Nên chọn công nghệ gia công CNC hay công nghệ in 3D trong sản xuất nguyên mẫu
Khi nói đến công nghệ sản xuất, khó có công nghệ nào vượt qua được chất lượng và sự phổ biến của công nghệ gia công CNC và in 3D. Cả hai công nghệ này đều giúp công việc của các nhà sản xuất trở nên dễ dàng hơn, cho phép thiết kế phức tạp hơn và tối ưu hóa lợi ích tổng thể mà không phải trả thêm chi phí.
Tuy nhiên, câu hỏi vẫn là công nghệ nào sẽ là lựa chọn tốt hơn khi tạo mẫu sản phẩm? Cả hai công nghệ đều có giá trị riêng nhưng sự lựa chọn đúng đắn cho bạn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Bài viết này sẽ xem xét ngắn gọn về gia công CNC so với in 3D và thảo luận về một số yếu tố hoặc cân nhắc để xác định công nghệ nào phù hợp với bạn.
Sự khác biệt cơ bản giữa gia công CNC và in 3D
Trước khi đi sâu vào việc thảo luận về in 3D và gia công CNC, điều quan trọng là phải có hiểu biết cơ bản về cả công nghệ và quy trình sản xuất.
Sự khác biệt cơ bản giữa gia công CNC và in 3D là cách thức chúng tạo ra hình dạng cuối cùng của sản phẩm. Trong quy trình gia công CNC, bạn bắt đầu với một khối vật liệu và loại bỏ các phần vật liệu dư thừa để thu được hình dạng bạn cần. Còn đối với in 3D thì quá trình tạo ra sản phẩm lại bằng cách bổ sung thêm nhiều lớp vật liệu liên kết với nhau.
Ngoài sự khác biệt cơ bản này, có rất nhiều sự khác biệt khác giữa gia công CNC và in 3D. Các phần tiếp theo chúng ta sẽ xem xét ngắn gọn những vấn đề cơ bản của chúng.
In 3D là gì?
In 3D là một kỹ thuật sản xuất phổ biến hiện nay với tính linh hoạt cùng nhiều ưu điểm đáp ứng cho nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Bằng cách gắn kết các lớp vật liệu với nhau cho phép in 3D thiết kế linh hoạt, có thể chế tạo hầu như bất kỳ chi tiết nào. Hơn nữa, in 3D cũng là một phương pháp nhanh hơn và được khuyên dùng hơn để tạo mẫu nhanh cho các lô nhỏ sản phẩm vì nó tiết kiệm thời gian và chi phí hơn.
Một điều quan trọng khác về in 3D là nó có nhiều lựa chọn. Điều này có nghĩa là nó tự do hơn để lựa chọn giữa vật liệu, kỹ thuật, tốc độ, độ hoàn thiện, chi phí và các yếu tố kỹ thuật khác để có được kết quả chính xác mà bạn muốn cho một dự án.
Ngành công nghiệp hiện đại sử dụng nhiều phương pháp để thu được kết quả thuận lợi từ công nghệ in 3D. Tuy nhiên, các công nghệ in 3D sau đây là phổ biến nhất:
- BJ (Binder Jetting)
- LOM (Laminated Object Manuafacturing)
- EBM (Electron Beam Melting)
- SLM (Selective Laser Melting)
- SLS (Selective Laser Sintering)
- DLP (Digital Light Processing)
- SLA (Stereolithography)
- FDM (Fused Deposition Modeling)
Có một quan niệm sai lầm phổ biến về in 3D rằng nó chỉ giới hạn ở nhựa dẻo và các hợp chất tương tự khác. Tuy nhiên, thực tế bây giờ lại hoàn toàn khác. Ngày nay, kim loại, hợp chất sinh học, gốm sứ và các vật liệu khác cũng có thể in 3D, điều này làm tăng thêm tính linh hoạt tổng thể của công nghệ.
Quan niệm sai lầm liên quan đến việc sử dụng nhựa nhiệt dẻo chỉ xuất phát từ thực tế nó vẫn là vật liệu được sử dụng phổ biến nhất cho các ứng dụng in 3D. Một trong những cách sử dụng quan trọng nhất của công nghệ in 3D là tạo mẫu nhanh sản phẩm kiểm tra độ hoàn thiện của thiết kế. Nhựa nhiệt dẻo là một lựa chọn hoàn hảo cho điều đó vì chúng đóng rắn nhanh hơn và tương đối rẻ.
Vẫn còn một số hạn chế của công nghệ in 3D liên quan đến sản xuất số lượng lớn do các yêu cầu về chi phí và thời gian liên quan. Tuy nhiên, công nghệ này đang phát triển với tốc độ nhanh chóng và có nhiều tiềm năng cho các ứng dụng công nghiệp.
Gia công CNC là gì?
Gia công CNC là một quy trình tiên tiến giảm tải công việc gia công thủ công của con người. Máy CNC sử dụng máy tính để thực hiện các chuyển động cần thiết của dụng cụ cắt trên máy gia công và cho kết quả gia công chính xác nhất. Đối với CNC, quy trình bắt đầu từ mô hình CAD mà máy tính sử dụng để dịch sang mã G hoặc mã M. Các mã này là ngôn ngữ chuyên dụng mà máy CNC hiểu được để tạo ra hình dạng bạn mong muốn.
Ngoài độ chính xác tuyệt vời, một điều làm cho gia công CNC trở nên thuận lợi cho ngành công nghiệp là độ chính xác lặp lại, nếu bạn so sánh nó với phương pháp gia công thủ công truyền thống – phụ thuộc vào kỹ năng tổng thể của người vận hành. Hơn nữa, kết quả sẽ khác nhau rất nhiều vì người vận hành không thể thực hiện theo cùng một cách trong suốt cả ngày. Gia công CNC không gặp phải vấn đề đó vì máy tính có toàn quyền kiểm soát hệ thống và yêu cầu rất ít hoặc không cần con người nhập liệu.
Với máy CNC, bạn có thể trải nghiệm vô số lợi ích bắt đầu từ việc tăng hiệu quả đến tăng tốc độ sản xuất và giảm chi phí với rủi ro tối thiểu. Điều này làm tăng tính khả thi của công nghệ đối với bất kỳ doanh nghiệp nào và là một trong những lý do quan trọng nhất đằng sau sự chấp nhận trên toàn cầu của nó.
Gia công CNC và in 3D: 10 cân nhắc trước khi lựa chọn một trong hai
Một trong những quyết định quan trọng nhất mà bất kỳ nhà thiết kế sản phẩm hoặc kỹ sư nào đưa ra trước khi bắt đầu sản xuất là khi chọn phương pháp pháp sản xuất cho sản phẩm. Điều bắt buộc là phải tìm ra sự cân bằng hoàn hảo giữa chi phí, tốc độ và độ chính xác để có hiệu suất tốt nhất và lợi nhuận tối đa. Nếu sản phẩm nghiêng về một tham số mà bỏ qua tham số khác, thì kết quả cuối cùng sẽ khác xa với những gì bạn cần. Đó là lý do tại sao giai đoạn thiết kế cần rất nhiều nguồn lực vì bạn sẽ cần phải cân bằng cả yếu tố kỹ thuật và tổng chi phí.
Khi quyết định giữa gia công CNC và in 3D, có rất nhiều cân nhắc bên cạnh những hạn chế về tốc độ, thời gian và chi phí. Dưới đây là một số cân nhắc quan trọng nhất đối với bất kỳ doanh nghiệp nào quyết định giữa hai công nghệ này.
Vật liệu
Đây là thứ đầu tiên bạn cần phải cân nhắc, và có lẽ là quan trọng nhất vì vật liệu vẫn là hạn chế công nghệ lớn nhất đối với in 3D. Như đã nêu trước đây, ngày nay có thể in 3D với các vật liệu khác nhau, từ kim loại đến ceramic. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hạn chế khi nói đến các đặc tính cơ học tổng thể trên sản phẩm của bạn.
Ví dụ, các bộ phận kim loại được in 3D không có độ bền mỏi cao và như vậy cũng có thể cần xử lý nhiệt nhiều trước khi chúng sẵn sàng cho việc sử dụng. Điều này có thể khiến tổng chi phí tăng vọt và khiến quy trình sản xuất không khả thi đối với doanh nghiệp của bạn. Gia công CNC sẽ là lựa chọn tốt hơn trong vấn đề này vì nó có thể xử lý kim loại nhanh chóng và không cần xử lý nhiệt.
Trái ngược với ví dụ trên, có nhiều vật liệu mà in 3D cũng sẽ là lựa chọn tốt hơn. Cuối cùng, tất cả phụ thuộc vào các sản phẩm cụ thể của dự án và bạn phải quyết định trong khi xem xét tất cả các yếu tố liên quan.
Khối lượng sản xuất
Đây là một cân nhắc quan trọng khác để xác định quy trình sản xuất phù hợp với bạn. Ngành công nghiệp sản xuất đã dựa vào khái niệm kinh tế theo quy mô trong thời gian dài nhất. Điều này có nghĩa là bạn sản xuất càng nhiều bộ phận, hoạt động sản xuất của bạn sẽ càng tiết kiệm chi phí. Ngày nay, cả máy CNC và máy in 3D đều đóng vai trò quan trọng trong sản xuất số lượng lớn.
Một mặt, các máy CNC tự động tạo ra chi tiết cần thiết với đầu vào tối thiểu của con người trong khi làm việc 24/7. Mặt khác, in 3D là một lựa chọn phổ biến để tạo nguyên mẫu và thậm chí cả khuôn phức tạp để sản xuất số lượng lớn hơn bằng các phương pháp như đúc. Tuy nhiên, nếu sản xuất số lượng lớn là yếu tố quyết định, thì hầu hết đều sử dụng gia công CNC vì chi phí chung và ít các quy trình phức tạp liên quan.
Kích thước sản phẩm
Một cân nhắc cần thiết khác trong khi quyết định giữa gia công CNC và in 3D là kích thước của sản phẩm. Nói chung, máy CNC có thể xử lý các sản phẩm lớn hơn do kích thước của chúng. Máy in 3D có quá nhiều chi phí liên quan khiến việc vượt quá một kích thước nhất định là không khả thi. Trong trường hợp này, cách tiếp cận tốt nhất là xem xét các chi tiết cụ thể của dự án. Tuy nhiên, nguyên tắc chung rằng CNC là lựa chọn tốt hơn cho các sản phẩm lớn hơn vẫn đúng trong hầu hết các trường hợp.
Độ phức tạp của thiết kế
Đây là trường hợp mà máy in 3D tỏa sáng. Vì chúng phát triển trực tiếp từ mô hình CAD nên hầu như không có thiết kế nào mà máy in 3D không xử lý được. Gia công, dù là thiết kế truyền thống hay CNC đều cần rất nhiều thông tin đầu vào từ các chuyên gia để đảm bảo rằng không có vấn đề nào đối với chuyển động của dụng cụ cắt. Do đó in 3D có thể thực hiện được rất nhiều thiết kế phức tạp.
Mặt khác, in 3D không chỉ không có hạn chế trong độ phức tạp của thiết kế. Nó cũng vượt trội hơn để xử lý các thiết kế rỗng hay các mô hình khác mà các kỹ thuật sản xuất khác không thực hiện được.
Độ chính xác kích thước
Độ chính xác bạn cần về kích thước trên sản phẩm cũng sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn kỹ thuật sản xuất phù hợp. Cả máy CNC và máy in 3d đều khá chính xác và mang lại kết quả nhất quán. Tuy nhiên, máy CNC vẫn phụ thuộc vào đầu vào ban đầu từ người vận hành và mã G/M. Máy in 3D không có vấn đề đó và cung cấp cho bạn kết quả nhất quán. Tuy nhiên, sự khác biệt của chúng là khá nhỏ và không đáng kể đối với hầu hết các ứng dụng phổ biến. Do đó, CNC và in 3D đứng vững trong vấn đề này.
Độ hoàn thiện bề mặt
Đây là một yếu tố mà máy CNC sẽ giành chiến thắng. Với các điều kiện thích hợp, máy CNC sẽ mang lại bề mặt chất lượng tốt hơn khi so sánh với máy in 3D.
Lý do chính đằng sau sự khác biệt là máy in 3D được thiết kế cho các nguyên mẫu và các bộ phận cần xử lý thêm. Máy CNC được sản xuất để tạo ra những sản phẩm cuối cùng chuẩn bị đưa ra thị trường nên khả năng hoàn thiện bề mặt của chúng cũng cao hơn rất nhiều.
Tốc độ
Nói chung, máy CNC có thể cắt ra các mảnh nhanh hơn nhiều so với máy in 3D. Tuy nhiên, thời gian tổng thể không chỉ phụ thuộc vào tốc độ cắt. Thời gian bắt đầu của máy và các yêu cầu tiền xử lý khác, cùng với các yếu tố khác xác định tốc độ tổng thể của quy trình. Kích thước cũng đóng một phần. Nguyên tắc chung là đối với các chi tiết nhỏ hơn, máy in 3D là một lựa chọn nhanh hơn vì chúng bắt đầu tạo ra chi tiết ngay lập tức. Tuy nhiên, CNC là lựa chọn phù hợp cho các sản phẩm lớn hơn.
Yêu cầu hậu xử lý
Nói chung, các máy CNC cung cấp một sản phẩm đã sẵn sàng 100% cho thị trường. Máy in 3D có một chút khác biệt. Các ứng dụng phổ biến của chúng liên quan đến tạo mẫu hoặc hỗ trợ tạo khuôn mẫu. Đối với cả hai trường hợp, bề mặt nhám hoạt động tốt. Nếu không, bạn sẽ phải xử lý thêm chi tiết trước khi nó sẵn sàng cho bất kỳ ứng dụng nào khác.
Ngoài ra, các thành phần in 3D kim loại thậm chí còn có một yêu cầu khác về xử lý nhiệt. Do cách thức hoạt động của in 3D, sản phẩm được phát triển không có nhiều đặc tính về độ bền mỏi và tác động. Xử lý nhiệt cho phép cấu trúc bên trong thiết lập tốt hơn và mang lại hiệu suất tốt hơn. Tuy nhiên, nó vẫn không hoạt động tốt như các sản phẩm gia công CNC.
Thân thiện với môi trường
Cả gia công CNC và in 3D đều có thể hoạt động với rất nhiều loại vật liệu. Quy trình CNC thường không chứa các vật liệu độc hại trong khi máy in 3D sử dụng nhiều nhựa nhiệt hơn để tạo mẫu. Nếu được sử dụng đúng cách, chúng có thể là một cách tuyệt vời để tái chế nhựa mà nếu không sẽ được lưu hành trong thời gian dài nhất. Do đó, tùy thuộc vào ứng dụng và cam kết của bạn đối với môi trường, cả in CNC và in 3D đều có thể là những lựa chọn thân thiện với môi trường.
Ngân sách sản xuất
Cả gia công CNC và in 3D đều có một số chi phí liên quan. Đối với các sản phẩm nhỏ dùng một lần, máy in 3D là lựa chọn tốt nhất. Tuy nhiên, sản xuất số lượng lớn đòi hỏi hoạt động nhất quán và CNC là lựa chọn tốt hơn cho việc này.
Hãy xem xét ví dụ về một chiếc ô tô để hiểu rõ hơn về nó. Bạn sẽ cần các yếu tố kỹ thuật và chất lượng tốt nhất. Tương tự như vậy, việc tìm kiếm các giải pháp có chi phí thấp hơn do sự cạnh tranh trên thị trường và các nguyên tắc cơ bản về tính khả thi của doanh nghiệp là điều cần thiết. Nói về cạnh tranh, điều không thể thiếu là quy trình bạn chọn phải đủ nhanh. Nếu bạn đang tạo ra một đơn vị sản phẩm trong khi đối thủ của bạn tạo ra 10 đơn vị sản phẩm trong cùng một khung thời gian, doanh nghiệp của bạn sẽ tự nhiên bị mất doanh thu do chi phí cơ hội.
Dù bạn chọn gì, cả hai trường hợp đều cần vốn và chi phí hoạt động đáng kể. Đối với các sản phẩm nhỏ hơn, in 3D tiết kiệm chi phí hơn. Tuy nhiên, giải pháp thay thế có thể đúng khi bạn tăng yêu cầu sản xuất hoặc giảm thời gian cần thiết.
Điểm tương đồng chính giữa In 3D và Gia công CNC
Đương nhiên, cả in 3D và gia công CNC đều là những công nghệ hoàn toàn khác nhau với các ứng dụng và trọng tâm riêng biệt. Tuy nhiên, có một điểm tương đồng rất lớn giữa chúng. Cả gia công CNC và in 3D đều bắt đầu từ mô hình CAD. Đối với CNC, mô hình đóng vai trò là tham chiếu cho mã G/M trong khi máy in 3D sử dụng mô hình này trực tiếp để bắt đầu in ra các lớp vật liệu tạo nên bộ phận hoặc sản phẩm cuối cùng.
Gia công CNC có tốt hơn In 3D không?
Bất kỳ ai liên quan đến lĩnh vực sản xuất đều biết rằng không có giải pháp duy nhất nào giải quyết được tất cả các vấn đề sản xuất của bất kỳ ngành nào.
Cả CNC và in 3D đều là những giải pháp khả thi cho nhiều vấn đề về sản xuất nhưng gần như không thể tuyên bố cái này là cái thay thế tốt hơn cái kia. Cả hai công nghệ đều có những ưu điểm và nhược điểm để cuối cùng xác định công nghệ nào là lựa chọn thay thế tốt hơn cho bạn.
Chẳng hạn, hãy xem xét ví dụ về máy in 3D. Chúng cung cấp tính linh hoạt tuyệt vời và có thể tạo ra ngay cả những đối tượng phức tạp nhất. Tuy nhiên, chi phí cho mỗi sản phẩm mà nó tạo ra vẫn giữ nguyên cho dù bạn tạo bao nhiêu sản phẩm. Mặt khác, công nghệ CNC cho phép bạn đạt được hiệu quả kinh tế theo quy mô, điều này có thể giảm đáng kể chi phí tổng thể của bạn.
Tương tự như vậy, có vô số ví dụ khác mà cả in 3D và CNC đều có thể hoàn thành công việc nhưng bạn sẽ phải đưa ra lựa chọn bằng cách xem xét thời gian, ngân sách và các yếu tố kỹ thuật khác để chọn công nghệ tốt hơn giữa CNC và in 3D.
