3D-printen of CNC-bewerking: wat kiest u voor uw producten?

3D-printen bouwt een product laag voor laag op, door materiaal toe te voegen. CNC-bewerking vertrekt van een blok of staaf en neemt materiaal weg met snijgereedschap. Deze twee werkwijzen geven verschillende sterktes en beperkingen; zeven criteria helpen bij de keuze.

1. Het aantal

3D-printen heeft nauwelijks opstartkosten: geen gereedschap, een snelle bestandsvoorbereiding. De prijs van het eerste product ligt dicht bij die van het tiende. Bij verspanen zijn programmeren en instellen vaste kosten die met het aantal worden verdund (zie prijs van CNC-bewerking). Printen is dus voordelig voor een enkel product of enkele exemplaren, verspanen voor grotere partijen. Het omslagpunt heeft geen universele waarde: het hangt af van de grootte, de geometrie en de technologie. Vraag prijzen voor meerdere aantallen. Bij SLS of MJF verlaagt het vullen van een bouwvolume met veel producten de stuksprijs.

2. De geometrie

Printen maakt interne kanalen, roosterstructuren, organische vormen en het samenvoegen van meerdere onderdelen tot één mogelijk. Bij verspanen moet elk oppervlak met een gereedschap bereikt worden: geen gesloten holte, binnenradii bepaald door de frees, beperkte diepe uitsparingen. Printen heeft ook zijn beperkingen: steunen, overhangen, minimale wanddiktes, verwijdering van poeder of hars.

3. Het materiaal

Verspanen dekt een zeer breed scala aan metalen en technische kunststoffen, afkomstig van halffabricaten met bekende en certificeerbare eigenschappen. Printen biedt een smaller palet en de eigenschappen hangen af van het proces, de oriëntatie van het product en de nabewerking.

4. De toleranties

Verspanen houdt gewoonlijk nauwe toleranties aan op functionele oppervlakken. Rechtstreeks uit de printer vertonen producten ruimere afwijkingen, in de orde van een tiende tot enkele tienden van een millimeter, afhankelijk van technologie, grootte en materiaal. Kritieke aanlegvlakken, boringen en schroefdraad worden dan nabewerkt door verspaning. Zie bewerkingstoleranties.

5. De oppervlakteafwerking

Een bewerkt oppervlak is glad en regelmatig. Een geprint product draagt het spoor van zijn proces: lagen bij FDM, licht poederachtige korrel bij SLS of MJF, oppervlakteruwheid en steunsporen bij metaal. Nabewerkingen (schuren, stralen, kleuren, lakken, polijsten) verbeteren het uiterlijk.

6. De levertijd

Voor een enkel product is printen vaak sneller: geen CAM-programma, geen materiaal om aan te voeren. Het hangt echter af van de printtijd, die bij een groot product enkele uren kan bedragen, en van de nabewerking. Een eenvoudig bewerkt product kan even snel zijn; een complex product, dat lang duurt om te programmeren, kunt u beter printen.

7. De kosten

Printen wordt gefactureerd op basis van machinetijd (vaak gekoppeld aan de hoogte van het product of het ingenomen volume in de bouwruimte), verbruikt materiaal, steunen en nabewerking. Verspanen wordt gefactureerd op basis van cyclustijd, het volledige ruwe materiaal en vaste kosten. Een compact, massief product is vaak goedkoper bewerkt, een hol en complex product soms goedkoper geprint. Alleen een offerte geeft uitsluitsel.

De norm ISO/ASTM 52900 verdeelt de additieve fabricageprocessen in zeven families. In de praktijk dekken vijf technologieën het grootste deel van de aanvragen bij leveranciers van 3D-printen.

FDM (Fused Deposition Modeling)

Een gesmolten thermoplastisch filament wordt laag voor laag gedeponeerd: PLA, PETG, ABS, ASA, nylon, polycarbonaat, soms vezelversterkt. Voordelige technologie, geschikt voor grote producten en functionele prototypes. Beperkingen: zichtbare lagen, lagere sterkte tussen de lagen, matige nauwkeurigheid.

SLA en DLP (stereolithografie)

Een lichtgevoelige hars wordt uitgehard door laser of projector. Uitstekend detailniveau en glad oppervlak: showmodellen, maquettes, kleine nauwkeurige producten. Beperkingen: soms brosse harsen, veroudering onder uv, nabewerking (wassen, narijpen).

SLS (selectief lasersinteren)

Een laser sintert polyamidepoeder (PA12, PA11…). Het poeder ondersteunt het product: geen steunen, complexe geometrieën, veel producten per bouwvolume. Robuuste, functionele producten met een licht poederachtige korrel.

MJF (Multi Jet Fusion)

Technologie ontwikkeld door HP: polyamidepoeder wordt versmolten door middel van agents en infraroodenergie. Vergelijkbaar met SLS in gebruik, met goede mechanische homogeniteit en hoge productiviteit in kleine series. Producten zijn doorgaans grijs.

Metaal: SLM en DMLS

Een laser smelt een metaalpoeder (roestvast staal 316L, 17-4PH, aluminium AlSi10Mg, titaan Ti6Al4V, nikkellegeringen van het type Inconel). Deze benamingen liggen dicht bij elkaar. Geometrieën die niet te verspanen zijn: koelkanalen, gewichtsbesparing. Beperkingen: hoge kosten, te verwijderen steunen, restspanningen (vaak een spanningsarmgloeibehandeling), ruw oppervlak en aanlegvlakken die nabewerkt moeten worden.

Kies voor 3D-printen als…

• u snel een enkel product of enkele prototypes nodig hebt;
• de geometrie complex is (interne kanalen, roosters, monoblokproducten);
• het product op maat is of deel uitmaakt van een zeer kleine serie;
• de toleranties gematigd zijn of beperkt tot enkele oppervlakken die u nabewerkt;
• u meerdere ontwerpvarianten wilt vergelijken voordat u de definitie vastlegt.

Kies voor CNC-bewerking als…

• u nauwe toleranties en een goede oppervlakteafwerking eist op functionele oppervlakken;
• het materiaal nauwkeurig bepaald, certificeerbaar of hoogsterk moet zijn;
• het product compact en massief is, of in regelmatige serie wordt geproduceerd;
• u homogene en reproduceerbare mechanische eigenschappen zoekt;
• het product aan hoge belastingen, vermoeiing of temperatuur wordt blootgesteld en zijn sterkte gegarandeerd moet zijn.

De keuze is niet altijd binair. Meerdere combinaties benutten de sterktes van elk proces:

• Printen en daarna nabewerken door verspaning. Het product wordt geprint, waarna aanlegvlakken, boringen, schroefdraad en steunvlakken op maat worden bewerkt. Dit is gangbaar bij metaalprinten en vaak bij polymeren.
• Geprint prototype, bewerkte of gespoten serie. Printen valideert de vorm en de montage tegen lage kosten, daarna schakelt de serieproductie over op een voordeliger proces: zie van prototype naar serie.
• Geprinte mallen en hulpmiddelen. Geprinte controlemallen, boor- of positioneermallen en klemmen begeleiden de bewerkte fabricage.
• Hybride samenstelling. Een bewerkte, stijve en nauwkeurige basis neemt een complex geprint element op, dat lichter of verfijnder is.

Voor deze gevallen moet het dossier de functionele oppervlakken vermelden, die welke worden nabewerkt en de verwachte toleranties: een neutraal 3D-bestand en een gemaakte tekening voorkomen misverstanden.

Twijfelt u, dan is het het meest efficiënt concrete offertes te vergelijken. Beschrijf in uw aanvraag de functie van het product, het aantal, het gewenste materiaal en de kritieke toleranties, en vraag een prijsopgave voor elk overwogen proces. Op Meaflow is het plaatsen van een aanvraag gratis: meerdere leveranciers kunnen u hun offerte sturen, die u vergelijkt, waarna u via berichten overlegt met degenen die u interesseren. Uw tekeningen zijn alleen zichtbaar voor ingelogde leden.

Voor een betrouwbare prijsopgave vermeldt u in de aanvraag:

• de functie van het product en zijn omgeving (temperatuur, vochtigheid, uv, contact met stoffen);
• het aantal, met alternatieve staffels, en de gewenste levertijd;
• het beoogde materiaal of de gezochte eigenschappen;
• de kritieke toleranties, de oppervlakteafwerking en de eventuele kleur;
• de behoefte aan afwerking (schuren, lakken, behandeling) en aan verspaning na het printen.

Ontdek ook de leveranciers voor CNC-bewerking en 3D-printen, of de pagina prototyping als u een eerste exemplaar ter validatie nodig hebt.