Was sind die Unterschiede zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck?

3. April 2023

CNC-Bearbeitung und 3D-Druck sind schnelle, vielseitige und kostengünstige Technologien zur Herstellung von Prototypen und Endverbrauchsteilen. Wenn man die beiden jedoch im Detail studiert, gibt es viele kleine, aber wichtige Unterschiede. Wenn es um die Frage geht, welches für ein bestimmtes Teil verwendet werden soll, beginnt die Antwort normalerweise mit „Es kommt darauf an…“.

Bei der Herstellung eines Teils durch CNC-Bearbeitung beginnt der Prozess mit einem Vollmaterial (einem „Rohling“) und der Bearbeitungsprozess verwendet eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen, um nach und nach gemäß programmierten Werkzeugwegen Material abzutragen, um die erforderliche Geometrie zu erhalten. Die CNC-Bearbeitung wird als subtraktiver Prozess bezeichnet, da bei der Herstellung des Teils Material entfernt wird.

Im Gegensatz dazu wird beim 3D-Druck das Teil Schicht für Schicht aufgebaut. SLS erledigt dies mithilfe eines Hochleistungslasers, der ein feines Pulver verschmilzt, während SLA, PµSL, DLP und PolyJet Teile aus lichthärtenden Flüssigharzen (Photopolymeren) bauen. Der 3D-Druck wird daher als additives Verfahren bezeichnet.

Es wird manchmal gesagt, dass subtraktive Verfahren im Vergleich zu additiven Verfahren hinsichtlich der Materialausnutzung verschwenderisch seien. Abhängig von der Teilegeometrie kann dies zutreffen. Dennoch sind die Materialkosten bei den meisten Projekten, an denen wir beteiligt sind, nur einer von vielen Faktoren, die bei der Auswahl der Fertigungstechnologie berücksichtigt werden müssen, und es ist unwahrscheinlich, dass sie den Ausschlag geben.

Unabhängig davon, ob das Teil für einen Prototyp oder eine Endanwendung bestimmt ist, weiß der Designer, welche Materialeigenschaften erforderlich sind, und berücksichtigt dabei die funktionalen Anforderungen des Teils und seine Betriebsumgebung. Materialeigenschaften können oft ausschlaggebend für die Entscheidung sein, ob CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck zum Einsatz kommt – auch wenn dies bedeutet, dass die Teilegeometrie geringfügig geändert werden muss, um die Bearbeitbarkeit oder Druckbarkeit zu verbessern.

Wir verfügen über umfangreiche Lagerbestände der für die CNC-Bearbeitung am häufigsten verwendeten Materialien, nämlich Aluminiumlegierung der Güteklasse 6082, Edelstahl der Güteklasse 304 (A2), Edelstahl der Güteklasse 316 (A4), Acetal (POM, Delrin) und Acryl (PMMA). Zu den anderen Metallen, die wir häufig CNC-bearbeiten, gehören Kupfer, Messing, Phosphorbronze, Baustahl und Werkzeugstahl. Wir bearbeiten auch eine Vielzahl technischer Kunststoffe, von ABS, HDPE und Polypropylen bis hin zu PEEK und PTFE.

Darüber hinaus ermöglicht uns die Vielseitigkeit der CNC-Bearbeitung, nahezu jedes Vollmaterial wie Modellschaumstoffe, MDF und Werkzeugplatten zu beschaffen und zu bearbeiten.

Für den 3D-Druck gibt es Hunderte verschiedener Materialien auf dem Markt, wobei jede 3D-Drucktechnologie jedoch nur mit einer Teilmenge davon kompatibel ist. Darüber hinaus gibt es für jede Kombination aus Maschine und Material stets optimale Betriebsparameter. Um eine hohe Qualität und kurze Lieferzeiten gewährleisten zu können, haben wir ein Materialportfolio ausgewählt, das unserer Erfahrung nach die überwiegende Mehrheit der Anforderungen unserer Kunden erfüllt. Da wir Tausende von Teilen aus diesen Materialien hergestellt haben, wissen wir, wie wir das Beste aus ihnen herausholen.

Wir raten unseren Kunden, zu entscheiden, welche Eigenschaften das Teil haben muss, und dann zu prüfen, mit welcher 3D-Drucktechnologie Teile aus geeigneten Materialien hergestellt werden, wobei die Vor- und Nachteile der verschiedenen 3D-Drucktechnologien im Auge zu behalten sind.

Mit fünf hauseigenen Technologien und einer Materialauswahl für alle bis auf eine (wir verwenden in unseren SLS-Maschinen nur PA2200-Nylon) bieten wir ein sehr breites Spektrum an Materialeigenschaften für 3D-gedruckte Teile. Am einen Ende des Spektrums stehen starke, starre Materialien, während am anderen Ende Teile weiche, gummiartige Eigenschaften haben können.

Es ist erwähnenswert, dass fast jedes starre Material CNC-bearbeitet werden kann, weiche Elastomermaterialien jedoch nicht. Dies ist ein Bereich, in dem der 3D-Druck gegenüber der CNC-Bearbeitung einen Vorteil hat. Aber denken Sie daran, dass es für Elastomerteile noch eine andere Option gibt: Drucken Sie entweder ein Mastermodell per CNC-Maschine oder 3D und verwenden Sie es dann zum Vakuumgießen eines oder mehrerer Teile in einer weichen Formulierung aus Polyurethanharz.

Ein letzter zu beachtender Punkt bei Materialien ist die Frage, ob Isotropie wichtig ist. Wenn die Materialeigenschaften in allen drei Achsen einheitlich oder sehr ähnlich sein müssen, ist die CNC-Bearbeitung aus dem Vollen besser als 3D-Drucktechnologien wie SLS oder FDM. Die anderen von uns verwendeten 3D-Drucktechnologien, nämlich SLA, DLP, PµSL und PolyJet, weisen eine einigermaßen gute Isotropie auf, da das flüssige Harz stärkere Zwischenschichtbindungen (in der Z-Achse) bildet, als das Pulver erreicht, wenn es durch den Laser in SLS verschmolzen wird.

Einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks besteht darin, dass damit Teile hergestellt werden können, die einfach nicht aus dem Vollen bearbeitet werden können. Mit dem 3D-Druck können beispielsweise dreidimensionale Gitterstrukturen, Hohlräume und Teile wie Verteiler mit komplexen Innenkanälen hergestellt werden.

Designer gehen oft davon aus, dass Prototypenteile mit glatten, gekrümmten Oberflächen in 3D gedruckt werden müssen, aber das ist nicht der Fall. Dank CAD-, CAM- und CNC-Bearbeitungstechnologien können komplexe Oberflächen aus dem Vollen bearbeitet werden. Wenn jedoch sowohl die Innen- als auch die Außenflächen eine dreidimensionale Krümmung aufweisen, ist der 3D-Druck möglicherweise die bessere Option. Dies liegt daran, dass für die Bearbeitung beider Oberflächen möglicherweise eine Vorrichtung erforderlich ist, damit das Teil für die zweite zu bearbeitende Oberfläche positioniert und sicher gehalten werden kann. Die Herstellung der Vorrichtung erhöht den Zeit- und Kostenaufwand für das Projekt.

Ein weiterer zu beachtender Punkt ist, dass ein einzelnes Teil manchmal als zwei oder mehr Elemente CNC-bearbeitet werden kann, die dann durch Kleben oder mechanische Befestigungen verbunden werden. Dieser Ansatz kann nützlich sein, wenn bestimmte Toleranzen enger sein müssen, als dies beim 3D-Druck möglich wäre.

Wenn bestimmte Merkmale enge Toleranzen erfordern, können sie in ähnlicher Weise als kleines Element CNC-bearbeitet werden, das dann im 3D-gedruckten oder vakuumgegossenen Hauptkörper des Teils befestigt wird. Alternativ können kleine Merkmale mit der hochpräzisen PµSL-3D-Drucktechnologie hergestellt und dann in ein größeres Teil eingefügt werden, das mit einer anderen Technologie 3D-gedruckt wurde.

Wenn Kunden unsicher sind, ob sich die Geometrie eines Teils für die CNC-Bearbeitung oder den 3D-Druck eignet, können wir sie unvoreingenommen beraten, da wir beide Arten von Fertigungstechnologien im eigenen Haus haben. Darüber hinaus können wir aufgrund unserer Erfahrung in beiden Bereichen das Teiledesign des Kunden besprechen und Möglichkeiten vorschlagen, wie kleine Änderungen an der Geometrie es entweder für die CNC-Bearbeitung oder den 3D-Druck geeigneter (und kostengünstiger/schneller) machen könnten. Diese Zugeständnisse können oft gemacht werden, ohne die Funktion oder das äußere Erscheinungsbild des Teils zu verändern.

Die CNC-Bearbeitung ist in der Regel genauer als der 3D-Druck. Für CNC-bearbeitete Teile geben wir eine allgemeine Toleranz von ±0,1 mm an, während wir für 3D-gedruckte Teile ±0,5 mm angeben. Allerdings halten die CNC-Maschinen normalerweise viel engere Toleranzen als ±0,1 mm ein und Kunden können gerne mit uns sprechen, wenn sie besondere Toleranzen für kritische Merkmale benötigen.

Die CNC-Bearbeitung ist nicht nur genauer als der 3D-Druck, sondern auch die Konsistenz von Teil zu Teil ist viel besser, was wichtig sein kann, wenn kleine Chargen erforderlich sind.

Sowohl bei der CNC-Bearbeitung als auch beim 3D-Druck hängt die Genauigkeit in erheblichem Maße von der Teilegeometrie und dem Material ab.

Während wir für 3D-gedruckte Teile eine allgemeine Toleranz von ±0,5 mm angeben, bilden Teile, die mit der PµSL-Technologie erstellt wurden, eine wesentliche Ausnahme. Aufgrund der Auflösung (bis zu 10 µm) und der geringen Schichtdicke (5-40 µm) geben wir eine generelle Teiletoleranz von ±25 µm an. PµSL baut daher Teile mit sehr feinen Details, dünnen Wänden, scharfen Kanten und außergewöhnlich glatten Oberflächen.

Ein letzter zu beachtender Punkt zur Genauigkeit ist, dass wir je nach Geometrie ein Teil in 3D drucken und dann spezifische Details auf dem 3D-gedruckten Teil per CNC bearbeiten können. Das bedeutet, dass Kunden von den Vorteilen des 3D-Drucks profitieren und gleichzeitig enge Toleranzen bei kritischen Merkmalen genießen können.

Wir bieten einen Express-Lieferservice sowohl für die CNC-Bearbeitung als auch für den 3D-Druck an. Mit unseren Expressdiensten werden 3D-gedruckte Teile am nächsten Werktag versendet, während CNC-bearbeitete Teile innerhalb von drei Werktagen versandt werden. Dies deutet darauf hin, dass der 3D-Druck schneller ist, aber das ist nicht immer der Fall. Die Bearbeitungszeit hängt von der Teilegeometrie, der benötigten Menge und den Endbearbeitungsoptionen ab.

CNC-bearbeitete Teile weisen glatte Oberflächen mit deutlich sichtbaren Bearbeitungsspuren auf – ein Fingernageltest zeigt jedoch, dass die Oberflächen sehr glatt sind. Dreidimensionale Kurven oder Schrägen können je nach programmiertem Werkzeugweg ausgeprägtere Bearbeitungsspuren aufweisen. Bei Bedarf kann das Erscheinungsbild durch leichtes Perlenstrahlen oder Nachbearbeiten von Hand verbessert werden.

Mit der PµSL-Technologie 3D-gedruckte Teile weisen dank der hohen Auflösung und geringen Schichtdicke außergewöhnlich glatte Oberflächen auf. Allerdings können SLS-, SLA-, DLP- und PolyJet-Teile aufgrund des schichtweisen Aufbaus auf geneigten Flächen den „Treppeneffekt“ aufweisen. Bei Bedarf können Teile leicht perlgestrahlt oder von Hand nachbearbeitet werden, um eine glattere Oberfläche zu erhalten.

Manchmal braucht ein Teil kaum mehr als die Reinigung, insbesondere wenn es sich um einen funktionsfähigen Prototyp handelt. Im Großen und Ganzen hängt die Verfügbarkeit von Veredelungsoptionen mehr vom Material ab als davon, ob das Teil durch CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck hergestellt wurde. Einige Veredelungen können auf Teile angewendet werden, die mit beiden Technologietypen hergestellt wurden (z. B. Nasslackierung), für andere gelten jedoch größere Einschränkungen. Beispielsweise ist die SLS-Färbung nur für Teile aus PA2200-Nylon verfügbar, die mit SLS hergestellt wurden, während farbiges Eloxieren nur für Teile aus Aluminiumlegierung verfügbar ist, die CNC-bearbeitet werden müssen.

CNC-Bearbeitung und 3D-Druck sind beides vielseitige Technologien. Daher können sie für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, darunter Konzeptmodelle, visuelle Modelle und funktionale Prototypen sowie Endverbrauchsteile. Jedes Projekt muss im Hinblick auf Materialeigenschaften, Verarbeitung, Genauigkeit, Geschwindigkeit und Kosten berücksichtigt werden. In manchen Fällen besteht der beste Ansatz darin, CNC-Bearbeitung und 3D-Druck zu kombinieren, um ein Teil zu schaffen, das alle funktionalen und ästhetischen Anforderungen erfüllt.

Egal, ob Sie CNC-Bearbeitung oder 3D-Druck benötigen oder besprechen möchten, welches für Ihre Teile am besten geeignet ist, sprechen Sie mit unseren Experten unter der Rufnummer 01763 249760.