CNC vs. 3D 프린팅: 파트를 제작하는 가장 좋은 방법은 무엇입니까?

소개

더욱 강력한 3D 프린팅 재료의 개발로 인해 업계 전반의 제조업체는 CNC와 3D 프린팅을 비교하고 이전에 CNC 가공되었던 기능성 파트를 3D 프린팅으로 제작하는 방법을 찾게 되었습니다. 3D 프린팅 프로세스는 제조업체에게 상당한 시간과 비용을 절약하는 동시에 산업 수준 생산에 필요한 품질을 생성할 수 있습니다.

제조업체는 3D 프린팅 소프트웨어를 활용하여 기존 CNC 가공 비용의 극히 일부만으로 하루 만에 파트 프로토타입을 제작하고 파트를 생산할 수 있습니다. 그러나 여전히 CNC가 파트 생산에 적합한 선택이 될 수 있는 몇 가지 주요 영역이 있습니다.

물리적인 것부터 재정적까지, CNC와 3D 프린팅 중 하나를 결정하기 전에 평가해야 할 몇 가지 주요 영역을 살펴보겠습니다

물리적 고려사항

형상

피처 크기: CNC와 3D 프린팅 프로세스는 모두 도구 크기에 따라 제한됩니다. CNC의 경우 공구 직경은 생성할 수 있는 가장 작은 네거티브 피처를 결정합니다. 그러나 3D 프린팅의 경우 노즐 직경은 생성할 수 있는 가장 작은 포지티브 피처를 결정합니다. 압출 기반 3D 프린터의 노즐 직경은 일반적으로 0.25mm~0.8mm이며 해당 기계의 최소 형상 크기는 그 4배이므로 최소 형상 크기는 1.0mm ~ 3.2mm입니다.

연속 섬유 강화를 위한 최소 피처 크기에 대한 자세한 내용을 보려면 최소 섬유 피처 크기에 대한 가이드를 참조하시기 바랍니다.

표면 마감: 적절한 도구로 CNC 기계는 3D 프린터보다 훨씬 매끄러운 표면을 생성할 수 있습니다. 3D 프린터는 피팅과 마감을 위한 파트를 생산할 수 있지만, 다른 정밀 파트와 결합하기 위해 탁월한 부드러움이 필요한 파트의 경우 CNC 가공이 더 나을 수 있습니다.

공차: 최고의 복합재 3D 프린터 중 일부는 치수 공차를 +/- 0.005인치까지 유지할 ​​수 있으며 일반적으로 압입에 적합한 표면을 갖추고 있습니다. 3D 프린팅 파트의 공차를 엄격하게 유지할 필요가 있을 경우 사후 가공이 가능합니다. 그러나 파트의 다른 피처에 따라 전체를 기계 가공하는 것이 더 쉬울 수도 있습니다. 결과물은 기계, 재료, 파트 형상에 따라 달라질 수 있습니다.

하중: 비구조 파트는 일반적으로 기존 3D 프린팅의 쉬운 대상입니다. 상당한 물리적 하중을 견뎌야 하는 구조 파트는 연속 섬유 강화나 CNC 가공을 통해 생산할 수 있습니다. 연속 섬유 강화는 다른 3D 프린팅 파트에 비해 상당한 강도 향상을 제공할 수 있지만 복합재 파트는 Z 축보다 두 축(X, Y)에서 더 강하며 금속 파트와 같은 등방성 특성을 나타내지 않습니다. 이것이 프린팅 파트의 디자인과 방향에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 자세히 알아보려면 이러한 파트를 더 깊이 탐구하는 등방성 섬유 채우기에 대한 이 기사를 읽어보세요.

환경

3D 프린팅과 CNC 기계 가공은 모두 금속과 폴리머로 파트를 생산할 수 있으므로 필요한 재료를 형성하는 데 더 쉽게 사용할 수 있는 공정이 무엇인지에 따라 선택이 달라집니다.

온도: 3D 프린팅과 CNC 기계 가공은 모두 금속과 폴리머로 파트를 생산할 수 있으므로 필요한 재료를 형성하는 데 더 쉽게 사용할 수 있는 공정이 무엇인지에 따라 선택이 달라집니다. 특정 금속의 사용 온도는 일반적으로 녹는점과 관련이 있습니다. "순수한 금속은 일반적으로 절대 온도 범위에서 녹는점(용융점(F + 459)의 약 절반)에서 심각하게 약화됩니다." 합금은 일반적으로 유용한 범위를 더 높게 만들 수 있으며 경우에 따라 용융 온도의 약 65%까지 높일 수 있습니다.

3D 프린팅된 복합재 및 폴리머는 금속보다 사용 온도 제한이 낮습니다. Markforged 재료는 일반적으로150°C 이상의 고온에서 장기간 사용해서는 안 됩니다.

수분: 일부 폴리머 필라멘트는 수분을 흡수하여 장기간 노출되거나 침수되면 강도가 저하될 수 있습니다. Liquitex와 같은 코팅이 필요할 수 있습니다. 습기는 일반적으로 알루미늄에 영향을 미치지 않지만 강철을 녹슬게 할 수 있습니다.

화학: 파트가 화학물질에 노출될 경우 재료와 화학물질의 화학적 호환성을 확인하십시오. 많은 금속이 다양한 화학 물질과 함께 사용하기에 적합하지만 새로운 재료나 환경을 도입하기 전에 항상 호환성을 확인하십시오. Markforged 나일론 기반 소재는 내화학성이 뛰어나며 대부분의 석유화학물질에 영향을 받지 않습니다. 강산성 또는 염기성 환경에서는 사용하기에 적합하지 않습니다.

경제적 고려사항

필요한 시기

사내 기계가공: 파트가 즉시 필요하고 작업에 다른 방해 요소가 없으며 기계, 작업자, 자재 및 작업대를 사용할 수 있는 경우 파트를 CNC 가공해야 합니다. 더 긴급한 작업이 있거나 파트를 기다릴 수 있는 경우 일반적으로 3D 프린팅을 통해 다음 날 파트를 받을 수 있으므로 작업자는 더 중요한 작업에 시간을 투자할 수 있습니다.

CNC 가공은 일반적으로 3D 프린팅이 재료를 증착할 수 있는 것보다 훨씬 빠르게 재료를 제거할 수 있습니다. 크기는 일반적으로 가공에 소요되는 시간 제약을 크게 좌우하지 않습니다. 필요한 재료 제거의 양이 훨씬 더 중요합니다. 파트 부피/재고 부피 비율이 매우 낮은 경우(재료 제거율이 높음) 3D 프린팅이 좋은 옵션일 수 있습니다.

3D 프린팅을 사용하면 파트 크기가 시간에 영향을 미칩니다. 큰 파트는 프린팅하는 데 시간이 더 오래 걸립니다. 파트가 손바닥 크기 정도면 대개 당일에 받을 수 있습니다. 파트가 작을수록 기계 가공보다 3D 프린팅이 더 빠른 경우가 많습니다. CNC 기계를 사용하면 재고 확보, G 코드 작성, 작업 보류 파악, 도구 설정 및 가공 후 청소에 시간을 보내야 합니다. 일부 파트는 CNC 기계를 준비하는 데 걸리는 시간 안에 프린팅할 수 있습니다.

외주 기계가공: 기계가공할 파트를 CNC 가공 서비스로 아웃소싱하는 프로세스는 일반적으로 파트 검토, 도면 작성, 견적 전송, 구매 검토 사이에 최소 며칠이 소요됩니다. 여기에 배송 및 매장의 리드 타임이 추가되어 때로는 프로세스가 매우 길어질 수 있습니다. 이 경우 프린팅은 영구적인 파트를 가공하는 동안 피팅과 마감을 확인하거나 다음날 파트를 준비하는 데 적합한 방법일 수 있습니다.

필요 수량

소량 가공 파트의 비용을 분석하면 비용의 대부분은 프로그래밍 및 설정에 필요한 시간에서 발생합니다. 금속 가공에 소요되는 실제 시간은 일반적으로 상당히 짧습니다. 생산량 확대는 일반적으로 무인으로 더 많은 파트를 가공하기 위해 더 큰 설정을 수행함으로써 달성됩니다. 파트 복잡성과 기능 수가 증가함에 따라 프로그래밍 시간과 필요한 설정 수도 증가할 수 있습니다. 그러나 추가 단위 비용은 상당히 빨리 감소합니다. 형상에 따라 프로그래밍 및 설정을 재사용할 수 있으므로 단위당 CNC 비용은 매월 수백 또는 수천 단위로 확장됩니다.

3D 프린팅을 사용하면 프로그래밍(슬라이싱)이 몇 분 안에 이루어지며 복잡성이 프로그래밍 시간에 거의 영향을 미치지 않습니다. 첫 번째 단위 비용과 노력은 낮지만 단위당 비용은 수량에 크게 영향을 받지 않습니다. 생산량 확대는 일반적으로 더 많은 기계를 온라인으로 전환함으로써 달성됩니다.

장비 및 운영자에 대한 예산

CNC 기계는 적절하게 설정되면 무인으로 작동할 수 있지만 일반적으로 교육을 받은 정규 작업자와 프로그래머가 성공에 매우 중요합니다. 기계는 소유자가 서비스하기가 항상 쉬운 것은 아니며 값비싼 유지 관리 계획이 필요합니다.

3D 프린터는 완전히 무인으로 쉽게 작동할 수 있고, 운영자는 최소한의 교육만 필요하며, 프로그래밍은 소프트웨어를 통해 쉽게 이루어집니다. 기계는 일반적으로 서비스하기 쉽고 유지 관리 비용이 훨씬 저렴합니다.

CNC 기계와 3D 프린터는 기능과 제작 품질에 따라 다양한 가격으로 제공되지만 일반적으로 3D 프린터는 CNC 기계보다 훨씬 낮은 투자 비용으로 소유할 수 있습니다.

적층 제조의 초기 비용과 운영 비용은 낮기 때문에 프로토타입 제작 및 툴링과 같은 소량 애플리케이션에 이상적입니다. 그러나 대량 생산으로 확장할 때는 절삭 가공 및 성형이 더 비용 효율적입니다.

CNC와 3D 프린팅 논쟁에서 어디로 가야 합니까?

이 경우는 일대일 프로세스 교체만큼 간단하지 않으며 3D 프린팅이 모든 생산 문제를 하루 아침에 해결하지는 않습니다. 경제적 제약으로 인해 3D 프린팅의 비용 효과적인 파트 수량은 소량으로 제한되고 재료 및 프로세스 제약으로 인해 적용 공간이 제한될 수 있습니다. 반면에 CNC 가공은 수량이 조금 더 많아지면 일반적으로 한달에 수백 단위 정도로 규모의 경제가 유리할 것으로 예상됩니다.‍