Impressão 3D ou CNC? Escolha do método de fabricação correto

Impressão 3D e usinagem CNC são os dois métodos mais comumente usados ​​quando se trata de prototipagem e produção de baixo volume. No entanto, uma vez que ambos oferecem duas abordagens muito diferentes para a manufatura - uma sendo aditiva e a outra subtrativa - identificar o método de manufatura correto para sua aplicação é crucial para agilizar o desenvolvimento do produto, alcançar maior eficiência e, em última análise, peças de maior qualidade.

Neste tutorial, veremos as diferenças entre a impressão 3D e a usinagem CNC e compartilharemos algumas dicas sobre como escolher o método certo.

Impressão 3D vs CNC

Quando se procura produzir protótipos funcionais e / ou peças finais, a impressão 3D e a usinagem de Controle Numérico Computadorizado (CNC) podem oferecer uma gama de benefícios. No entanto, embora ambos dependam de dados CAD e usem uma variedade de materiais, as semelhanças terminam aqui.

Impressão 3D (ou manufatura aditiva) cobre uma gama de tecnologias que funcionam depositando material camada por camada na plataforma de construção de uma impressora 3D para criar uma peça. Nenhuma ferramenta é necessária durante o processo e peças complexas podem ser criadas sem afetar o tempo ou custo de produção.

Usinagem CNC , em contraste, é uma tecnologia subtrativa. Isso significa que em vez de adicionar camadas de material sucessivamente, o processo começa com um bloco sólido de material; uma ferramenta é então usada para lascar e cortar o bloco ao longo de um caminho designado por computador para moldá-lo no objeto desejado.

Rastreando as diferenças

Requisitos de mão de obra
Como a usinagem CNC envolve uma gama de maquinários complexos, o processo requer um maquinista habilidoso para ajustar as ferramentas, definir o caminho de corte e reposicionar uma peça para obter a forma correta. A impressão 3D, ao contrário, é um processo automatizado e, portanto, muito menos trabalhoso. Claro, o arquivo precisa ser preparado para impressão (incluindo a conversão para STL, definindo a orientação ideal), mas o processo geral não deve demorar mais do que 30 minutos. Depois que o arquivo é preparado e a impressora configurada, nenhuma intervenção é necessária até que a peça seja concluída.

Tempo de produção
Para ambos os processos, vários fatores podem afetar os tempos de produção. O tempo de fabricação para usinagem CNC depende das características do projeto (tamanho, tipo de material, espessura da parede, etc.) e do número de recursos (por exemplo, tamanho e profundidade de bolsos e orifícios). Por exemplo, recursos menores exigirão velocidades de corte mais lentas, o que aumenta o tempo.

Para impressão 3D, os fatores incluem o volume do material para a peça e sua altura. Sem surpresa, quanto mais material necessário, mais demorado será o processo de impressão. Alguns recursos também requerem estruturas de suporte, que podem adicionar entre 5% e 15% mais tempo ao processo de impressão.

Custo
Um dos benefícios adicionais da impressão 3D é a capacidade de criar peças complexas de maneira econômica - uma das razões pelas quais a tecnologia é cada vez mais usada em aplicações de redução de peso de metal. Com o CNC acontece o contrário:quanto mais complicada a peça, mais lento é o processo de usinagem e maior o esforço envolvido, gerando custos mais elevados.

Existem outros fatores que podem afetar o custo de produção, desde os preços dos materiais (impressão CNC e 3D) até o custo de conserto ou troca de máquinas (CNC).

Propriedades da peça, precisão dimensional
Visto que o CNC funciona cortando uma peça de um bloco sólido de material, o processo cria peças estruturalmente fortes e dimensionalmente precisas. Em contraste, a abordagem sucessiva camada por camada da manufatura aditiva significa que a tecnologia normalmente produz peças mais fracas do que o CNC. A impressão 3D em metal pode ser particularmente problemática, com problemas como porosidade levando a resistência irregular da peça.

Resíduos de materiais
O CNC pode produzir muitos resíduos em excesso, pois remove o material do bloco que muitas vezes não pode ser reciclado posteriormente.

Em comparação com o CNC, a impressão 3D produz muito menos desperdício (de 1 a 3%), com algumas tecnologias como Binder Jetting e SLS permitindo a reutilização de qualquer material residual.

Tamanho da peça
Visto que a usinagem CNC trabalha com blocos de material, ela é capaz de fabricar peças em grande escala com relativa facilidade. Em contraste, a impressão 3D é mais adequada para peças e componentes menores, embora os sistemas AM de grande escala estejam cada vez mais entrando no mercado.

Pós-processamento
As peças produzidas com CNC possuem um ótimo acabamento superficial e normalmente não requerem nenhum pós-processamento obrigatório.

As peças impressas em 3D, no entanto, quase sempre exigirão algum tipo de pós-processamento, dependendo da técnica escolhida (remoção das estruturas de suporte, despoluição, limpeza, polimento etc.). Além disso, dependendo da peça, a remoção do suporte pode levar de 5 minutos a algumas horas para um lote de peças.

Dicas para escolher o método certo

Ao decidir o processo certo para sua aplicação, é importante levar em consideração as diferenças entre as tecnologias. Além disso, considere as seguintes dicas:

1. Qual é o seu volume de produção?
A economia de escolher impressão 3D ou usinagem pode muitas vezes se reduzir ao volume de produção naquele caso de uso específico e ao número de peças que você precisa produzir. É prudente optar pela impressão 3D quando um pequeno lote de peças é necessário (menos de 100 peças) e considerar a usinagem CNC quando você visa a produção de tiragem média (menos de 1000 peças).

Para pequenos volumes de peças personalizadas altamente complexas, é mais barato e rápido imprimi-las em 3D em vez de usar a usinagem. Desde os gastos, associados ao próprio equipamento até o pagamento de um operador habilidoso, os custos com usinagem CNC são elevados.

2. Você precisa de várias iterações de design rápidas?
A impressão 3D é a tecnologia preferida para aplicações de prototipagem onde são necessárias iterações de design rápidas. Com tecnologias aditivas, basta um ajuste no design para criar outro protótipo. Com a usinagem, as modificações de projeto são muito mais complexas, exigindo várias configurações e trocas de ferramentas, muitas vezes trabalhosas.

3. Quão importante é a complexidade geométrica?
Quando se trata de complexidade geométrica, a impressão 3D reina suprema. Com a tecnologia, geometrias complexas podem ser criadas que nenhum outro método de fabricação pode reproduzir. E embora as estruturas de suporte possam ser necessárias para certas tecnologias como a estereolitografia (SLA), outras, como o SLS, não as exigem de forma alguma.

Além de estruturas leves, a impressão 3D é ideal para a produção de montagens como um componente único e peças que requerem recursos internos complexos, como canais de resfriamento conformados para moldes de injeção.

4. De quais materiais você precisa?
Visto que a usinagem CNC é a tecnologia mais estabelecida, existe uma gama maior de materiais compatíveis, incluindo metais (incluindo alumínio, aço inoxidável e ligas), plásticos (incluindo ABS, nylon, policarbonato, acrílico e PEEK) e madeira.

No entanto, quando é necessário um material que não pode ser facilmente usinado (como superligas de metal, titânio ou TPU flexível), a impressão 3D é a opção mais inteligente. A impressão 3D também pode criar peças de termoplásticos (incluindo ABS, PLA, ULTEM, PEEK e náilon), resinas, cerâmicas e metais.

Uma solução híbrida?

Superficialmente, a usinagem CNC e a impressão 3D podem parecer tecnologias mutuamente exclusivas:na verdade, uma subtrai o material, enquanto a outra o adiciona.

No entanto, em muitos casos, as duas técnicas podem funcionar extremamente bem juntas - é por isso que o número de máquinas híbridas disponíveis no mercado está crescendo.

Enquanto o CNC tem a vantagem quando se trata de alcançar alta precisão dimensional, a impressão 3D pode reduzir os custos de produção para produção de baixo volume, fornece maior liberdade de design e oferece tempos de execução mais rápidos. Combinando os benefícios de ambos os métodos, as peças com formas complexas podem ser impressas em 3D e, em seguida, usinadas para tolerâncias mais estreitas e superfície mais lisa.

Em última análise, a escolha da tecnologia certa para suas necessidades dependerá de uma série de fatores, incluindo o material necessário, complexidade da peça, volume de produção, orçamento e cronograma. No entanto, às vezes pode não ser sobre escolher apenas um - uma abordagem híbrida pode ajudar a reduzir o tempo e os custos de fabricação, ao mesmo tempo que permite um processo de produção mais simplificado.