3D 프린팅 vs. CNC 머시닝

소개

CNC 가공은 일반적인 감산 가공입니다. 기술. 3D 프린팅과 달리 이 프로세스는 일반적으로 재료 블록(블랭크)으로 시작하고 다양한 날카로운 회전 도구 또는 커터를 사용하여 필요한 최종 모양을 얻기 위해 재료를 제거합니다.

CNC는 소규모 일회성 작업과 중대량 생산 모두에 가장 널리 사용되는 제조 방법 중 하나입니다. 탁월한 반복성, 높은 정확도, 다양한 재료 및 표면 마감을 제공합니다.

적층 제조(AM) 또는 3D 프린팅 프로세스는 재료를 한 번에 한 레이어씩 추가하여 부품을 만듭니다. AM 공정에는 특별한 도구나 고정 장치가 필요하지 않으므로 초기 설정 비용이 최소화됩니다.

이 기사에서는 애플리케이션에 적합한 기술을 선택하는 데 도움이 되는 주요 기술 고려 사항을 제시합니다. 기능적 부품 및 프로토타입에 중점을 둡니다. 금속이나 플라스틱으로 만들어집니다. 이 목적에 가장 적합한 3D 프린팅 공정은 플라스틱의 경우 SLS 또는 FDM, 금속의 경우 SLM/DMLS 또는 바인더 젯팅입니다.

적절한 기술 선택

CNC와 적층 제조(AM) 중에서 선택할 때 의사 결정 과정에 적용할 수 있는 몇 가지 간단한 지침이 있습니다.

경험상, 감산 공정을 통해 제한된 노력으로 제조할 수 있는 모든 부품은 일반적으로 CNC 가공되어야 합니다. 일반적으로 다음과 같은 경우에만 3D 프린팅을 사용하는 것이 좋습니다.

• 전통적인 방법으로 생산할 수 없는 경우 예를 들어 매우 복잡한 토폴로지에 최적화된 부품 기하학.
  
• 빠른 회전 시간이 중요합니다. 3D 프린팅된 부품은 24시간 이내에 배송될 수 있습니다.
  
• 저비용일 때 필수적이다; 소량의 경우 3D 프린팅이 일반적으로 CNC보다 저렴합니다.
  
• 소수인 경우 동일한 부품이 필요합니다(10개 미만).
  
• 때 자료 금속 초합금이나 유연한 TPU와 같이 쉽게 가공할 수 없는 소재가 필요합니다.
  
  

CNC는 더 높은 치수 정확도를 제공하고 3차원 모두에서 더 나은 기계적 특성을 가진 부품을 생산하지만 일반적으로 특히 볼륨이 작은 경우 더 많은 비용이 듭니다.

더 많은 부품 수량이 필요한 경우(수백 개 이상) CNC나 AM 모두 비용 경쟁력 있는 옵션이 될 수 없습니다. 인베스트먼트 주조 또는 사출 성형과 같은 기존 성형 기술은 규모의 경제 메커니즘으로 인해 일반적으로 가장 경제적인 옵션입니다(그림 참조).

권장 프로세스 참조 표

아니요. 부품의	1	10년대	100개	1000개
플라스틱	3D 프린팅	3D 프린팅(고려:CNC)	CNC(고려:사출 성형)	사출 성형
금속	3D 프린팅 및 CNC*	CNC(3D 프린팅 고려)	CNC(고려:투자 주조)	투자 또는 다이캐스팅

^{*:부품 형상에 크게 의존}

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프로세스 특성

치수 정확도

CNC 가공은 엄격한 공차를 제공합니다. 및 우수한 반복성 . 아주 큰 부품부터 아주 작은 부품까지 CNC로 정확하게 가공할 수 있습니다. 절삭 공구의 모양으로 인해 내부 모서리에는 항상 반경이 있지만 외부 표면에는 날카로운 모서리가 있고 매우 얇게 가공될 수 있습니다.

다른 3D 프린팅 시스템은 다른 치수 정확도를 제공합니다. 산업용 기계는 공차가 매우 우수한 부품을 생산할 수 있습니다. . 좁은 간격이 필요한 경우 중요한 치수를 3D로 크게 인쇄한 다음 후처리 중에 가공할 수 있습니다.

최소 벽 두께 3D 인쇄 부품의 수는 엔드 이펙터의 크기에 의해 제한됩니다(예:FDM의 노즐 직경 또는 SLS의 레이저 스폿 크기). 부품은 한 번에 한 층씩 제작되기 때문에 특히 곡면에서 층 선이 보일 수 있습니다. 최대 부품 크기 3D 프린팅 처리는 종종 긴밀한 환경 제어가 필요하기 때문에 상대적으로 작습니다.

<머리> <일>

내성	최소 벽 두께	최대 부품 크기
CNC	± 0.025 - 0.125mm *	0.75mm	밀링:2000 x 800 x 1000 mm 선반:Ø 500 mm
SLS	± 0.300mm	0.7 - 1.0mm	300 x 300 x 300mm
FDM	산업용:± 0.200mm 데스크탑:± 0.500mm	0.8 - 1.0mm	산업용:900 x 600 x 900mm 데스크탑:200 x 200 x 200mm
SLM/DMLS	± 0.100mm	0.40mm	230 x 150 x 150mm
바인더 분사	± 0.200mm	2.0mm	380 x 355 x 735mm

^{* :지정된 허용 오차 수준에 따릅니다.}

자료

CNC는 주로 금속 가공에 사용됩니다. 열가소성 수지, 아크릴, 침엽수 및 활엽수 가공, 폼 모델링 및 왁스 가공에도 사용할 수 있습니다.

• 완전한 등방성 거동으로 뛰어난 기계적 및 열적 특성
• 블랭크 크기로 인한 치수 제한(비표준 블랭크 크기를 사용하면 비용이 증가함).

<머리> <일>

일반적인 CNC 재료
플라스틱	ABS, 나일론, 폴리카보네이트, PEEK
금속	알루미늄, 스테인리스 스틸, 티타늄, 황동

3D 프린팅은 주로 플라스틱과 함께 사용됩니다. 그리고 금속의 경우에는 더 적습니다. 일부 기술은 세라믹, 왁스, 모래 및 복합 재료로 부품을 생산할 수 있습니다. 3D 프린팅 재료는 기술 자료의 전용 기사에서 더 자세히 논의되는 복잡한 주제입니다.

• 광범위한 물리적 특성을 가진 다양한 재료.
• 가공하기 어려운 재료(예:TPU 및 금속 초합금)는 3D 인쇄할 수 있습니다.
• CNC 부품에 비해 기계적 특성이 낮을 수 있습니다(일반적으로 완전히 등방성이 아님).

<머리> <일>

일반적인 3D 프린팅 자료
플라스틱	나일론, PLA, ABS, ULTEM, ASA, TPU
금속	알루미늄, 스테인리스 스틸, 티타늄, 인코넬

모델 복잡성

CNC 가공용 부품을 설계할 때 공구 접근 및 여유 공간, 고정점 또는 장착점, 공구 형상으로 인한 사각 모서리 가공 불가능 등 여러 제한 사항을 고려해야 합니다.

일부 형상은 CNC 기계에 불가능 (5축 CNC 시스템의 경우에도) 도구는 구성 요소의 모든 표면에 접근할 수 없습니다. 대부분의 형상은 다른 면에 접근하기 위해 부품을 회전해야 합니다. 재배치하면 처리 및 노동 시간이 추가되고 맞춤형 지그 및 고정구가 필요할 수 있으며 최종 가격에 영향을 미칠 수 있습니다.

3D 프린팅은 CNC에 비해 형상 제한이 거의 없습니다. 지원 구조는 FDM 또는 SLM/DMLS와 같은 대부분의 기술에 필요하며 사후 처리 중에 제거됩니다.

플라스틱 자유형, 유기적 기하학 SLS 또는 MJF(Multi Jet Fusion)와 같은 고분자 기반 분말 베드 융합 공정으로 쉽게 제조할 수 있습니다. 지지대가 필요하지 않기 때문입니다. 매우 복잡한 형상을 생성하는 기능 3D 프린팅의 핵심 강점 중 하나입니다.

제조 워크플로

다음은 CNC 또는 3D 인쇄 주문을 할 때 뒤에서 일어나는 일입니다.

CNC에서 전문 작업자 또는 엔지니어는 먼저 도구 선택, 스핀들 속도, 절단 경로 및 부품 재배치를 고려해야 합니다. 이러한 요소는 모두 최종 부품 품질과 제작 시간에 큰 영향을 미칩니다. 블록을 기계에 수동으로 설정해야 하기 때문에 제조 공정은 노동 집약적입니다. 가공 후 구성 요소를 사용하거나 후처리할 수 있습니다.

3D 프린팅에서 기계 작업자는 먼저 디지털 파일을 준비(방향 선택 및 지원 추가)한 다음 기계로 전송하여 사람의 개입이 거의 없이 인쇄됩니다. 프린팅이 완료되면 부품을 세척하고 후처리해야 하며, 이는 3D 프린팅 제조 워크플로에서 가장 노동 집약적인 부분입니다.

후처리

CNC 및 3D 인쇄 부품 모두에 다양한 후처리 방법을 적용하여 완성된 구성 요소의 기능이나 미학을 개선할 수 있습니다. 가장 일반적인 후처리 기술은 다음과 같습니다.

<머리> <일>

후처리 방법
CNC	비드 블라스팅, 아노다이징(유형 II 또는 유형 III), 분말 코팅
3D 프린팅	미디어 블라스팅, 샌딩 및 폴리싱, 미세 폴리싱, 금속 도금

사례 연구:플라스틱 인클로저 프로토타입 제작

새로운 전자 제품을 설계할 때 인클로저의 프로토타입을 제작하는 것은 양산 전에 제품을 완성하는 핵심입니다. 개발 시간을 단축하려면 빠른 리드 타임 및 저비용 주요 목표입니다.

전자 인클로저에는 스냅 핏, 리빙 힌지 또는 기타 연동 조인트 및 패스너가 있는 경우가 많습니다. 이러한 모든 기능은 CNC로 가공되거나 FDM 또는 SLS를 사용하여 3D로 인쇄될 수 있습니다.

CNC와 SLS는 높은 정확도와 미적 매력의 프로토타입을 만드는 데 사용할 수 있지만 데스크탑 FDM은 리드 타임이 훨씬 짧고 비용이 저렴합니다. 기계적 성능이 이 프로젝트의 주요 목표가 아니기 때문에 CNC 및 SLS의 이점은 일반적으로 추가 비용과 시간의 가치가 없습니다.

<머리> <일>

CNC	데스크탑 FDM	SLS
비용	$$	$	$$
일반 자료	ABS, 나일론	PLA, ABS, 나일론	나일론
리드 타임	1 - 2주	1 - 3일	1주일 미만
정확도	± 0.125mm	± 0.500mm	± 0.300mm

사례 연구:금속 브래킷 및 부품 제조

금속 브래킷 및 기타 기계 부품은 높은 하중을 견디고 높은 온도에서 작동할 수 있습니다. 이 경우 치수 정확도 및 좋은 물성 주요 목표입니다.

모델 형상이 단순하면(위 이미지의 구성 요소와 같이) 정확도, 기계적 특성 및 비용 측면에서 CNC가 최상의 옵션입니다.

기하학적 복잡성이 증가하거나 더 이국적인 재료가 필요한 경우 금속 3D 프린팅을 고려해야 합니다. 무게와 강도에 최적화된 구성 요소(아래 이미지의 브래킷과 같은)는 유기적 구조로 되어 있어 가공이 매우 어렵고 비용이 많이 듭니다.

CNC 및 금속 3D 프린팅 결합 가능 중요한 위치에서 유기적인 형태와 매우 엄격한 공차를 가진 부품을 제조하기 위해.

<머리> <일>

CNC	SLM/DMLS	바인더 분사
비용	$$	$$$$	$$$
일반 자료	알루미늄 스테인리스 스틸 황동	스테인리스 스틸 알루미늄 티타늄 인코넬 코발트 크롬	스테인리스 스틸 인코넬 코발트-크롬 텅스텐 카바이드
정확도	± 0.025mm	± 0.100mm	± 0.200mm
기계적 특성	매우 좋음	매우 좋음	좋음

경험 규칙

애플리케이션에 적합한 기술을 선택하는 것이 중요하며 다음과 같은 경험 법칙으로 요약할 수 있습니다.

• CNC 가공은 중대량(250-500개 미만) 및 비교적 단순한 형상에 가장 적합합니다.
  
• 3D 프린팅은 일반적으로 소량(또는 일회성 프로토타입)과 복잡한 형상에 가장 적합합니다.
  
• 금속을 고려할 때 CNC는 소량으로도 가격 경쟁력이 있지만 형상 제한은 여전히 ​​적용됩니다.
  
• 수량이 많은 경우(250 - 500개 이상의 부품) 다른 성형 기술이 더 적합합니다.