Impressão 3D vs Fresagem CNC:o que você precisa ao configurar um laboratório de prototipagem?

Para avaliar com precisão o que você precisa ao montar um laboratório de prototipagem, a primeira ordem de negócios é decidir entre impressão 3D versus fresagem CNC.

Ambas as opções provaram ser críticas para os processos de fabricação modernos, com cada uma apresentando uma lista de benefícios em relação aos métodos de fabricação tradicionais. Em última análise, quando se trata de impressão 3D versus fresagem CNC, “A escolha de fazer um protótipo com uma máquina CNC ou impressora 3D depende de algumas coisas; a faixa de preço, o tamanho da peça/protótipo e o tipo de materiais usados”.

É por isso que decidimos esclarecer as coisas e esclarecer alguns mal-entendidos. Embora a impressão 3D tenha, sem dúvida, seu lugar, é importante não ser míope ao avaliar os méritos das usinas CNC em relação à prototipagem industrial.

O que se segue é um detalhamento das definições, histórias, aplicações e projeções para ambos os processos à medida que a fabricação moderna continua a evoluir. Por fim, esperamos que essas informações guiem sua decisão quando se trata do que sua empresa, especificamente, precisa ao configurar um laboratório de prototipagem.

Definindo impressão 3D versus fresagem CNC

Uma explicação simples da impressão 3D “é um processo de fabricação através do qual são criados objetos sólidos tridimensionais (3D). Ele permite a criação de modelos 3D físicos de objetos usando uma série de estruturas de desenvolvimento aditivas ou em camadas, onde as camadas são colocadas em sucessão para criar um objeto 3D completo.” Por esse motivo, a impressão 3D também é chamada de manufatura aditiva.

De acordo com a Investopedia, “a tecnologia de impressão 3D já está aumentando a produtividade da fabricação e tem um potencial tão grande que pode interromper massivamente as indústrias de logística de fabricação e gerenciamento de estoque – se puder ser usada com sucesso na produção em massa e se a fabricação se tornar mais local”.

Por outro lado, “máquinas de controle numérico computadorizado (CNC) automatizam o controle de máquinas-ferramentas através do uso de software embutido em um microcomputador acoplado à ferramenta. É comumente usado na fabricação para usinagem de peças metálicas e plásticas.”

Um equívoco comum sobre o CNC é que esse controle automatizado tem um custo – literalmente. Freqüentemente, o CNC é imprecisamente considerado mais caro, em parte devido à crença de que é necessária mão de obra altamente qualificada. Na realidade, a usinagem CNC deu passos significativos para longe dessas verdades iniciais.

Impressão 3D — Uma breve história

As aplicações modernas da impressão 3D estão enraizadas no início dos anos 80. A história da impressão 3D é um estudo em rápida evolução. Após o início da impressão 3D em 1981 veio a criação da estereolitografia em 1984, que é “uma forma de tecnologia de impressão 3D usada para criar modelos, protótipos, padrões e peças de produção em uma camada por camada usando processos fotoquímicos pelos quais a luz causa monômeros químicos para se unir para formar polímeros”.

A indústria médica logo aproveitou os avanços da impressão 3D; primeiro em 1999, quando o Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, liderado por Anthony Atala, MD, anunciou a impressão e geração bem-sucedida de tecido da bexiga humana, que foi então transferido para indivíduos com pouco risco de que seus sistemas imunológicos rejeitassem o implante porque era construídos a partir de sua própria estrutura celular ou andaimes.

Avanço rápido para 2016, quando “o instituto anunciou o sucesso na impressão de estruturas de tecidos vivos usando uma impressora 3D especializada que seus pesquisadores projetaram ao longo de uma década. Os cientistas imprimiram estruturas de orelha, osso e músculo que, quando implantadas em animais, amadureceram em tecido funcional e desenvolveram um sistema de vasos sanguíneos”.

Atualmente, “o aplicativo de impressão 3D mais avançado que se prevê é a bioimpressão de órgãos complexos. Estima-se que estamos a menos de 20 anos de um coração imprimível em pleno funcionamento.”

Com relação ao uso industrial de prototipagem rápida via impressão 3D, “os fabricantes estão aumentando sua dependência da impressão 3D como parte de suas estratégias de fabricação mais amplas, com uso de produção de até 51% de todos os entrevistados de 38,7% em 2018”.

Isso não deve surpreender, principalmente quando você considera alguns destaques publicados pela Forbes ‘The State of 3D Printing, 2019:

De acordo com este relatório, oito indústrias apresentadas no estudo de design de pesquisa:Bens Industriais (13,6%), Alta Tecnologia (10,6%), Serviços (9,9%), Bens de Consumo (8,6%), Saúde e Medicina (6,2%), Automotivo (5,7%), Aeroespacial e Defesa (5,5%) e Educação (4,9%), ilustrando o potencial diversificado da impressão 3D para apoiar e beneficiar várias verticais.

No entanto, em The Battle of Manufacturing:Additive vs. Subtractive, as máquinas CNC reinam supremas:“Embora a manufatura aditiva tenha feito algumas incursões impressionantes nas indústrias aeroespacial e automotiva, a usinagem CNC continua sendo a principal opção para a grande maioria dos fabricantes”.

Como surgiram as fresadoras CNC

Conforme descrito na História e Definição do CNC 100, as máquinas CNC, originalmente conhecidas como máquinas NC, eram “controladas por circuitos elétricos complexos. As máquinas NC liam e executavam uma linha de código por vez de um programa de peça perfurado em uma fita de papel ou fita mylar.”

À medida que a tecnologia dos pequenos computadores evoluiu, os computadores começaram a controlar as máquinas-ferramentas; daí, o nascimento do CNC como um processo de fabricação. A partir dessa primeira linha de código, as máquinas CNC desenvolveram a capacidade de armazenar centenas de programas.

Para uma história aprofundada de máquinas-ferramentas CNC, Encyclopedia.com cobre todas as bases. É interessante notar que:

No entanto, podemos estabelecer vários destaques críticos apresentados na seguinte linha do tempo:

• Máquinas-ferramentas, como tornos para trabalhar madeira, são bíblicas, mas foi somente em 1800 que Henry Maudslay inventou um torno para metalurgia.
• Logo depois, em 1818, Eli Whitney (mais conhecido por sua invenção do descaroçador de algodão) apresentou a primeira fresadora.
• Essas duas máquinas exigiam operadores humanos para executá-las, o que resultou em erro humano no produto acabado.
• Após a Segunda Guerra Mundial, John T. Parsons introduziu a primeira fresadora moderna, incorporando um computador IBM inicial a esses planos.
• A década de 1960 trouxe preços mais baixos e máquinas mais facilmente acessíveis, tornando-as essenciais para aplicações e indústrias adicionais.
• À medida que a eletrônica integrada avançava, o papel ou fita mylar (referenciada acima) foi eliminado, com máquinas modernas agora capazes de ler dados da memória do computador do programa.

Atualmente, “Os processos de fabricação comuns que usam máquinas CNC incluem dobra, perfuração, perfuração, colagem, retificação, corte a laser, corte por chama e plasma, roteamento, coleta e colocação, soldagem ultrassônica e muito mais. Fresadoras, tornos, usinagem por descarga elétrica e cortadoras a jato de água geralmente operam usando CNC.”

Uma rápida revisão das histórias das máquinas de impressão 3D e CNC evidenciam o potencial de qualquer uma delas para otimizar seus processos de fabricação ao montar um laboratório de prototipagem.

Avaliando processos de fabricação aditivos versus subtrativos

Para determinar se seu laboratório de prototipagem requer impressão 3D ou fresadoras CNC, você precisa primeiro considerar se seus produtos são projetados para serem entregues de forma mais eficaz e eficiente de acordo com os processos de fabricação aditivos versus subtrativos.

Um dos principais benefícios do método subtrativo em relação ao aditivo é que “além de eliminar as camadas dos processos aditivos, os processos subtrativos têm outras vantagens. Eles oferecem uma variedade de acabamentos de superfície, eliminando as superfícies “escalonadas” frequentemente encontradas em muitos processos aditivos. O acabamento pode ser funcionalmente importante se as peças precisarem deslizar e cosmeticamente importante se os protótipos forem usados ​​em testes de mercado.”

Isso ajuda a considerar os tipos de aplicativos que esses processos suportam.

Compreendendo aplicações aditivas versus subtrativas

Embora seja o recém-chegado entre os dois, “a manufatura aditiva já é usada para produzir uma impressionante variedade de produtos”. Esses produtos são apresentados principalmente nos seguintes setores:aeroespacial, automotivo, saúde e desenvolvimento de produtos.

Apesar da natureza de tendência da impressão 3D em vários setores, o fato permanece:“A fabricação subtrativa oferece a oportunidade de projetar, prototipar e fabricar em materiais de uso final. É uma escolha adequada para peças usadas para produções de pequeno e grande volume, para obter acabamentos específicos ou para obter propriedades mecânicas específicas.”

Por isso, “Os processos subtrativos são muito utilizados na fabricação… Torno, fresamento, furação, serragem, rosqueamento e corte de engrenagens são alguns exemplos de processos subtrativos envolvendo o corte de metais que são tradicionalmente realizados em máquinas especializadas. ”

Além das aplicações, existem outros fatores a serem considerados ao pesar a impressão 3D e a usinagem CNC.

Sintonize Ruído e Vibração

Quando você pensa em algumas das ferramentas básicas utilizadas na usinagem CNC:fresadora, torno, cortadora a plasma, usinagem por descarga elétrica, máquina multifuso, cortadora a jato de água, não é difícil imaginar que os processos de fabricação subtrativa produzam mais ruído e vibração no local do que a manufatura aditiva, como a impressão 3D. Dependendo da sua localização, isso provavelmente informará o que você precisa para configurar seu laboratório de prototipagem ideal.

Qual ​​é mais fácil de operar? Impressoras 3D ou máquinas CNC

Em geral, a impressão 3D é apresentada como uma operação mais fácil em comparação com os CNCs. A principal razão é “porque uma vez que o arquivo está preparado, você só precisa escolher a orientação da peça, o preenchimento e os suportes, se necessário. Então, uma vez iniciada a impressão, nenhum supervisor é necessário e a impressora pode ser deixada até que a peça seja concluída.”

Como os CNCs são mais envolvidos, com relação à mão de obra, há uma crença generalizada de que a usinagem CNC requer um maquinista treinado. Embora isso possa ter sido o caso de volta ao dia, os tempos mudaram.

Nossa máquina DATRON incorpora vários recursos que permitem uma configuração fácil. Na verdade, a máquina pode orientar um usuário iniciante por todo o processo de oito etapas de configuração de uma máquina CNC pela primeira vez. Em última análise, leva em média apenas um ou dois dias de treinamento para se sentir confortável e confiante usando a tecnologia.

A interface foi projetada para parecer e funcionar de forma semelhante a um smartphone, completo com uma câmera e sistema de apalpador mecânico que registra automaticamente a peça, mitigando a necessidade de um técnico qualificado inserir essas informações. As soluções integradas de fixação e a tecnologia de ferramentas de corte são inclusivas, mantendo todo o processo em casa, eliminando a necessidade de especificar e comprar componentes semelhantes em outros lugares.

Conheça suas limitações:precisão, tamanho e complexidade geométrica

Ao considerar a impressão 3D vs usinagem CNC - Qual é a melhor opção para o seu protótipo? Josh Biggs afirma:“Para uma usinagem CNC é uma ótima opção se você estiver procurando por uma grande precisão dimensional. Além disso, a usinagem CNC pode trabalhar com materiais que ainda não podem ser impressos, como madeira, por exemplo. A usinagem CNC também supera a impressão 3D quando se trata de trabalhar com metais e funciona tão bem com plásticos.”

Ele continua afirmando que, “Além disso, as máquinas CNC geralmente oferecem resultados mais precisos. As máquinas CNC são a melhor escolha se você precisar de peças muito estreitas ou tiver tolerâncias incrivelmente apertadas. Nada mais corresponde às tolerâncias de 0,01 mm.”

Mesmo a equipe da 3Dnatives, que se dedica a detalhes de manufatura aditiva e tudo relacionado à impressão 3D, relata uma vantagem considerável da manufatura subtrativa:“Em termos de tolerância, a usinagem CNC é superior a todos os processos de impressão 3D”.

No entanto, quando encarregado de fabricar peças com alta complexidade geométrica, a impressão 3D tem a vantagem.

Avaliando os custos:impressão 3D vs. CNC

Como você pode ver, a fabricação não é uma proposta de solução única. A quantidade de dinheiro necessária para o seu laboratório de prototipagem dependerá não apenas do que você está produzindo, mas do tamanho e de quantos itens você produzirá.

Por exemplo, de acordo com a análise simples de custo-benefício de Biggs:

A Engenharia Interessante publicou Equívocos Comuns sobre Produção de Usinagem CNC, dissipando o mito sobre processos CNC caros:

Obviamente, a rota mais econômica para o seu negócio é melhor determinada por seus projetos e planos de produtos específicos.

Quando se trata de impressoras 3D, as opções, tamanhos e faixa de preço variam e o que cada uma pode realmente imprimir a partir de vários materiais. Além dos custos de materiais desconhecidos ou mal definidos, os operadores geralmente exigem treinamento de um especialista residente, o que representa um investimento na formação de pessoal.

Com o equipamento DATRON, nossas máquinas de corte acomodam plástico, madeira, alumínio e aço de qualquer fornecedor, permitindo estimar e estabelecer antecipadamente o custo dos materiais. Como explicamos, não há necessidade de treinamento avançado para operar nossas máquinas, economizando em pessoal, tornando as máquinas CNC DATRON uma alternativa mais econômica.

Não desperdice, não queira

Dada a natureza da fabricação subtrativa – removendo camadas de material para criar um produto – sem mencionar os tipos de ferramentas de usinagem CNC necessárias, não é surpresa que as máquinas CNC possam deixar um pouco de bagunça para trás.

Quanta bagunça e o que esse desperdício pode significar é algo que o Energy.gov avaliou na revisão de 2015, Innovating Clean Energy Technologies in Advanced Manufacturing. O relatório destaca um benefício da manufatura aditiva como seu potencial para “economizar energia eliminando etapas de produção, usando substancialmente menos material, permitindo a reutilização de subprodutos e produzindo produtos mais leves”.

A reportagem continua:

Apresentando uma Lei de Limpeza

Na DATRON, ajustamos nosso equipamento de usinagem de alta velocidade para eliminar a bagunça, possibilitando a remoção de peças acabadas sem rebarbar ou desengordurar.

Além disso, as ferramentas e acessórios CNC da DATRON oferecem as RPMs mais altas disponíveis na máquina de menor tamanho do mercado - considere isso nossa própria iniciativa verde.

Normalmente, as fresadoras CNC com capacidades industriais apresentam motores grandes que geram muito calor, que requerem óleo para resfriar e lubrificar os componentes da máquina. O descarte de óleo é necessário, mas o processo representa um risco ao meio ambiente, como vimos em grandes derramamentos no passado.

Como não exigimos a mesma quantidade de calor, óleo ou líquido refrigerante para manter as máquinas, oferecemos melhor economia de energia com um espaço muito menor.

O Veredicto:Impressão 3D vs. Usinagem CNC

O que você precisa em seu laboratório de prototipagem profissional, seja impressão 3D ou usinagem CNC, é melhor determinado pelo seu produto específico. Embora esperemos que as informações compartilhadas aqui tenham fornecido alguma clareza, a verdade é que tanto a impressão 3D quanto a usinagem CNC podem funcionar – ou até mesmo se complementar, com base em suas necessidades de fabricação.

Na verdade, existem vários casos de Quando você deve combinar impressão 3D e usinagem CNC, principalmente devido a tolerâncias, tempo e/ou uma peça de tamanho significativo; além disso, “Combinar esses dois processos não requer o fluxo de trabalho complexo que você pode estar imaginando. Tão importante quanto isso, pode oferecer vários benefícios significativos para sua empresa de manufatura.”

Para uma discussão mais aprofundada sobre o processo de fabricação ou combinação de processos ideal para seu laboratório de prototipagem, entre em contato conosco. Somos rápidos em responder e ansiosos para compartilhar nossa experiência.