny wymiar tworzonego detalu
Frezowanie CNC0.025 – 0.125 mm0.75 mm400 x 500 mm
Druk 3D MJP0.016 mm0.3 mm230 x 150 mm
Druk 3D FDM0.2 mm0.8 mm200 x 200mm
Porównanie możliwości technologicznych frezowania CNC oraz druku 3D

Jaka jest najlepsza metoda wytwarzania skomplikowanych wyrobów?

Technologia FDM nie nadaje się do drukowania skomplikowanych kształtów. W takim przypadku należy rozważyć użycie frezowania lub technologii MJP. Obie te technologie mają obszary w których sprawdzą się dobrze ale również limity które wyeliminują daną technologie w konkretnym projekcie.

Limitami frezowania CNC które należy rozważyć mogą być: dostęp narzędzia roboczego do obrabianego materiału. Kształt który należy wykonać może posiadać kąty ujemne i do jego wykonania niezbędna może być obrabiarka 5 osiowa. Należy też przemyśleć sposób zamocowania materiału w maszynie, czy mocowanie nie spowoduje uszkodzenia wyrobu lub uniemożliwi obróbkę wszystkich powierzchni. Ostatnim czynnikiem jest możliwość wykonania wszystkich zaprojektowanych detali. Jeśli projekt posiada kąty ostre w wewnętrznych kieszeniach to frezarka CNC nie będzie wstanie ich wykonać ze względu na średnice narzędzia użytego do obróbki skrawaniem.

Głównymi limitami w technologii precyzyjnego druku 3D MJP będzie materiał z którego tworzony jest wyrób. MJP oferuje jedynie wydruk 3D z żywicy utwardzanej światłem UV. Kolejnym limitem może być obszar roboczy, który jest znacznie mniejszy niż w typowych frezarkach CNC. Jeśli chodzi o dokładność wymiarową wykonywanych elementów to obie metody charakteryzują się podobnymi wartościami.  

Geometria 3D czy frezarka i drukarka 3D potrafią to wykonać?

Wiele projektów 3D posiada płaszczyzny 3D których kształt zmienia się w zależności od pozycji na płaszczyźnie. Są to wszelkiego rodzaju projekty modeli artystycznych, biżuterii itp. Obie metody druk 3D oraz frezowanie CNC pozwalają na wykonanie tego typu płaszczyzn. Jednak druk 3D jest metodą która lepiej sprawdzi się w tej sytuacji. Dzieje się tak dlatego, że stworzenie takiej płaszczyzny nie jest problemem jeśli tworzymy wyrób poprzez dodawanie materiału. Operator drukarki 3D po prostu wczyta plik projektu do maszyny a ten zostanie wykonany.  Dla frezowania CNC będzie to większy wysiłek. Po pierwsze programista musi stworzyć program na frezarkę który najpierw zgrubnie zbierze nadmiar materiału a następnie używając freza kulistego wykona powierzchnie 3D. Co więcej wykonanie takiej powierzchni zajmuje dużo czasu, gdyż frez musi tworzyć ją z krokiem co najmniej 0.1mm by osiągnąć zadowalającą chropowatość. To znacznie wydłuża czas obróbki i sprawia ze koszt wykonania takiej części będzie wysoki.

Jaką metodą wykonać prototyp – podsumowanie

Nie ma jednej metody, którą otrzymamy zawsze najlepiej wytworzony prototyp. Metodę powinniśmy wybierać analizując szczególne cechy zaprojektowanego modelu 3D i określając punkty na których zależy nam najbardziej (dokładność wykonania, cena, materiał). Jeśli sami nie mamy pewności jaką metodą powinien zostać wykonany nasz prototyp zawsze dobrym rozwiązaniem będzie rozmowa z firmą świadczącą usługi ich wytwarzania. Podczas rozmowy z przedstawicielem takiej firmy i opisaniu cech na których nam zależy na pewno uzyskamy odpowiedzi na pytania które mamy.