Sự khác nhau giữa gia công CNC và in 3D – Phần 1

Khi bạn muốn tạo một chi tiết mới, có hai phương pháp chế tạo bạn có thể lựa chọn: gia công CNC và in 3D. Mặc dù cả hai quy trình đều là các phương pháp sản xuất tiêu chuẩn ngày nay, nhưng mỗi quy trình đã và đang được phát triển để đáp ứng các nhu cầu khác nhau.

Vì vậy điều quan trọng là bạn phải biết phương pháp nào sẽ phù hợp nhất với nhu cầu của của mình.

Tổng quan về gia công CNC

Điều khiển số máy tính (CNC) là một loại sản xuất trừ (cắt bỏ đi phần vật liệu không cần thiết từ phôi ban đầu để tạo ra sản phẩm) phổ biến, có nghĩa là nó phay, khắc ra các chi tiết cần thiết từ các khối vật liệu lớn. MIT đã giới thiệu công nghệ này vào những năm 1950 và từ đó nó đã trở thành một phương pháp gia công chủ lực của ngành sản xuất. Vì lý do này, bạn cũng sẽ nghe mọi người gọi nó là phương pháp sản xuất truyền thống.Gia công CNC có thể tạo ra các chi tiết cứng vững và có kích thước chính xác. Nó có xu hướng sử dụng tốt nhất cho các chi tiết trong động cơ, máy móc cơ khí, máy bay và các lĩnh vực khác, nơi cần các bộ phận đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cao cả về kết cấu và thẩm mỹ. Gia công CNC cũng phổ biến trong các ngành công nghiệp như chế biến gỗ, chữ và khắc.

Làm thế nào để gia công CNC hoạt động?

Đầu tiên, một kỹ sư tạo ra một mô hình 2D hoặc 3D bằng cách sử dụng CAD hoặc phần mềm hỗ trợ máy tính. Sau đó, tệp CAD sẽ được “dịch” thành các hướng dẫn sử dụng chương trình gia công hỗ trợ máy tính (CAM). Khi các hướng dẫn được tạo, một chương trình xử lý sau đó sẽ chuyển đổi chúng thành các lệnh (thường là G-code) cụ thể và chuyển chúng sang máy CNC để thực thi.Quá trình này thường bắt đầu với một khối vật liệu, trong đó một loạt các dụng cụ cắt quay và lưỡi dao sắc cắt đi phần vật liệu không cần thiết. Một số máy CNC truyền thống cơ bản di chuyển dọc theo 3 trục X/Y/Z, trong khi các máy cao cấp hơn có 4 hoặc 5 trục. Động cơ bước hoặc servo đảm bảo các chuyển động sẽ chính xác.

Một số loại máy CNC phổ biến

Các máy phay CNC, sử dụng các công cụ cắt quay để điêu khắc các thành phần.Máy tiện CNC, làm quay vật liệu trên trục chính.Máy mài, cắt bằng lưỡi cắt mài mòn.Máy khoan, sử dụng mũi khoan quay để khắc vật liệu đứng yên.Router, cắt khắc các sản phẩm quy mô lớn từ gỗ, nhựa và kim loại tấm.Máy cắt plasma, sử dụng mỏ hàn plasma để cắt hình dạng hai chiều thành tấm kim loại.Máy cắt laser, là công cụ cắt mạnh mẽ tốt để cắt kim loại, nhựa và gỗ.Máy CNC thường liên quan đến việc sử dụng nhiều dao cụ, chẳng hạn như máy khoan và cưa, để thực hiện các vết cắt cần thiết. Máy CNC có thể kết hợp các dao cụ khác nhau thành các “cells” duy nhất để tối đa hóa hiệu quả. Hầu hết các máy CNC mới có hệ thống điều khiển hoàn toàn là điện tử.

Tổng quan về in 3D

In 3D là tên phổ biến cho khái niệm sản xuất “cộng”, dùng để chỉ các sản phẩm được hình thành từ dưới lên, thêm mỗi lần một lớp(layers) để tạo ra sản phẩm. In 3D được phát minh tại MIT vào cuối những năm 1980, nó đã tìm thấy những ứng dụng đầu tiên trong việc tạo mẫu. Nhưng sau đó các ứng dụng của nó đã mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác nhau.

In 3D được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực y tế, nơi nó có thể tạo ra các bộ phận, chân tay giả và các bộ phận cấy ghép. Ngành công nghiệp thực phẩm cũng đã sử dụng công nghệ này, sản xuất thực phẩm bằng cách ép chúng ra từng lớp. Các nghệ sĩ thường xuyên sử dụng nó để sản xuất tác phẩm nghệ thuật, và các nhà thiết kế thời trang sử dụng nó để tạo ra trang phục và đồ trang sức của họ.In 3D cũng có một số ứng dụng kỳ lạ. Mọi người có thể sử dụng nó để tạo ảnh tự sướng 3D và tạo các cấu trúc hình san hô để giúp sửa chữa các rạn san hô bị hư hỏng. NASA thậm chí đã phát triển một máy in 3D không trọng lực để sản xuất các bộ phận trên tàu vũ trụ của họ.

Làm thế nào để in 3D hoạt động?

Đầu tiên, một kỹ sư tạo ra một mô hình 3D bằng phần mềm CAD (Inventor, NX, PTC Creo, Solid works,…).

Một tùy chọn khác là sử dụng máy quét 3D, đây là thiết bị phân tích hình dạng và diện mạo của một vật thể 3D thực và tạo ra một mô hình số hóa từ nó.

Lựa chọn thứ ba là sử dụng phần mềm chỉnh sửa ảnh, giúp xây dựng các vật thể 3D chỉ bằng cách phân tích các bức ảnh.

Mô hình hoàn thành sau đó được phân tích lỗi, thường bao gồm các lỗ và các mặt giao nhau.

Sau đó, một chương trình được gọi là “máy cắt lát” chuẩn bị mô hình cho máy in 3D bằng cách biến nó thành một loạt các lớp 2D mỏng, tạo ra tệp mã G. Tập tin này bao gồm một bộ hướng dẫn để máy in thực hiện.

Tiếp theo, một máy in 3D đọc tệp mã G và đặt vật liệu xuống từng lớp một để tạo ra vật thể ba chiều. Cách máy in tạo ra các lớp này khác nhau, nhưng dưới đây là một số phương pháp phổ biến:

Mô hình đông cứng và hợp nhất, sử dụng sợi nhựa để sản xuất sản phẩm

Thiêu kết laser chọn lọc, hợp nhất bột kim loại bằng cách làm nóng chúng

Nóng chảy laser chọn lọc, hợp nhất bột kim loại bằng cách nấu chảy hoàn toàn các vật liệu

Kỹ thuật ảnh lập thể, sử dụng ánh sáng để tạo ra các chuỗi phân tử liên kết và tạo thành các polyme.

Tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của mô hình và phương pháp được sử dụng, quá trình in có thể kéo dài từ vài giờ đến vài ngày. Đôi khi công đoạn xử lý sau đó là cần thiết như một bước cuối cùng để hoan thiện. Các sản phẩm, chi tiết có thể cần phải được rửa, đánh bóng hoặc làm kín trước khi bất cứ ai có thể sử dụng nó.

Điểm tương đồng chính của In 3D so với Gia công CNC

Gia công CNC và in 3D có một vài điểm chung cơ bản:Chúng tạo ra các sản phẩm 3D dựa trên các mô hình 3D.Chúng làm như vậy bằng cách làm theo lệnh được “hướng dẫn” bởi máy tính.Chúng tương thích với các loại tệp STL và OBJ.Chúng đang đi đầu trong công nghệ chế tạo.Chúng là phương pháp chế tạo, sản xuất phổ biến ngày nay.Tuy nhiên, ngoài những điểm tương đồng cơ bản này, gia công CNC và in 3D đáp ứng phần lớn các nhu cầu khác nhau và mang lại những lợi ích khác nhau.

Sự khác biệt chính giữa In 3D và Phay CNC

Có một số yếu tố chính phân biệt hai quá trình.

Chất thải (phoi): Một trong những khác biệt chính trong sản xuất “cộng” và “trừ” là lượng chất thải mà chúng tạo ra. Bởi vì gia công CNC lấy đi vật liệu, cuối cùng nó tạo ra rất nhiều chất thải không thể tái chế.Như bạn có thể tưởng tượng, việc dọn dẹp vệ sinh có xu hướng khá khó khăn (đặc biệt với gia công gỗ). Tuy nhiên, máy in 3D chỉ sử dụng số lượng chính xác của vật liệu cần thiết để sản xuất chi tiết, do đó gần như không cần dọn dẹp sau đó. Máy in 3D cũng tạo ra ít tiếng ồn hơn vì chúng không rung trong quá trình vận hành.

Các loại tệp: Ngoại trừ hai định dạng tệp được đề cập ở trên, gia công CNC và in 3D sử dụng các loại tệp không tương thích với nhau.

Kích thước của các chi tiết: Với phay CNC, bạn có thể tạo ra nhiều kích cỡ khác nhau – từ các bộ phận nhỏ đến to như tủ lạnh. Nhưng với in 3D, các chi tiết bạn tạo ra không thể lớn hơn kích thước giới hạn của bàn in.Bạn có thể sản xuất các chi tiết, sản phẩm lớn bằng máy in 3D, nhưng nó sẽ liên quan đến việc phá vỡ sản phẩm thành các phần nhỏ hơn, in các phần đó một cách riêng biệt và sau đó lắp ráp chúng. Không cần phải nói, điều này tốn thêm một lượng lớn thời gian cho quá trình sản xuất.

Vật liệu sẵn có: Sản xuất CNC có thể làm việc với một loạt các vật liệu, chẳng hạn như hợp kim, kim loại, gỗ, acrylics, nhựa nhiệt dẻo và sáp. Ngược lại, máy in 3D hoạt động với số lượng vật liệu hạn chế hơn, sử dụng chủ yếu là nhựa, kim loại và polyme. Chúng không thể làm việc với các kim loại có điểm nóng chảy cao. Ngoài việc gia công được nhiều vật liệu, máy CNC cũng dễ dàng thích nghi để sử dụng vật liệu mới. Mặt khác, máy in 3D chỉ có thể hoạt động với một vật liệu.

Tốc độ: Một điểm khác biệt quan trọng khác giữa CNC và sản xuất bằng in 3D là tốc độ. Khi nói đến việc sản xuất hàng loạt một sản phẩm, gia công CNC nhanh hơn bởi vì nó liên quan đến một dây chuyền lắp ráp máy sản xuất từng chi tiết. Một máy in 3D duy nhất làm cho toàn bộ sản phẩm từ đầu đến cuối, điều này làm cho nó ít phù hợp hơn cho sản xuất quy mô lớn.

Sản xuất: Gia công CNC chính xác hơn, cung cấp độ chính xác cho tới micromet. Đó là bởi vì máy CNC có khả năng chịu nhiệt cao hơn. In 3D có lẽ còn lâu mới đạt được mức độ chính xác này.

Sai số lặp lại: Máy CNC luôn có thể tạo ra một sản phẩm theo cùng một cách mỗi lần.

Chất lượng: Do khả năng chịu nhiệt cao hơn, máy CNC tạo ra các sản phẩm có vẻ ngoài bóng bẩy hơn. Các vật liệu không bị biến dạng trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, các sản phẩm được tạo bởi máy in 3D có xu hướng uốn cong và bị cong vênh. Các đường lớp (layers) có thể được nhìn thấy, đặc biệt là xung quanh các vị trí đường cong.

Mặc dù một số máy in 3D hứa hẹn có độ chính xác cao, đôi khi chúng vẫn thất bại. Cả hai phương pháp sản xuất đều có những hạn chế hình học. CNC, chẳng hạn, có thể tạo ra những thành rất mỏng, nhưng in 3D có những hạn chế trong vấn đề này và kích thước của bộ phận đầu cuối của nó thường quyết định khả năng của nó.Mời bạn đọc đón đọc tiếp phần 2 đề cập tới Các yếu tố quyết định khi chọn loại hình sản xuất gia công CNC hay in 3D.