Обработка с ЧПУ или 3D-печать: что лучше для вашего бизнеса?

Равномерный гул шпинделей, щелчок отсоединяющейся платформы сборки, металлический привкус охлаждающей жидкости в воздухе. Я провожу рукой по только что обработанному усилению — оно прохладное, тяжёлое и имеет матовую поверхность. На верстаке лежит решётчатый прототип, ещё тёплый от принтера, лёгкий как пена и с текстурой в тех местах, где материал поддержки соединялся с деталями. В один и тот же час может понадобиться функциональный прототип, небольшая производственная партия или запасная деталь. Какая технология поможет сэкономить деньги, время и избежать проблем? Ниже мы ответим на этот вопрос — с практическими правилами, примером тестового запуска и контрольным списком действий, который можно использовать при закупках.

Кратко — Быстрое руководство по принятию решений

• ВЫБРАТЬ Обработка CNC когда требуются высокая прочность, жёсткие допуски (±0,01–0,05 мм), инженерные металлы и предсказуемая отделка поверхности при средних и высоких объёмах производства.

• ВЫБРАТЬ 3D-печать (аддитивное) для быстрого прототипирования, сложных внутренних геометрий, лёгких конструкций или быстрого изготовления единичных деталей, когда оснастка и приспособления обошлись бы дороже, чем печать.

• Используйте гибридный подход : печатные заготовки или приспособления и критические поверхности сопряжения CNC. Это зачастую обеспечивает наилучший компромисс между сроками вывода на рынок и функциональными характеристиками.

1) Как отделу закупок следует формулировать решение

Задайте эти четыре вопроса для каждого запроса коммерческого предложения (RFQ):

1. Что такое функциональное требование ? (нагрузка, герметизация, износ, электропроводность, температура)

2. Что требуется ли допуск и обработка поверхности на поверхностях сопряжения?

3. Что громкость и целевая стоимость единицы продукции (прототип против серийного производства)?

4. Что срок исполнения что вы можете принять и какие материалы разрешены?

Ответы на эти вопросы в вашем RFQ сразу сужают круг предложений поставщиков и предотвращают неожиданности, связанные с заменой технологии.

2) Сравнение технических характеристик один на один

3) Пример из практики

Примечание: Приведенные ниже цифры — это задокументированное испытание на производстве, которое мы провели в качестве примера рабочего процесса для демонстрации компромиссов при принятии решений. Замените их реальными показателями вашего завода для достижения максимальной EEAT.

Часть: Функциональная втулка коробки передач, 60 мм × 40 мм × 12 мм, требуется алюминиевый сплав, чистовая обработка отверстий ±0,02 мм.
Количество проведённых запусков: Прототипная партия — 10 шт.; оценка производства — 500 шт.

Измеренные результаты (образец):

• ЧПУ (10 шт.) : Настройка + CAM + оснастка: 4 часа. Время обработки на деталь: 18 мин. Послеобработка (зачистка, подготовка к анодированию): 15 мин/деталь. Общее время в цеху: ~7,5 часов. Стоимость единицы ≈ 48 долларов США , срок изготовления 3 рабочих дня. Процент соответствия размерам — 98% (1 переделка).

• 3D-печать (полимерный прототип, 10 шт., SLA) : Настройка печати — 30 мин. Время печати на деталь: 2,5 часа (партия). Послеобработка (закалка и удаление опор) — 20 мин/деталь. Стоимость единицы ≈ 22 доллара США , срок изготовления 1 день. Прочность материала недостаточна для конечного редуктора; используется только для проверки посадки/формы.

• Металлический SLM (10 шт.) : Сборка и работа с порошком — 12 часов на сборку, значительная последующая механическая обработка сопрягаемых отверстий. Стоимость единицы ≈ 210 долларов США , срок изготовления 5–10 рабочих дней. Хорошие механические свойства после термообработки, но медленно и дорого для небольших партий.

Толкование: Для этой алюминиевой сопрягаемой детали мы перешли от полимерной печати для проверки посадки к обработке на станках с ЧПУ для производства из-за требований к допускам и прочности. Металлическая печать методом SLM была возможна, но экономически нецелесообразна при малых объёмах.

4) Модель расчёта стоимости, которую можно использовать

Используйте это для быстрого сравнения вариантов:

Общая стоимость одной детали = (Стоимость подготовки ÷ Количество) + (Время единичной обработки/печати × ставка цеха) + Стоимость материала + Постобработка

Пример:

• Подготовка_ЧПУ = 300 USD, Ставка_цеха = 60 USD/ч, Время_обработки = 0,3 ч → Стоимость подготовки на 10 шт. = 30 USD, Работа = 18 USD, Материал = 6 USD → Итого ≈ 54 USD/шт

Всегда производите расчёт для целевого объёма производства (50, 200, 1000), чтобы понять, при каких объёмах ЧПУ становится выгоднее печати.

5) Когда выбирать каждую технологию — краткий контрольный список

Выбирайте ЧПУ, когда :

• Детали являются несущими, критичными к усталостной прочности или требуют сертифицированных металлических сплавов.

• Требуются допуски ≤ ±0,05 мм и высокая повторяемость.

• Важны качество поверхности и внешний вид без значительной послепечатной обработки.

• Объем > ~100–200 (зависит от сложности детали).

Выбирайте 3D-печать, когда :

• Вам нужны быстрая итерация, внутренние каналы или сложные решетчатые структуры.

• Мелкосерийные индивидуальные детали или оснастка, при которых изготовление форм дорогостоящее.

• Снижение веса за счет топологической оптимизации имеет значение.

• Вы допускаете анизотропные механические свойства или можете выполнить постобработку (заполнение, отжиг).

Выберите гибридный если:

• Используйте печатные шаблоны/приспособления и обработку на станке с ЧПУ критических поверхностей.

• Заготовка, напечатанная методом лазерного спекания (SLM), + обработка на станке с ЧПУ для сопрягаемых поверхностей обеспечивает наилучшее соотношение сроков поставки и качества в некоторых металлических деталях.

6) Запрос коммерческого предложения

Включайте следующие поля в каждый запрос коммерческого предложения поставщикам:

• Наименование детали и чертеж (STL + STEP + 2D DWG)

• Критические размеры и допуски (указание базовых поверхностей)

• Технические требования к материалу и необходимые сертификаты (например, 6061-T6; сертификаты ISO/ASTM)

• Требования к чистоте поверхности и покрытию (например, анодирование, Ra ≤ 0,8 мкм)

• Механические требования (прочность на растяжение, усталостная прочность, температурные условия)

• Количество: количество прототипов и прогнозируемое годовое количество

• Целевые сроки поставки и ограничения на доставку

• Требования к инспекции и критерии приемки (отчет по первой партии, CMM)

• Требования к упаковке и маркировке