Impressão 3D x Usinagem CNC: Qual é o melhor para prototipagem?

A impressão 3D é uma tecnologia em rápido crescimento, com muitas vantagens em relação aos métodos tradicionais de fabricação. No entanto, ele tem seus problemas, incluindo que a impressão 3D não pode ser efetivamente usada para produção em massa e é limitada em velocidade e acessibilidade.

 

 

Impressão 3D x Usinagem CNC:
Qual é o melhor para prototipagem?

 

Outra técnica de fabricação para a produção de baixa a média é a usinagem CNC (controle numérico computadorizado), uma técnica subtrativa bastante comum para a criação de peças. Decidimos comparar as vantagens e desvantagens de cada método para estabelecer onde essas tecnologias são mais apropriadas.

 

A usinagem CNC é uma tecnologia comum de fabricação subtrativa . Ao contrário da impressão 3D, o processo normalmente começa com um bloco sólido de material (em branco) e remove o material para obter a forma final necessária, usando uma variedade de ferramentas rotativas ou cortantes.

 

O CNC é um dos métodos mais populares de fabricação para pequenos trabalhos únicos e produção de médio a alto volume. Oferece excelente repetibilidade, alta precisão e uma ampla gama de materiais e acabamentos de superfície.

 

Os processos de Manufatura aditiva ou impressão 3D criam peças adicionando um material por camada. Os processos AM não exigem ferramentas ou acessórios especiais, portanto, os custos iniciais de configuração são mantidos no mínimo.

Impressão 3D x Usinagem CNC: Qual é o melhor para prototipagem?

Fabricação Subtrativa x Aditiva

A principal diferença entre a impressão 3D e a usinagem CNC é que a impressão 3D é uma forma de fabricação aditiva, enquanto a usinagem CNC é subtrativa. Isso significa que a usinagem CNC inicia com um bloco de material (chamado de branco) e corta o material para criar a peça finalizada. Para fazer isso, cortadores e ferramentas de fiação são usados para moldar a peça.

 

Algumas vantagens da usinagem CNC incluem grande precisão dimensional, bem como muitos materiais compatíveis, incluindo madeira, metais e plásticos.

A impressão 3D, ou manufatura aditiva, envolve peças sendo criadas camada por camada usando materiais como filamentos plásticos (FDM), resinas (SLA / DLP), pós plásticos ou metálicos (SLS / DMLS / SLM).

Usando uma fonte de energia, como um laser ou uma extrusora aquecida, as camadas desses materiais são solidificadas para formar a peça acabada. As vantagens da impressão 3D incluem a liberdade de forma, aplicações em muitos setores, precisão, velocidade e capacidade de cortar custos e peso em peças.

 

Existem, no entanto, várias máquinas que procuraram combinar essas duas formas de fabricação em uma. O mais notável deles, o ZMorph 2.0 SX , é comercializado como um moinho CNC que também funciona como uma impressora 3D. Isso inclui um moinho CNC com 3 eixos, bem como uma cabeça de impressão devido às suas cabeças intercambiáveis. Além disso, várias empresas fecharam recentemente campanhas de sucesso do Kickstarter com essas máquinas combinadas, como a impressora 3D 3 em 1 da Mooz.

 

O ZMorph SX 2.0 inclui cabeças de impressão CNC e 3D intercambiáveis.

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Impressão 3D x Usinagem CNC: Materiais

Tanto a impressão 3D quanto a usinagem CNC são compatíveis com uma ampla variedade de materiais, incluindo plásticos e metais . No entanto, a impressão 3D está mais focada nos plásticos em geral, embora isso esteja mudando rapidamente, já que melhores e mais acessíveis formas de impressão 3D de metal estão sendo desenvolvidas por fabricantes como 3D Systems, Arcam, Desktop Metal e Markforged.

 

Os plásticos mais utilizados no CNC incluem ABS, Nylon (PA66), Policarbonato (PC), Acrílico (PMMA), Polipropileno (PP), POM e PEEK. Um metal comumente usado na usinagem CNC é o alumínio, usado por empresas de prototipagem para criar protótipos de alta qualidade em uma variedade de indústrias. O alumínio é reciclável, tem boas qualidades de proteção e pode criar protótipos eficazes para usinagem. Outros metais comumente usados incluem aço inoxidável, liga de magnésio, titânio de liga de zinco e latão.

 

O alumínio é um metal comumente usado com CNC devido às suas boas propriedades mecânicas.

 

Na impressão 3D, os termoplásticos mais usados incluem ABS, PLA, Nylon , ULTEM, mas também foto-polímeros como cera, calcináveis ou resinas biocompatíveis. Algumas impressoras 3D de nicho também permitem a impressão de peças em areia, cerâmica e até materiais vivos.

 

Os metais mais comuns usados na impressão 3D incluem alumínio, aço inoxidável, titânio e inconel. É importante notar também que, para a impressão 3D em metal, são necessárias máquinas industriais caras (US $ 100.000 +). Alguns materiais como superligas ou TPU (material flexível) não podem ser criados com o CNC, portanto, devem ser usados com impressão 3D ou tecnologia de ferramentas rápidas.

Alguns plásticos disponíveis para serem impressos em 3D e usinados em CNC.

Fácil de usar

A impressão 3D é conhecida por ser mais simples de usar do que a usinagem CNC. Isso porque, uma vez que o arquivo esteja preparado, basta escolher a orientação da peça, preencher e suportar, se necessário. Em seguida, uma vez iniciada a impressão, nenhum supervisor é necessário e a impressora pode ser deixada até que a peça seja concluída. Os requisitos de pós-processamento dependem da tecnologia.

 

No entanto, a usinagem CNC é um processo muito mais trabalhoso. Um operador experiente é obrigado a escolher entre diferentes ferramentas, velocidades de rotação de ferramentas, o caminho de corte e qualquer reposicionamento do material de onde a peça está sendo criada. Existem também técnicas de pós-processamento que podem exigir mais tempo.

 

O CNC exige um operador, enquanto a impressão 3D pode ser deixada sozinha durante a impressão.

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Precisão, limitações de tamanho e complexidade geométrica

Embora existam várias tecnologias de impressão 3D, optamos por comparar a usinagem CNC com SLS, FDM industrial (não de desktop) e impressão 3D de metal DMLS. Em termos de tolerância, a usinagem CNC é superior a todos os processos de impressão 3D, até mesmo DMLS. No entanto, com espessuras mínimas de camada, a superioridade não é tão profunda e não é tão precisa quanto a DMLS.

 

Processos de impressão 3D de fusão de leito de pó, como SLS e DMLS, são limitados no seu volume de construção. Mesmo as tecnologias com volumes de construção maiores, como o FDM, não podem competir com o CNC em termos de tamanho máximo de peças.

 

A impressão 3D é bem conhecida por suas vantagens na criação de peças com alta complexidade geométrica. Embora sejam necessários suportes para algumas tecnologias, a impressão 3D pode criar peças com geometrias que nenhum método tradicional de fabricação pode replicar. Tecnologias como SLS e Multi Jet Fusion da HP podem até mesmo fazer isso sem qualquer estrutura de suporte.

Custo

Embora, em média, a impressão 3D seja mais barata, os custos dependem de quantas peças são necessárias e da rapidez com que você precisa delas. Para quantidades maiores (mais de dois dígitos até 100s), o CNC provavelmente será mais apropriado. Para volumes baixos, a impressão 3D é mais apropriada e de menor custo.

 

A impressão 3D também é mais apropriada se você precisar de seus protótipos ou peças muito rapidamente. Há fatores adicionais, no entanto, que dificultam a comparação entre as duas tecnologias. Estes incluem materiais que variam em custo (de materiais baratos, como ABS, para materiais que podem custar US $ 500 / kg, como o PEEK), e reparação e troca de máquinas (como cabeçotes CNC).

Ambientalmente amigável

Como o CNC envolve cortar o material de um bloco original, sempre haverá confusão depois. Essas peças de material precisam ser limpas posteriormente e descartadas, o que não é exigido da impressão 3D.

 

Como a manufatura aditiva forma um objeto na plataforma de construção a partir de material alimentado na máquina, não há bagunça, exceto os suportes (se usados). Isso torna a impressão 3D mais ética de dois métodos, pois há menos resíduos não utilizados.

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Conclusão

No geral, para concluir, não existe uma técnica perfeita, de tamanho único. Embora ambos os métodos sejam tecnologias muito competentes e úteis, o mais apropriado dependerá do material, da complexidade geométrica, do volume de fabricação e do orçamento.

 

Para descobrir qual é o melhor para o seu trabalho em particular, aconselhamos que você se aproxime de um serviço local ou internacional, e peça seus conselhos. Se tentar fabricar internamente, reflita sobre o maquinário disponível e decida se é apropriado para o trabalho em questão.

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