Современные технологии прототипирования деталей или довольно сложных изделий из различных материалов достигли небывалых высот. Наука не стоит на месте, и некогда казавшиеся почти неразрешимыми производственные задачи сегодня решаются в считанные часы – от создания макета до готового изделия - при помощи того или иного оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ). И наиболее распространенным из числа такого оборудования, дающего возможность не просто пронаблюдать цифровую модель изделия, но посмотреть и даже пощупать его вживую, являются представители двух классов техники – фрезерные станки и аппараты 3D-печати.

Давайте разберем отличия этих технологий, их сильные и слабые стороны. Этот материал будет полезен не только непосредственным владельцам фрезерных станков и аппаратов 3Д-печати, но и их потенциальным клиентам. Вы поймете, в каком случае необходимый вам прототип стоит напечатать, а в каком выполнить методом фрезеровки.

Фрезерование макета и аддитивное прототипирование: суть процессов

Начнем с общности этих производственных процессов – просто таковых куда меньше, чем различий. Главные из них – то, что оба класса техники функционируют при помощи числового программного управления. Типовой процесс изготовления прототипа изделия на обоих из них включает следующие стадии:

• Проектирование модели изготавливаемого изделия, осуществляемое в программе САПР;
• Создание траектории для проектирования САD с использованием программного обеспечения CAM;
• Проверка командного файла на корректность работы и отсутствие ошибок с помощью ПО для моделирования;
• Корректировка выявленных ошибок и неточностей;
• Непосредственно производственный процесс, выполняемый на ЧПУ-оборудовании.

По сути, общие черты на этом и заканчиваются. Далее начинаются различия – причем зачастую весьма существенные. И начинаются они с самой сути рассматриваемого оборудования.

Так, к примеру, фрезерные станки с ЧПУ – довольно универсальные аппараты, спектр обработки материалов на которых ограничен только количеством осей оборудования и мощностью его шпинделя. Меняя инструмент на большинстве из них, можно довольно быстро получить детализированные изделия с высокой точностью изготовления. При этом сама методика, именуемая субтрактивной, подразумевает удаление части материала из начальной заготовки. Таким образом, применение такой технологии прототипирования объекта подразумевает, что заготовка должна быть больше конечной продукции. В процессе создания заданного изделия возникает отходы, которые в большинстве случаев необходимо отводить тем или иным способом.

Создание прототипов деталей методом 3D-печати (оно же – аддитивное прототипирование объекта) предполагает противоположную технологию. В основе метода лежит применение 3D-принтера, на котором осуществляется послойная трехмерная печать объекта из соответствующего сырья. Этот аппарат с нагретым рабочим элементом обеспечивает точное воспроизведение изделия по заданной цифровой модели с его последующим охлаждением и затвердеванием.
Давайте далее попунктно рассмотрим различия технологий и возможности, ими продиктованные.

Материалы для прототипирования изделий

Материал, который фрезеруется на станках с ЧПУ, отличается внушительным разнообразием. Это могут быть металлические сплавы, древесина различных форм, пластмассы, камень разных пород, композиты, картон и многие другие.

С прототипами, полученных на 3D-принтерах, все несколько сложнее. Очевидно, что далеко не все материалы могут наплавляться. К таковым относятся некоторые виды пластиков, металла и ряда пищевых материалов, также наносимых методом экструзии нагретых нитей малой толщины.

Инструменты и дополнительное оборудование

Инструменты для фрезерного станка отличаются колоссальным разнообразием не только по форме, но и по сплавам своего изготовления. Благодаря этому можно выполнять формование продукции, имеющей сложнейшие конфигурации и даже внутренние выемки различного назначения.

Как уже упоминалось, при фрезеровании заготовок возникают отходы – стружка, пыль и другие. Они нуждаются в отводе из рабочей зоны, для чего используются пылесборники и система обдува. Кроме того, для обеспечения оптимальной температуры в зоне реза, которая бы гарантировала высокий ресурс инструмента и отсутствие деформации изделия, в ряде случаев применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).

3Д-прототипирование требует наличия нагретой платформы. К ней будет приклеиваться исходная часть воспроизводимого объекта. Что касается инструментария, то в этом плане 3D-принтеры весьма негибки. Печатаемый объект на всем протяжении работы имеет постоянную толщину, определяемой диаметром нити из конкретного материала.

Точность и качество поверхности

Как вы уже поняли, толщина воспроизводимой на 3D-принтере детали всегда будет кратной толщине нити, используемой при печати. Таким образом, в значительном проценте случаев 3д прототипирования будут возникать отклонения размеров от заданных. При этом за счет цикла «нагрев-остывание» исходного материала поверхность напечатанного готового изделия всегда будет иметь несколько шероховатую фактуру.

Сам принцип работы ЧПУ-фрезера обеспечивает более высокую точность обработки заготовок, чем может обеспечить аппарат 3D-печати. Гладкость поверхности фрезерованной детали после использования ряда инструментов же почти всегда будет идеальной. Последующая обработка – покраска, гальваническое покрытие либо порошковое нанесение верхнего слоя – еще более облагораживает визуально результат работы арсенала фрез.

Повторяемость изделий и себестоимость производства

Важную роль при выборе способа изготовления прототипа играет фактор повторяемости. Часто их заказчикам необходимо выполнять такую продукцию хотя бы в масштабах мелкосерийного производства. Соответственно, возникают дополнительные требования по времени выполнения и себестоимости единицы продукции.
Как обстоят дела у обоих типов аппаратов с этими факторами?

Фрезерные станки с ЧПУ в этом плане откровенно выигрывают. Жесткая рама хорошего станка гасит возможные вибрации. Как итог, вне зависимости от величины серии они выполняют всю обработку практически одинаково четко. Главное – следить за регулярной заменой инструмента, который при работе с проблемными материалами (твердыми сплавами, композитами или камнем твердых пород) через определенное время изнашивается.

Что касается себестоимости прототипов деталей на различном оборудовании, то в плане экономности обработка на станке с ЧПУ также выигрывает. 3D-принтеры  не только дольше и с большей трудоемкостью выполняют свою задачу, но и обходятся дороже в плане материала и энергозатрат. ЧПУ-фрезеры же позволяют вытачивать множество деталей, причем экономя время на единицу с ростом серийности изготовления. Объясняется это тем, что оператору при резьбе второй и последующей единицы продукции остается только центровка и крепеж (при необходимости) заготовки на рабочем столе аппарата.

Таким образом, аддитивное прототипирование деталей оптимально выбирать, когда необходимо выполнить от 1 до 5 единиц выставочной продукции, качество поверхности которых особого значения не имеет. При большем числе стоит предпочесть их изготовление методом фрезерования. В этой связи мы рекомендуем обращаться к владельцам фрезерных станков «Миртелс», так как будучи их производителем, прекрасно понимаем их производственные возможности и обеспечиваемое качество изготовления самых сложных изделий.

Создание прототипов деталей больших габаритов, существенно превышающих размер рабочего стола ЧПУ-фрезера, может потребовать оценки возможности их изготовления методом литья либо литья под давлением.