#07 CNC & 3D tlač

CNC obrábanie je metóda výroby súčiastok s využitím subtraktívnej výroby čo znamená, že materiál sa zo súčiastky postupne odoberá až vznikne súčiastka požadovaných presností a tvarov. Proces výroby zvyčajne začína s pevným blokom materiálu z ktorého sa materiál odoberá s využitím rezacích nástrojov rôznych priemerov a tvarov. Nástroje obsahujú rezné hrany pomocou ktorých je materiál zo súčiastky odoberaný.  CNC je jednou z najpopulárnejších metód výroby využívanej v kusovej alebo malosériovej výrobe. Vyznačuje sa vysokou opakovateľnosťou spolu s presnosťou a tiež možnosťou obrábať širokú škálu materiálov.

V kontraste so subtraktívnou výrobou je naopak aditívna výroba. Tento typ výroby sa v súčasnosti využíva čoraz viac. Princíp činnosti spočíva v tom, že na rozdiel od subraktívnej výroby, kde sa materiál z polotovaru odoberá, pri tejto technológii sa materiál pridáva. Tento spôsob výroby využívajú 3D tlačiarne, ktoré nanášajú materiál postupne po jednej vrstve až do požadovaného tvaru. Procesy aditívnej technológie nevyžadujú žiadne špeciálne nástroje alebo prípravky, takže počiatočné náklady na nastavenie sú udržované na minime.

Výber správnej technológie

Pri výbere medzi CNC a 3D tlačou existuje niekoľko rozdielov na základe ktorých je možné sa rozhodnúť, ktorá technológia bude vhodnejšia. Základným pravidlom je, že všetky diely, ktoré je možné vyrobiť s minimálnym úsilím pomocou subtraktívneho procesu, by sa spravidla mali obrábať pomocou CNC. Zvyčajne je výhodné používať 3D tlač len prípadoch kedy:

• Tradičné metódy nie sú schopné vyrobiť súčiastku, napríklad pre veľmi zložitú geometriu,
• Keď je kritický čas rýchleho dodania - 3D tlačené diely je možné dodať do 24 hodím.
• Keď sú nevyhnutné nízke náklady - pre malé množstvo vyrábaných súčiastok je 3D tlač cenovo výhodnejšie ako CNC, pri väčších počtoch je to naopak,
• V prípade keď je potrebné použitie materiálov, ktoré sú ťažko opracovateľné ako napríklad kovové zliatiny a TPU,

Subtraktívna výroba s využitím CNC strojov sa vyznačuje vyššou presnosťou a vyrába diely s lepšími mechanickými vlastnosťami vo všetkých 3 rozmeroch. Vyššia presnosť a lepšie mechanické vlastnosti zvyšujú aj celkové finančné náklady na výrobu

Ak je potrebné veľké množstvo dielov ( rádovo stovky a viac kusov) ani jedna z uvedených metód výroby nemusí byť vhodná.

Tradičné technológie tvárnenia, ako napríklad liatie do formy alebo vstrekovanie do formy sú všeobecne najekonomickejšou možnosťou výroby.

Procesné charakteristiky

s využitím CNC strojov ponúka vysokú presnosť a opakovateľnosť. Kvôli rádiusom nástrojov budú mať vždy súčiastky s vnútorným rohom polomer a nie ostré hrany. Pri obrábaní vonkajších povrchov je možné dosiahnuť aj ostré hrany. Aditívna výroba ponúka rôznu presnosť rozmerov. Priemyselné stroje môžu vyrábať diely s veľmi dobrými toleranciami. Ak sú potrebné malé vzdialenosti, je možné kritické rozmery vytlačiť nadrozmerne a potom následne opracovať na požadovaný rozmer. Minimálna hrúbka steny 3D tlačených častí je obmedzená veľkosťou koncového efektora (napríklad priemer trysky v FDM alebo veľkosť laserového bodu v SLS). Keďže materiál pri 3D tlači je nanášaný po vrstvách môžu byť vidieť na hotovej súčiastke jednotlivé čiary vrstiev, čo za určitých okolností nemusí byť dostatočne estetické.

Materiály

sa využívajú hlavne na obrábanie kovov. Môže sa tiež použiť na obrábanie termoplastov, akrylov, mäkkých a tvrdých drevín, modelovacích pien a obrábanie vosku. Medzi najbežnejšie materiály, ktoré sú opracúvané CNC strojmi patria: hliník, antikorózna oceľ, oceľ, plasty a pod. 3D tlač využíva na výrobu predovšetkým plasty a v menšej miere aj kovy. niektoré technológie umožňujú vyrábať diely z kremíku, vosku, piesku a kompozitov. Medzi najvyužívanejšie materiály v 3D tlači patrí: NYLON, PLA, ABS, ASA, TPU

Zložitosť modelov

Existuje niekoľko obmedzení, ktoré je potrebné brať do úvahy pri navrhovaní súčiastok pre CNC obrábanie, vrátane prístupu a vôlí, vôľových a upevňovacích bodov, ako aj nemožnosti obrábať vnútorné hrany s ostrým rohom bez rádiusu. niektoré geometrie sú pre CNC stroje nemožné (dokonca aj pre päťosové CNC systémy) pretože nástroj nemá prístup ku všetkým povrchom súčastí. Väčšina geometrií vyžaduje pre prístup na rôzne strany otočenie dielu. Môže byť potrebné aj premiestnenie, ktoré zvýši čas obrábania a môžu byť použité vlastné prípravky, ktoré majú vplyv na cenu. 3D tlač má v porovnaní s CNC veľmi málo geometrických obmedzení. Podporné štruktúry sú vyžadované vo väčšine technológií ako sú FDM alebo SLM/DLMS a sú odstránené počas následného spracovania. Schopnosť vytvárať veľmi zložité geometrie je jednou z kľúčových vlastností 3D tlače.

Technologický postup výroby

Pri CNC strojoch je potrebné pred začatím výroby vybrať vhodný nástroj na obrábanie, zvoliť rýchlosť vretena, dráhu rezu, upnutie súčiastky. Všetky tieto faktory vo veľkej miere ovplyvňujú kvalitu konečnej súčiastky a čas potrebný na výrobu. Pri 3D tlači operátor stroja najskôr pripraví digitálny súbor a potom ho pošle do riadiaceho systému 3D tlačiarne, ktorá ho vytlačí s minimálnym ľudským zásahom. Po dokončení tlače je potrebné diel vyčistiť a dodatočne spracovať. Zdroje:

• https://turcont.com/cnc-machining-services-cnc-milling-services-cnc-turning-services-metal-parts-machining-services_4_s_en.html
• https://www.plotbase.sk/blog/3d-tlac-historia-a-vyuzitie
• https://www.hubs.com/knowledge-base/3d-printing-vs-cnc-machining/?fbclid=IwAR3mw3v0ho8VDTCNsvrdXkLJDpxxP8wi6Ju-VYKQv2scJMndk2M-qYr3fk4

Autor: Ján Adamec | DailyAutomation | adamec@dailyautomation.com