3D-Druck oder CNC: Was ist die beste Option?

Die subtraktive Fertigung (Computer Numerical Control oder CNC-Bearbeitung) war in den letzten Jahrzehnten eine der bedeutendsten Produktionsmethoden. Eingeführt in den 1940er Jahren, wurde die subtraktive Fertigung als Werkzeug zur Bearbeitung hochkomplexer Bauteile eingesetzt, die hohe Präzision erfordern. Im Wesentlichen besteht das Verfahren darin, Material von einem festen Ausgangsstoff zu entfernen oder zu schneiden, um ein Endprodukt zu erzeugen. Heute gibt es viele verschiedene Formen der subtraktiven Fertigung (Fräsen, Drehen, Laserschneiden...) und sie wird für eine Vielzahl von Prototyping- und Produktionsanwendungen eingesetzt.

Die additive Fertigung (3D-Druck oder Rapid Prototyping) ist ein neueres Fertigungsverfahren, das aufgrund von Technologie- und Materialfortschritten ein erhebliches Wachstum erfährt. In den 1980er Jahren als Werkzeug für Produktentwickler eingeführt, um aus digitalen Entwürfen physische Prototypen zu erzeugen, hat sich der 3D-Druck aufgrund seiner Geschwindigkeit, Flexibilität und Kostenvorteile durchgesetzt. Im Gegensatz zur subtraktiven Fertigung werden bei additiver Fertigung Materialien nur dort aufgetragen, wo sie für das endgültige Werkstück benötigt werden, und zwar typischerweise Schicht für Schicht. 3D-Druck gibt es in vielen verschiedenen Technologieformen (FFF, SLA, DLP, MJF, etc.) und ist in der Lage, eine Vielzahl von Polymer- und Metallmaterialien zu drucken.

Beide Technologien haben ihre Stärken und Schwächen, wenn es um eine Produktentwicklung und die Fertigungsumgebung geht. Zusätzlich zur Frage, welcher Prozess für Ihr Unternehmen oder Ihre Anwendung ideal ist, ist es wichtig zu beachten, dass diese Technologien oft komplementär sind und nebeneinander existieren können. Für die Entscheidung, wie diese Technologien für Ihre Anwendung von Vorteil sein können, müssen Sie verschiedene Faktoren berücksichtigen, z. B. das Geschäftsmodell, den Reifegrad des Unternehmens, die Produktentwicklung oder den Produktionsprozess. Eine Werkstatt wird beispielsweise CNC-Bearbeitung für umfangreiche Produktionsanforderungen verwenden und alternativ den 3D-Druck einsetzen, um Bauteile mit höherer Komplexität oder Geometrien zu produzieren, die mit subtraktiver Technologie einfach nicht möglich sind.

Hier haben wir einen kurzen Vergleich erstellt, mit dem Sie herausfinden können, welche Technologie den größten Nutzen für Ihre Anwendung bietet. Subtraktive und additive Fertigung sind sehr breit gestreut, daher wird in diesem Leitfaden die allgemeine CNC-Bearbeitung mit dem FFF-Thermoplast-3D-Druck verglichen.

Prototypen für Büromöbel bei Steelcase
Prototypen für Büromöbel bei Steelcase

Prototyping

Wann wird die subtraktive Fertigung eingesetzt?

CNC-Maschinen können teuer sein und sind in der Regel für Produktionszwecke vorgesehen. Aufgrund der Einrichtungszeit und der notwendigen Aufsicht durch den Bediener erfordert die CNC-Bearbeitung im Prototypenbau einen eher handwerklichen Ansatz. Wenn die Maschinen jedoch schon verfügbar sind, ist die subtraktive Technologie aufgrund der hohen Präzision der Werkstücke eine passende Option. Es handelt sich um eine hervorragende Fertigungstechnologie, die jedoch aufgrund der Kosten und des Zeitaufwands für die Einrichtung zu aufwändig sein könnte.

Wann wird die additive Fertigung eingesetzt?

Der 3D-Druck wurde an erster Stelle für das Rapid Prototyping entwickelt, da CNC-Geräte entweder nicht verfügbar oder zu teuer waren. Obwohl einige subtraktive Technologien theoretisch schneller sind, bietet die additive Fertigung einen Vorteil, wenn es um die Anforderungen an Design und Kosteneffizienz geht. Viele Produktentwickler erstellen mehrere Iterationen eines Prototyps und drucken diese über Nacht, um sie am nächsten Tag zu testen. Darüber hinaus sind die Kosten deutlich niedriger als bei der subtraktiven Fertigung - vor allem, wenn es sich um Einzelstücke handelt.

Es ist immer wichtig, Geschwindigkeit, Qualität und Kosten zu vergleichen. Während die Produktion selbst mit CNC schneller ist als mit 3D-Druck, ist die Einrichtungszeit eine wichtige Überlegung und dauert im Vergleich zum 3D-Druck insgesamt länger. Tendenziell können mittels der subtraktiven Fertigung Bauteile von höherer Genauigkeit produziert werden, aber die additive Fertigung ist sicherlich die ideale Wahl, wenn es um Kosten und mehrere Iterationen geht.

Subtractive Fertigung Additive Fertigung
Geschwindigkeit
Qualität
Kosteneffizienz
Gesamt

Produktion

Wann wird die subtraktive Fertigung eingesetzt?

Wie bereits erwähnt, werden subtraktive Fertigungstechnologien wie CNC vorwiegend für die Serienproduktion eingesetzt. Das Einrichten einer CNC-Maschine erfordert die Bereitstellung von Rohmaterial, das Schreiben von G-Code, die Werkzeugeinrichtung und die Nachbearbeitung, sodass die Arbeitszeit im Vergleich zum 3D-Druck länger ist. Sobald die Maschine jedoch in Betrieb ist, ist sie wesentlich schneller unabhängig von der Größe der Werkstücke. Es ist immer wichtig, den die Stückkosten zu berücksichtigen, wenn es um einen Technologievergleich geht, aber in den meisten Fällen ist CNC ein großartiges Werkzeug für Produktionszwecke.

Wann wird die additive Fertigung eingesetzt?

Materialfortschritte in der additiven Fertigung haben zu beeindruckenden Produktionsanwendungen bei vielen Unternehmen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Konsumgüterbranche geführt. Zum Beispiel hat die Luftfahrtindustrie den 3D-Druck eingeführt, um leichtere Rahmen, Türen und Halterungen zu drucken, die die Vorteile des 3D-Drucks nutzen. Diese Vorteile ermöglichen die Produktion von hochkomplexen Designs, die traditionell mit CNC nicht möglich sind. Auch kundenspezifische Komponenten und Kleinserien sind mit dem 3D-Druck möglich. Die größte Einschränkung für die Großserienproduktion mit 3D-Druck ist jedoch nach wie vor die vergleichsweise hohe Fertigungsdauer für einzelne Bauteile.

Auto Restaurierung: 3D-gedruckte Auto-Mittelkonsole
JK Automotive hat diese Mittelkonsole für einen klassischen Ford Bronco mit dem 3D-Drucker hergestellt

Wenn Sie Unterstützung bei der Entscheidung brauchen, welche Technologie für Ihre Produktionsanwendung die richtige ist, empfehlen wir Ihnen ein Benchmarking für Ihr Werkstück, um eine Kosten- und Zeitanalyse durchzuführen. Dies hilft Ihnen, die technologischen und wirtschaftlichen Vorteile der subtraktiven oder additiven Fertigung besser zu verstehen. Es gibt viele Faktoren wie Größe, Menge, Zeit, Materialien und Nachbearbeitung, die berücksichtigt werden müssen. Wenden Sie sich an einen unserer Experten.

Grundsätzliche Überlegungen

Was ist der eigentliche Wert der subtraktiven Fertigung?

Neben dem Spritzgießen ist die subtraktive Bearbeitung die kostengünstigste Fertigungstechnologie für die Serienproduktion in der industriellen Welt. Sie ist seit Generationen ein bewährtes Verfahren. Es gibt keinen Maschinenbaubetrieb oder Fertigungsbetrieb, der die subtraktive Fertigung für Produktionszwecke nicht entweder selbst betreibt oder zuliefern lässt. Die große Verbreitung in der Industrie bedeutet, dass es einfacher ist, technisch kompetente Fachleute zu finden. Allein durch das schiere Volumen ist die subtraktive Fertigung von Natur aus leichter zugänglich.

Was sind die zusätzlichen Vorteile der additiven Fertigung?

Die grenzenlose Designfreiheit, die mit 3D-Druck möglich ist, ist mit keiner anderen Fertigungstechnologie vergleichbar. Die Fähigkeit, Material nach Bedarf aufzutragen, bereitet großen Innovationssprüngen und neuen technischen Lösungen den Boden. Komplette Getriebe, komplexe Luftströmungskanäle, Leichtbau mit Wabenstrukturen und viele weitere Anwendungen sind mit additiver Fertigung möglich. Sie ermöglicht es Ingenieuren, über den Tellerrand der traditionellen Fertigung hinauszuschauen und neue Wege zu finden, um bessere und leistungsfähigere Bauteile zu produzieren.

Fazit

Es gibt nicht die eine Antwort für die Frage nach der richtigen Fertigungstechnologie. Spritzgießen und CNC-Bearbeitung sind die kostengünstigsten Methoden der Massenproduktion, die der Industrie zur Verfügung stehen, während die Verbreitung des 3D-Drucks in den letzten zehn Jahren deutlich zugenommen hat. Neben anderen Variablen ist es wichtig, Größe, Menge, Funktionalität und Zweck zu vergleichen, um festzustellen, was für Sie am sinnvollsten ist.

Wenn Sie diese Frage je nach Branche angehen, sollten Sie Folgendes berücksichtigen: Die Konsumgüterindustrie erlebt ein massives Wachstum mit personalisierten Schuhen, Accessoires und Elektroartikeln durch den Einsatz von 3D-Druck. Die Automobil- und Transportbranche hat viel Zeit und Ressourcen investiert, um Anwendungen für Großformat-3D-Drucker zu identifizieren, um das Kleben, Schweißen von mehreren Einzelteilen und die in der Produktion erforderlichen Werkzeuge ersetzen zu können. Kundenspezifische 3D-Druck-Materialien mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften haben zu bedeutenden Fortschritten bei medizinischen Geräten und Anwendungen im Gesundheitswesen geführt. In welcher Branche sind Sie tätig?

Sprechen Sie mit einem Experten, um mehr darüber zu erfahren, wie Ihr Prototyping oder Ihre Produktion vom 3D-Druck profitieren kann.

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