تفاوت و مقایسه ماشینکاری CNCو چاپ سه بعدی

وقتی صحبت از تولید قطعات سفارشی به میان می‌آید، انتخاب بین چاپ سه‌بعدی و ماشین‌کاری CNC می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. این راهنما تفاوت‌های کلیدی بین این فناوری‌های پرکاربرد تولید را بررسی می‌کند تا به شما کمک کند تشخیص دهید کدام‌یک برای نمونه‌سازی اولیه، تولید با حجم کم یا قطعات کاربردی نهایی مناسب‌تر است.

چاپ سه‌بعدی یا تولید افزایشی، فرآیندی است که در آن اجسام به‌صورت لایه‌به‌لایه از روی یک مدل دیجیتال ساخته می‌شوند. ابتدا طراحی با نرم‌افزار CAD (طراحی به کمک رایانه) انجام شده، به‌صورت فایل STL ذخیره می‌شود و سپس توسط نرم‌افزار برش‌دهنده به دستورالعمل‌های دوبعدی برای چاپگر تبدیل می‌گردد. این روش از موادی مانند پلیمرها، رزین‌ها یا پودرها استفاده می‌کند و از اواخر دهه‌ی ۱۹۸۰ رواج یافته است. چاپگرهای مدرن، چندمنظوره، کاربرپسند و سازگار با مواد مختلف هستند.

ماشین‌کاری CNC (کنترل عددی کامپیوتری) فرآیندی است که با استفاده از ابزارهای برش مانند مته یا تراش، که توسط کامپیوتر کنترل می‌شوند، مواد را از یک بلوک جامد حذف می‌کند تا شکل مورد نظر ایجاد شود. این روش نیاز به طراحی در نرم‌افزار CAD و تبدیل آن به دستورالعمل‌های ماشین) معمولاً فایل (G-code دارد. CNC برای تولید قطعات دقیق و مستحکم با سطوح صاف مناسب است، اما نیاز به تنظیمات پیچیده‌تر و هزینه‌های بالاتر نسبت به چاپ سه‌بعدی دارد.

مزایای چاپ سه‌بعدی در مقایسه با ماشین‌کاری CNC :

• چاپ سه‌بعدی قطعات را به‌سرعت و به شکل نهایی تولید می‌کند، در حالی‌که ماشین‌کاری CNC نیاز به تنظیمات جداگانه، برنامه‌نویسی دستی (در بیشتر موارد) و نظارت دارد.
• چاپ سه‌بعدی معمولاً روشی کم‌هزینه‌تر برای ساخت اشکال پیچیده است. این روش به تنظیمات اولیه و مداخله‌ی عملیاتی کمی نیاز دارد. معمولاً قیمت قطعات CNC تا ۱۰ برابر گران‌تر از قطعات چاپ‌شده‌ی سه‌بعدی است.
• چاپگرهای سه‌بعدی که برای محیط اداری مناسب‌اند و تنها به مهارت‌های کمی در تنظیم و نگهداری نیاز دارند، روزبه‌روز در دسترس‌تر می‌شوند. این دستگاه‌ها به‌طور فزاینده‌ای قادرند نیازهای اکثریت کاربران را برآورده کنند. در مقابل، ماشین‌کاری CNC همچنان یک فرایند مهندسی سنگین و وابسته به مهارت‌های تخصصی است که اپراتورها باید به‌طور مداوم دانش خود را به‌روزرسانی کنند.

معایب چاپ سه‌بعدی در مقایسه با ماشین‌کاریCNC :

• فرایندهای مختلف چاپ سه‌بعدی استحکام متفاوتی نسبت به خواص اصلی مواد دارند. برای مثال، در چاپ FFF با ماده‌ی ABS استحکام ممکن است تنها حدود ۱۰٪ استحکام کششی ماده‌ی اصلی باشد، در حالی‌که در SLS با نایلون می‌تواند تا ۱۰۰٪ برسد. ماشین‌کاری CNC قطعات را از مواد یکپارچه و بدون وقفه تولید می‌کند، بنابراین استحکام آن‌ها معمولاً بالا است.
• چاپ سه‌بعدی می‌تواند دقت ابعادی خوبی داشته باشد، اما در مواردی که دقت بسیار بالا مورد نیاز است، ممکن است چالش‌برانگیز باشد. ماشین‌کاری CNC دقت بسیار بالایی دارد و می‌توان با کاهش سرعت پردازش، دقت را حتی بیشتر کرد.
• چاپ سه‌بعدی معمولاً تحت تأثیر مکانیک فرایند خود در کیفیت سطح قرار دارد. به‌ویژه در محور Z (ارتفاع لایه‌ها)، ممکن است سطوح پله‌پله و ناهماهنگ ایجاد شود. در مقابل، پرداخت سطح در CNC به همان صورت ماشین‌کاری‌شده است و اگر مسیر ابزار به‌درستی برنامه‌ریزی شود، می‌تواند بسیار صاف، یکنواخت و دقیق باشد.

تعریف ماشین‌کاری CNC و مقایسه آن با چاپ سه‌بعدی

• ماشین‌کاری CNC) کنترل عددی رایانه‌ای (یک فرایند تولید رایانه‌ای است که از نرم‌افزار و کدهایی استفاده می‌کند که از پیش برنامه‌ریزی شده‌اند تا حرکت چندین ابزار برش و شکل‌دهی مانند تراش‌ها، فرزها و سنگ‌زن‌ها را کنترل کرده و انواع مختلفی از قطعات ماشین‌کاری CNC را بسازد.
• ایده‌ی این فناوری به جیمز پارسون نسبت داده می‌شود که به‌دنبال روشی بهتر برای ساخت تیغه‌های هلیکوپتر و هواپیما بود. در سال ۱۹۵۸، ریچارد کِگ به همراه مهندسان مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) نخستین دستگاه فرز CNC را ساخت.
• اگرچه این فرایند ممکن است نسبتاً گران و پیچیده برای راه‌اندازی باشد، اما اگر هدف شما تولید قطعات باکیفیت، بادوام و دارای سطوح صاف باشد، ارزش آن را دارد.
• می‌توانید برای آشنایی بیشتر با این فناوری، مقاله‌ی اختصاصی ما درباره‌ی ماشین‌کاری CNC را مطالعه کنید.
  تصویر زیر نمونه‌ای از یک دستگاه CNC را نشان می‌دهد:

گذشته از تولید قطعاتی با دقت بالاتر، ماشین‌کاری CNC از مواد مهندسی‌شده‌ای استفاده می‌کند که خواص کامل خود را بدون هیچ‌گونه تغییر یا تضعیف در طول فرایند حفظ می‌کنند.

با این حال، مانند هر روش دیگری، این فناوری نیز چند عیب بالقوه دارد. معمولاً نیاز به نگهدارنده‌ها یا پایه‌هایی دارد تا قطعه‌کار را به‌صورت ایمن در جای خود ثابت نگه دارند. طراحی و تنظیم این ابزارهای نگهدارنده که به آن‌ها جیگ (یا فیکسچر) نیز گفته می‌شود می‌تواند دشوار بوده و به زمان و هزینه قابل‌توجهی نیاز داشته باشد. این موضوع بسیار پیچیده‌تر از چاپ سه‌بعدی است که در آن، قطعه به‌سادگی بر روی یک بستر متحرک چاپ می‌شود.همچنین، در فرایند ماشین‌کاری CNC، بخش‌هایی از ماده که مورد نیاز نیست تراشیده و حذف می‌شوند که در نهایت منجر به هدررفت مواد می‌گردد؛ در حالی‌که این اتفاق در چاپ سه‌بعدی رخ نمی‌دهد.

مزایای ماشین‌کاری CNC در مقایسه با چاپ سه‌بعدی:

• ماشین‌کاری CNC از مواد مهندسی‌شده استفاده می‌کند و خواص کامل مواد را بدون هیچ‌گونه تغییر در فرایند حفظ می‌کند. در مقابل، چاپ سه‌بعدی گاهی می‌تواند به نتایج مشابه برسد، اما معمولاً از مواد با استحکام کمتر یا معادل تقریبی استفاده می‌کند.
• قطعات CNC از دقت بالاتری برخوردارند، زیرا تلرانس‌های دستگاه‌های CNC بسیار دقیق‌تر از تلرانس‌های چاپ سه‌بعدی هستند.

معایب ماشین‌کاری CNC در مقایسه با چاپ سه‌بعدی:

• ماشین‌کاری CNC اغلب نیاز به ابزارهای نگهدارنده (جیگ یا فیکسچر) دارد تا قطعه در حین کار به‌درستی ثابت شود. این موضوع کار را پیچیده‌تر می‌کند، در حالی‌که چاپ سه‌بعدی قطعات را به‌صورت آزاد روی میز یا سازه‌ی پشتیبان تولید می‌کند.
• در ماشین‌کاری CNC، بخش‌هایی از ماده که مورد نیاز نیست تراشیده و حذف می‌شوند که منجر به اتلاف مواد می‌گردد. در مقابل، چاپ سه‌بعدی به عنوان گزینه‌ای با هدررفت بسیار کم شناخته می‌شود.

جدول مقایسه بین چاپ سه‌بعدی و ماشین‌کاری CNC

چاپ سه‌بعدی از نظر هزینه و زمان ساخت قطعات مزیت دارد. در مقابل، ماشین‌کاری CNC می‌تواند همخوانی بالایی با ویژگی‌های تولید انبوه ارائه دهد، به‌ویژه زمانی که دقت قطعه یک عامل حیاتی باشد.

مقایسه هزینه چاپ سه‌بعدی در برابر CNC :

ماشین‌کاری CNC شامل تمام هزینه‌های برنامه‌ریزی و تنظیمات اولیه است و نسبت به چاپ سه‌بعدی گران‌تر است — اغلب ۵ تا ۱۰ برابر قیمت چاپ سه‌بعدی. با این حال، زمانی که نیاز به تولید سری‌ای از نمونه‌ها با تغییرات کوچک باشد، قطعات CNC اصلاح‌شده هزینه‌ی تنظیمات کمتری دارند، در حالی که چاپ قطعه‌ی دوم سه‌بعدی همان هزینه‌ی قطعه‌ی اول را خواهد داشت.

مقایسه سرعت چاپ سه‌بعدی در برابر CNC :

برای چاپ یک قطعه‌ی سه‌بعدی، آماده‌سازی زمان کمی نیاز دارد و چاپ معمولاً ظرف چند ساعت تکمیل و آماده استفاده می‌شود. در مقابل، ماشین‌کاری CNC نیازمند آماده‌سازی تخصصی برنامه‌ریزی مسیر ابزار و انتخاب ابزار برش است. اغلب نیاز به جیگ‌های سفارشی یا اصلاح‌شده برای ثابت نگه‌داشتن قطعه در حین فرایند (شامل جابجایی احتمالی) وجود دارد که می‌تواند زمان زیادی پیش از اولین برش مصرف کند. با این حال، خود برش معمولاً سریع است و قطعات پیچیده معمولاً در کمتر از یک ساعت ماشین‌کاری واقعی تکمیل می‌شوند. کل زمان آماده‌سازی و ماشین‌کاری بسته به پیچیدگی ممکن است یک روز یا بیشتر طول بکشد.

مقایسه حجم تولید چاپ سه‌بعدی در برابر CNC :

هنگامی که تلاش گسترده برای تنظیمات اولیه می‌تواند بین چند قطعه تقسیم شود، ماشین‌کاری CNC می‌تواند قطعات مقرون‌به‌صرفه‌تری نسبت به چاپ سه‌بعدی تولید کند. چاپ سه‌بعدی در حجم بالا مزیت چندانی ندارد، زیرا هر قطعه هزینه‌ی مواد و ماشین مشابهی دارد، بدون توجه به حجم تولید.

مقایسه مواد چاپ سه‌بعدی در برابر CNC :

در انتخاب ماده و اطمینان از خواص ماده، CNC گزینه‌های بهتری ارائه می‌دهد. اساساً انتخاب ماده محدود به تمام مواد مهندسی است، حتی شامل ماشین‌کاری با جرقه‌زنی الکتریکی (EDM) روی فولاد ابزار پیش‌سخت‌شده. قطعات CNC خواص اصلی مواد خام را حفظ می‌کنند و فرایند تأثیر چندانی بر آن ندارد.

قطعات چاپ سه‌بعدی محدود به موادی هستند که توسط فرایند خاص پشتیبانی می‌شوند. روش ساخت در فناوری چاپ سه‌بعدی محدودیت‌های شدیدی در تحویل خواص ایجاد می‌کند. چاپ‌ها اغلب به دلیل دانه‌بندی غیرهمسان anisotropic grain، تخلخل، چسبندگی ضعیف لایه‌ها و جایگزینی مواد قابل چاپ ولی غیرمهندسی ضعیف می‌شوند.

منابع :

https://www.xometry.com/resources/3d-printing/3d-printing-vs-cnc-machining/

https://www.hubs.com/knowledge-base/3d-printing-vs-cnc-machining/