تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC؛ کدام یک برای کسب‌وکار شما مناسب‌تر است؟
بسیاری از شرکت‌ها و تولیدکنندگان در تلاش‌اند تا بدانند میان پرینتر سه بعدی و دستگاه‌های CNC کدام را برای فرایند ساخت قطعات خود انتخاب کنند. پرینترهای سه‌بعدی با افزودن لایه‌به‌لایه ماده، راهی سریع و نوآورانه برای خلق قطعات پیچیده فراهم می‌کنند؛ درحالی‌که CNC با روش کاهشی (برداشت لایه‌لایه از قطعه خام) سال‌هاست به‌عنوان روشی دقیق و قابل اعتماد در صنایع مختلف استفاده می‌شود؛ اما تفاوت این دو فناوری چیست و هر یک در چه شرایطی بهترین کارایی را دارند؟ در ادامه ابتدا به بررسی ۱۰ تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC که بسیار کلیدی هستند، می‌پردازیم. با ما همراه باشید.
تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC
اما 10 تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC کدام‌اند؟
| معیار مقایسه | پرینتر سه‌بعدی | دستگاه CNC |
|---|---|---|
| نوع فرآیند ساخت | افزایشی (لایه‌لایه) | کاهشی (براده‌برداری) |
| دقت ابعادی و تلرانس | از ۰.۱ تا چند میلی‌متر | چند میکرون (۰.۰۰۵ میلی‌متر) |
| پیچیدگی هندسی | قابلیت ساخت اشکال پیچیده، توخالی و ارگانیک | محدودیت در ساخت اشکال پیچیده |
| مصرف و ضایعات مواد | ضایعات کم، مصرف بهینه مواد | ضایعات زیاد به‌صورت براده |
| سرعت تولید | زمان راه‌اندازی کوتاه، چاپ قطعات بزرگ زمان‌بر | زمان راه‌اندازی طولانی‌تر، تولید سریع‌تر در تیراژ بالا |
| مهارت موردنیاز | نیاز به مهارت کمتر برای راه‌اندازی و استفاده | نیاز به مهارت بالا در برنامه‌نویسی و اپراتوری |
| استحکام قطعات | استحکام کمتر در محور Z، وابسته به جنس مواد | استحکام بالا، قطعات یکپارچه و مقاوم |
| کیفیت سطح و پرداخت نهایی | نیاز به پرداخت سطحی پس از چاپ | سطح صاف و صیقلی، پرداخت نهایی بهتر |
| هزینه دستگاه و نگهداری | هزینه اولیه و نگهداری پایین‌تر | هزینه بالا در خرید و نگهداری |
| مقیاس‌پذیری و تیراژ تولید | مناسب برای نمونه‌سازی و تولید کم‌تیراژ | مناسب برای تولید انبوه و کاهش هزینه در تیراژ بالا |
نوع فرایند ساخت: افزایشی در برابر کاهشی
طبق گفته وب‌سایت roboze.com:
The main difference between CNC machining and 3D printing is in the nature of the technology: while CNC machining subtracts material from a billet to form a net shape part, 3D printing adds material, layer by layer. The difference in the nature of the process results in different outputs in the finished parts, as well as different possibilities in terms of geometry and precision requirements.
تفاوت اصلی بین ماشین‌کاری CNC و چاپ سه‌بعدی در ماهیت فناوری آن‌ها است: ماشین‌کاری CNC با حذف مواد از یک قطعه اولیه (بیلت)، قطعه نهایی را شکل می‌دهد، درحالی‌که چاپ سه‌بعدی با افزودن مواد به‌صورت لایه‌به‌لایه قطعه را می‌سازد. این تفاوت در ماهیت فرایند منجر به خروجی‌های متفاوتی در قطعات نهایی می‌شود و همچنین امکان‌پذیری‌های مختلفی از نظر هندسه و دقت موردنیاز فراهم می‌کند.
این مورد، اصلی‌ترین تفاوت بهترین پرینتر سه بعدی و CNC است.
دقت ابعادی و تلرانس
بسته به فناوری و برند پرینتر، دقت ابعادی در پرینت سه‌بعدی ممکن است از ۰.۱ تا چند میلی‌متر متغیر باشد. پرینتر سه بعدی رزینی SLA/DLP می‌توانند به دقت‌های بسیار بالا (در حد چند صدم میلی‌متر) برسند؛ اما ممکن است در محورهای مختلف کمی اختلاف داشته باشند.
در سمت دیگر، یک دستگاه CNC دقیق می‌تواند تلرانسی در حد چند میکرون (۰.۰۰۵ میلی‌متر) داشته باشد که برای صنایع حساس مثل هوافضا یا پزشکی ضروری است. البته بخشی از این دقت به کیفیت ابزار برش، شرایط دستگاه و مهارت اپراتور بستگی دارد.
اگر قطعه نهایی نیازمند تلرانس بسیار کم و سطح بسیار صاف است (مانند قطعات مکانیکی حساس)، CNC انتخاب اول خواهد بود؛ اما برای نمونه‌سازی سریع یا قطعاتی که دقت صددرصدی نمی‌خواهند، چاپ سه‌بعدی کفایت می‌کند.
پیچیدگی هندسی
نحوه کار پرینتر سه بعدی به‌دلیل افزایشی‌بودن فرایند، محدودیت‌های هندسی کمتری وجود دارد و با آن می‌توانید شکل‌های توخالی، ساختارهای شبکه‌ای، کانال‌های داخلی و طرح‌های ارگانیک را چاپ کنید که با CNC ساختشان دشوار یا زمان‌بر است.
اما با CNC برای ساخت اشکال پیچیده با ابزارهای برشی، گاهی نیاز به چند محور (۴ یا ۵ محور) دارید و حتی ممکن است نیاز به چندبار بستن قطعه در زوایای متفاوت باشد. حتی‌زدن برخی طرح‌ها ممکن است عملاً غیرممکن یا بسیار پرهزینه باشند.
بنابراین در بررسی تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC می‌توانیم بگوییم که اگر طراحی‌تان پُر از انحناها، سوراخ‌ها و فضاهای پنهان است، پرینتر سه‌بعدی کارتان را راحت‌تر می‌کند؛ ولی اگر قطعه‌ای ساده یا با فرم‌های بلوکی دارید، CNC هم مناسب است و هم بادوام.
مصرف و ضایعات مواد
در راه اندازی پرینتر سه بعدی فقط به‌اندازه‌ای که در مدل سه‌بعدی تعریف شده است، ماده مصرف می‌شود (به‌علاوۀ ساپورت احتمالی). این یعنی ضایعات کم. بنابراین برای برخی پروژه‌ها، هزینه مواد اولیه به‌شکل قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.
در CNC قطعه خام معمولاً بزرگ‌تر از قطعه نهایی است و حجم زیادی از آن در مراحل تراشکاری و فرزکاری تبدیل به براده می‌شود. اگر ماده مصرفی، به‌شکل فلزی یا گران‌قیمت باشد، این ضایعات می‌توانند هزینه زیادی ایجاد کنند.
در پروژه‌هایی که مادۀ اولیه گران است (مثلاً آلیاژهای ویژه)، پرینتر سه‌بعدی ممکن است اقتصادی‌تر باشد؛ اما اگر شرکت شما به‌صورت عمده به بلوک‌ها یا میل‌گردهای فلزی دسترسی دارد، شاید CNC همچنان مقرون‌به‌صرفه باشد.
سرعت تولید و زمان راه‌اندازی
زمان راه‌اندازی یا ستاپ اولیه پرینتر سه‌بعدی کم است. فقط کافی است فایل سه‌بعدی را در نرم‌افزار اسلایسر آماده و پرینتر را تنظیم کنید؛ اما چاپ قطعه (به‌خصوص اگر بزرگ باشد) می‌تواند ساعت‌ها یا روزها طول بکشد.
اما آماده‌سازی دستگاه CNC (تنظیم گیره‌ها، ابزارها و …) نسبتاً طولانی‌تر است، به‌خصوص برای قطعات پیچیده؛ ولی هنگامی که همه‌چیز ستاپ شد، براده‌برداری می‌تواند نسبتاً سریع انجام شود. در پروژه‌های تکراری با تیراژ متوسط تا بالا، CNC از نظر سرعت کل، کارآمدتر است.
اگر نمونه‌سازی (Prototype) با تیراژ کم و طراحی پیچیده دارید، پرینتر سه‌بعدی بهتر پاسخگوست. اگر قرار است صدها یا هزاران قطعه را با شکل ساده تولید کنید، CNC پتانسیل سرعت بالاتری دارد و نسبت به سرعت چاپ پرینتر سه بعدی بالاتر است.
مهارت اپراتور و برنامه‌نویسی
اغلب پرینترهای دسکتاپ نیاز به مهارت فنی بالایی ندارند. نرم‌افزارهای اسلایسر، فرایند طراحی را ساده می‌کنند؛ اما CNC نیازمند برنامه‌نویسی با G-code (گرچه نرم‌افزارهای CAD/CAM کار را آسان کرده‌اند)، تنظیم مسیرهای برش، انتخاب ابزارهای مختلف و درک رفتار دستگاه است. اپراتور باید با متغیرهایی مثل سرعت اسپیندل، نرخ پیشروی و خنک‌کننده‌ها آشنایی داشته باشد.
برای کارگاه‌های کوچک و استارتاپی که نیروی متخصص CNC در اختیار ندارند، شروع با پرینتر سه‌بعدی آسان‌تر است؛ اما در صنایع پیشرفته با مهندسان و تکنسین‌های مجرب، CNC نتایج حرفه‌ای و مهندسی بیشتری نشان می‌دهد.
استحکام و خصوصیات مکانیکی
قطعاتی که به روش لایه‌لایه با پرینتر سه‌بعدی ساخته می‌شوند، معمولاً در امتداد محور Z ضعیف‌ترند (به‌ویژه در روش FDM). اگرچه با رزین پرینتر سه بعدی یا افزودن الیاف (Continuous Fiber) استحکام بهتری به دست می‌آید؛ اما همچنان با قطعات یکپارچه فلزی CNC قابل‌قیاس نیستند (به‌خصوص از نظر ایزوتروپی یا همسانگردی).
در CNC، قطعات ماشین‌کاری‌شده از بلوک یا بیلت یکپارچه ساختاری ایزوتروپ دارند و با حفظ خواص ماده اصلی (فلز، پلاستیک یا چوب) ساخته می‌شوند. این به‌معنای استحکام بالاتر و قابلیت پیش‌بینی خواص مکانیکی است.
اگر قطعه باید فشار یا گرمای بالا را تحمل کند یا خواص مکانیکی بحرانی دارد، CNC گزینه‌ای مطمئن است. برای قطعات دکوراتیو یا کارکرد سبک، چاپ سه‌بعدی کفایت می‌کند.
کیفیت سطح و پرداخت نهایی
در بررسی تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC می‌توانیم بگوییم که مثلاً در پرینتر سه بعدی FDM، لایه‌های چاپ اغلب قابل‌مشاهده‌اند و برای رسیدن به سطح صاف باید عملیات پس‌پرداخت (سنباده‌زنی، پرداخت شیمیایی و …) انجام شود. در SLA/DLP رزینی هم سطح صاف‌تر است اما باز هم ممکن است نشانه‌های لایه‌بندی جزئی دیده شود.
اما در CNC می‌توان با ابزارهای مناسب، سطحی بسیار صاف و صیقلی ایجاد کرد. حتی گزینه‌های مختلفی مثل پولیش، آبکاری یا حکاکی روی قطعه وجود دارد تا به کیفیت ایدئال رسید.
اگر پروژه شما نیازمند سطح بصری عالی و دقیق است (مثلاً قطعات تزئینی فلزی یا بلوک‌های مکانیکی)، CNC بهتر است. در مواردی که کمی پرداخت نهایی قابل قبول است، چاپ سه‌بعدی به صرفه‌تر خواهد بود.
هزینه‌های دستگاه و نگهداری
مدل‌های دسکتاپ یا نیمه‌صنعتی پرینتر سه‌بعدی با هزینه معقول در دسترس‌اند. نگهداری و عیب‌یابی هم عمدتاً محدود به تعویض نازل، تمیزکاری محفظه و به‌روزرسانی نرم‌افزار است که پیچیدگی زیادی ندارد.
اما در CNC، قیمت خرید، نصب و نگهداری ماشین‌های CNC (خصوصاً مدل‌های ۵ محور یا پیشرفته) بسیار بالاست و این دستگاه‌ها نیاز به سرویس تخصصی و مهندسی دقیق دارند و اگر قطعه یا ابزار برش آسیب ببیند، هزینه جانبی قابل‌توجهی تحمیل می‌شود.
برای کسب‌وکارهای کوچک و خانگی، معمولاً چاپ سه‌بعدی به‌خاطر هزینه پایین‌تر شروع، گزینه بهتری است؛ ولی در تولید انبوه حرفه‌ای، سرمایه‌گذاری روی CNC ممکن است در درازمدت به‌صرفه‌تر باشد.
تیراژ تولید و مقیاس‌پذیری
در آخرین مورد از بررسی تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC می‌توانیم بگوییم که در پرینتر سه‌بعدی، هزینه ساخت هر واحد با افزایش تیراژ کاهش چندانی ندارد؛ چراکه هر قطعه باید به‌صورت جداگانه چاپ شود؛ بنابراین برای تولید انبوه، باید پرینترهای بیشتری داشته باشید یا زمان زیادی صرف پرینت مداوم کنید.
اما در CNC، زمانی که ستاپ دستگاه انجام شد، ساخت قطعات در تیراژ بالا سریع‌تر و ارزان‌تر می‌شود. به‌عبارتی هزینه ثابت برنامه‌نویسی و آماده‌سازی ابزار در تیراژ بالا تقسیم می‌شود و هزینه هر قطعه کاهش می‌یابد.
پس اگر قرار است تنها چند قطعه بزنید، چاپ سه‌بعدی مقرون‌به‌صرفه است؛ اما برای صدها یا هزاران قطعه، CNC از نظر اقتصادی ارجحیت دارد.
به نقل از سایت markforged.com درباره یکی از تفاوت های بارز پرینتر های سه بعدی و دستگاه سی ان سی:
Feature Size: Both CNC and 3D printing processes are constrained by tool size; in the case of CNC, the tool diameter dictates the smallest negative feature that can be created. In the case of 3D printing, however, the nozzle diameter dictates the smallest positive feature that can be produced. The nozzle diameter for extrusion-based 3D printers is typically between 0.25mm and 0.8mm, and the minimum feature size for those machines is 4 times that, resulting in a minimum feature size between 1.0mm and 3.2mm.
اندازه ویژگی: هم فرآیندهای CNC و هم چاپ سه‌بعدی با محدودیت اندازه ابزار مواجه هستند. در مورد CNC، قطر ابزار کوچک‌ترین ویژگی منفی قابل ایجاد را تعیین می‌کند. اما در چاپ سه‌بعدی، قطر نازل کوچک‌ترین ویژگی مثبت قابل تولید را مشخص می‌کند. قطر نازل در پرینترهای سه‌بعدی مبتنی بر اکستروژن معمولاً بین 0.25 میلی‌متر تا 0.8 میلی‌متر است و حداقل اندازه ویژگی برای این دستگاه‌ها 4 برابر قطر نازل است. در نتیجه، حداقل اندازه ویژگی در این دستگاه‌ها بین 1.0 میلی‌متر تا 3.2 میلی‌متر خواهد بود.
کدام یک برای کسب‌وکار شما مناسب‌تر است؟
با بررسی تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC متوجه شدید که اگر محصولتان طراحی پیچیده‌ای دارد، تیراژ تولید کم است و زمان نمونه‌سازی سریع را طلب می‌کنید، چاپ سه‌بعدی راهی عالی خواهد بود. این فناوری برای استارتاپ‌ها و شرکت‌هایی که می‌خواهند ایده‌هایشان را سریع به نمونه اولیه تبدیل کنند، بسیار جذاب است. همچنین اگر از متریال گران‌قیمت استفاده می‌کنید و می‌خواهید ضایعات کمتری داشته باشید، روش افزایشی پرینتر سه‌بعدی در صرفه‌جویی هزینه‌ها کمک فراوانی به شما می‌کند.
در نقطه مقابل، CNC با تضمین دقت فوق‌العاده، امکان تولید قطعات فلزی بسیار مستحکم با کیفیت سطحی عالی را فراهم می‌کند. در تیراژ بالا، هزینه نهایی قطعه بسیار کاهش می‌یابد و برای قطعات صنعتی که نیازمند تلرانس پایین و استحکام بالا هستند، CNC بهترین گزینه محسوب می‌شود. اگر کسب‌وکار شما در حوزه‌های حساس مهندسی مانند هوافضا، پزشکی یا خودروسازی فعالیت دارد، این روش امن‌تر خواهد بود.
بسیاری از صنایع حرفه‌ای از ترکیب این دو فناوری بهره می‌برند: ابتدا طرح‌های پیچیده یا بخش‌هایی از محصول را با چاپ سه‌بعدی می‌سازند و سپس برای دستیابی به تلرانس دقیق یا پرداخت خاص از CNC استفاده می‌کنند. به‌این‌ترتیب، می‌توان هم خلاقیت طراحی را آزاد کرد و هم به کیفیت صنعتی دست یافت!
سخن پایانی
در یک نگاه کلی، تفاوت پرینتر سه بعدی و CNC در رویکرد افزایشی در برابر کاهشی و همین‌طور نوع خروجی نهایی است. برای تصمیم‌گیری بهتر، ابتدا نیازهای پروژه و منابع در دسترس را بسنجید. گاهی چاپ سه‌بعدی در نمونه‌سازی و قطعات پیچیده بهتر عمل می‌کند و زمانی دیگر، CNC برای تولید انبوه و قطعات فوق‌العاده دقیق برتری دارد.
سوالات متداول
1- آیا پرینتر سه‌بعدی می‌تواند جایگزین CNC شود؟
خیر، هر دو فناوری کاربردهای متفاوتی دارند. پرینتر سه‌بعدی برای نمونه‌سازی سریع و طراحی‌های پیچیده مناسب است، اما CNC برای تولید انبوه و قطعات دقیق‌تر و مستحکم‌تر کاربرد دارد.
2- کدام‌یک برای ساخت قطعات فلزی بهتر است؟
CNC برای ساخت قطعات فلزی مناسب‌تر است، زیرا قطعات را از بلوک‌های فلزی برش می‌دهد و استحکام بیشتری دارد. پرینترهای سه‌بعدی فلزی هم وجود دارند اما هزینه بالایی دارند.
3- برای یک استارتاپ که تازه شروع به کار کرده است، کدام گزینه بهتر است؟
اگر هدف شما نمونه‌سازی و ساخت قطعات در تیراژ کم است، پرینتر سه‌بعدی گزینه بهتری است. اما اگر دقت بالا و تولید انبوه مدنظر باشد، CNC می‌تواند سرمایه‌گذاری بلندمدت بهتری باشد.
