3D-печать и ЧПУ-фрезеровка - друзья или враги?

Диспозиция

Ситуация в промышленности сложилась так, что ЧПУ и 3D-печать сейчас - самые влиятельные технологии во многих отраслях. Конкурируют они, или дополняют друг друга? Есть разные мнения, давайте рассмотрим подробнее.

Упрощая можно сказать, что ЧПУ это 3D-печать наоборот: 3D-печать создает объекты накладывая слой за слоем, ЧПУ - выбирая материал из заготовки, также послойно. Это как разница между лепкой скульптуры и вырезанием её из мрамора.

Очевидно, что какие-то детали качественнее воспроизводит один из этих процессов. Но есть много случаев, когда они хорошо работают вместе, например - когда финишная обработка 3D-печатных объектов производится на станках с ЧПУ, для шлифовки, более тонкой подгонки размеров или вырезания мелких деталей.

Разные сильные стороны

Есть ли смысл использовать эти процессы раздельно? В чем хорош каждый из них? Если вы когда-нибудь использовали 3D-печать, то знаете, что она особенно хороша при создании конструкций c очень сложной внутренней структурой.

Начиная с пустой платформы и накладывая слой за слоем, можно создать внутри детали структуру любой сложности, ограниченной лишь техническими возможностями принтера.

Яркий пример - лопатки промышленных газовых турбин и турбореактивных двигателей, которые раньше изготавливались исключительно литьем, причем - с огромным процентом брака, что еще больше увеличивало и без того немаленькую себестоимость. Такой подход к производству был обусловлен их структурой - в этих изделиях обязательны внутренние каналы охлаждения, которые никак иначе создать возможности не было.

Это была крайне сложная многоступенчатая технология, а выход брака при таком производстве доходил до 90%. Есть интересная статья, в которой об этом процессе можно узнать подробнее.

Конечно, так не могло продолжаться вечно, аддитивные технологии пришли и в эту область. Например: инженеры компании Siemens разработали технологический процесс, при котором расход ценного сырья значительно снизился, а качество получаемых изделий столь же серьёзно возросло. И срок разработки новых турбин - от идеи, до готового образца - уменьшился с 2-х лет до 2-х месяцев.

Используя порошок жаростойкого никелевого сплава и технологию селективного лазерного спекания, в Siemens Power уже создают и успешно испытывают рабочие прототипы новых реактивных двигателей - более экономичных, недорогих и надежных, чем прежние.

Это не единственный, но очень характерный пример того, что ЧПУ недоступно в принципе, а современными средствами 3D-печати достигается уже штатно.

Кроме того, объемная печать это гибкий процесс, позволяющий быстро переключаться между разными проектами, а себестоимость единицы продукции всегда одинакова, независимо от производимого количества. Таким образом, 3D-печать идеально подходит для производства персонализированных и уникальных объектов. Неудивительно, что она становится все более востребованной и применяемой во многих медицинских и стоматологических узкоспециализированных областях, где важно точное соответствие изделий нуждам каждого конкретного пациента.

Но не только уникальные изделия - 3D-печать способна, при должном подходе, создавать и вполне обыденные вещи, вполне серийными объемами. Такой пример: американская компания Local Motors готовится к серийному выпуску электрокара Strati, углепластиковые кузова которого будут печататься на 3D.

Их запустят в продажу уже в третьем квартале текущего года.

А компания Voodoo Manufacturing уже сейчас организовала целые небольшие роботизированные 3D-заводы, на которых изготавливает на заказ партии до 10 000 3D-печатных изделий.

Сделать заказ на целую партию распечаток можно удаленно, не вставая с кресла.

Есть у 3D-печати и недостатки - промышленные установки, которые способны печатать металлом крупные детали, все еще достаточно дороги.

Есть пока ограничение и по размеру изделий - большинство, даже промышленных 3D-принтеров, сейчас печатает детали не превышающие размерами стиральную машинку.

Зато очень хорошо показывает себя объемная печать в процессе проектирования любых изделий, делая создание прототипов и предсерийных образцов максимально быстрым и точным. И в экономичности 3D-печать вне конкуренции - количество отходов материала стремится к нулю, никакой стружки.

В производстве крупных партий первенство пока за ЧПУ-фрезерованием - по этой технологии можно производить значительные количества изделий прецизионного качества из разных материалов, достаточно быстро и, что еще важнее - по хорошо всем знакомой отработанной технологии, что бывает очень важно, если заказчик - огромная бюрократизированная корпорация, медленно вникающая в новшества, - это ускоряет взаимодействие в вопросах всевозможного согласования. Комплектующие коммерческого и промышленного оборудования изготавливаются именно по этой технологии, особенно - когда речь идет об изделиях из материалов высокой плотности - типа металлов.

ЧПУ также может использоваться и для производства небольших партий продукции, но себестоимость ее в таких случаях, как правило, достаточно велика.

Объединение

Таким образом, выбор между 3D-печатью и ЧПУ-обработкой часто определяется сложностью производственного цикла и массовостью производства. Но когда эти факторы не привносят противоречивых критических требований, данные технологии могут быть объединены с большим эффектом.

Тем ярче и эффективнее это объединение становится тогда, когда оно реализуется в концепции одного станка. Хороший пример такого аппарата: LASERTEC 65 3D компании DMG MORI.

Станок интересен тем, что способен и на пятиосевую высокоточную фрезеровку, и на печать металлом с помощью лазерного напыления, и на автоматическое переключение между этими режимами в рамках одной программы, т.е. - при обработке одной и той же детали.

Такой подход дает недостижимое ранее сочетание точности, скорости и функциональности.

Существует острая необходимость в дальнейших исследованиях и развитии этого подхода. Производители должны удовлетворять растущие потребности клиентов, а они все более прихотливы и разнообразны, поэтому технология должна развиваться, чтобы производство не отставало от спроса.

Итог

Более быстрое и эффективное производство товаров и услуг, которому способствует слияние технологий 3D-печати и ЧПУ-обработки, обеспечит максимально возможную экономическую эффективность.

В частности, вместе эти технологии способны решать сложные задачи в проектировании, с которыми сталкиваются сегодняшние производители - такие как облегчение конструкций и производство изделий с все более сложной геометрией.

Именно здесь 3D-печать, в сочетании с обработкой ЧПУ-станками, может достичь большего, чем большинство других технологических процессов. Вариативность применения 3D-печати повышается за счет точности механической обработки ЧПУ, обеспечивая возможность производства все более сложных объектов.

Учитывая, что ЧПУ обеспечивает точную финишную обработку деталей после 3D-печати, применение этой технологии не ограничится выпуском больших тиражей.

Хитрость в том, чтобы понять, в чем уникальная ценность каждой технологии и применять ее в процессе разработки и производства максимально выгодным образом. В цикле прототипирования, тестирования и производства, 3D-печать и ЧПУ можно использовать на разных этапах - где-то вместе, где-то раздельно. Работа с деловым партнером, который использует обе технологии, означает, что вы поднимете оперативность и эффективность своих производственных, а с ними и бизнес-процессов.

Таким образом, ЧПУ совсем не против 3D - чем дальше, тем больше они становятся неразлучны и работают в дуэте.