DMLS vs Usinagem CNC para Peças Metálicas: Um Guia Completo

Ao criar peças metálicas de alto desempenho, Os engenheiros dispõem de duas tecnologias dominantes. Eles podem começar com um bloco sólido de metal e esculpir para dar forma, Ou eles podem montar a peça do zero, Camada por camada microscópica, de uma cama de pó metálico fino. Esses dois métodos — usinagem CNC subtrativa e impressão 3D aditiva DMLS — representam abordagens fundamentalmente diferentes para a manufatura. A escolha entre eles é uma das decisões mais críticas no desenvolvimento de produtos, impactando a geometria de uma peça, Desempenho, custar, e tempo de espera.

A diferença fundamental é que a usinagem CNC é um processo subtrativo que corta material de um bloco sólido, enquanto o DMLS é um processo aditivo que constrói uma peça camada por camada fundindo pó metálico com um laser. CNC se destaca em precisão e resistência para projetos tradicionais. O DMLS se destaca na criação de geometrias complexas que são impossíveis de maquinar.

Como parceiro especialista em fabricação, com capacidades internas tanto em usinagem CNC avançada quanto em Sinterização Direta a Laser de Metais (DMLS), A GD-Prototyping fornece este guia abrangente. Vamos explorar os detalhes técnicos, Pontos fortes, e limitações de cada processo. Isso vai te capacitar a tomar uma decisão informada para a sua aplicação específica.

Entendendo a Usinagem CNC: O Padrão Subtrativo

CNC (Controle Numérico por Computador) A usinagem é o padrão para a fabricação de metais de precisão. É um processo subtrativo, ou seja, cria uma forma final ao remover material de um pedaço maior de material, conhecido como billet. É renomado por sua precisão, Repetibilidade, e capacidade de produzir peças com excelentes propriedades mecânicas.

Como a usinagem CNC cria peças metálicas?

O processo começa com um modelo CAD 3D da peça final. Um programador de CAM usa esse modelo para gerar trajetórias de ferramentas, que então são convertidos para o código G. Esse código direciona cada movimento da máquina CNC.

1. Um bloco sólido de metal é fixado firmemente na máquina.
2. Uma ferramenta de corte (Como uma fresa de extremidade ou uma broca) é carregado no eixo da máquina.
3. O eixo gira em alta velocidade, e a máquina move com precisão a ferramenta ou a peça ao longo de múltiplos eixos.
4. A ferramenta de corte remove o material sistematicamente, Esculpindo a forma final no bloco sólido.
5. Esse processo continua, às vezes com múltiplas trocas de ferramentas, até que a parte da forma líquida esteja completa.

Principais Características das Peças Usinadas por CNC

Peças produzidas por usinagem CNC são valorizadas por suas propriedades superiores de material e precisão.

• Força Excelente: Porque a peça é esculpida em um sólido, tarugo de metal forjado, ele mantém a estrutura original dos grãos e a resistência do material. Isso geralmente resulta em mais fortes, Peças mais duráveis em comparação com métodos aditivos.
• Tolerâncias Rigorosas: A usinagem CNC é um processo extremamente preciso. Ele pode alcançar tolerâncias dimensionais muito rígidas, frequentemente dentro de alguns centésimos de milímetro.
• Acabamento Superficial Liso: O processo pode produzir um acabamento superficial muito liso e consistente diretamente da máquina, que pode ser ainda melhorado com um polimento leve.

Materiais Comuns de CNC

Uma grande vantagem da usinagem CNC é sua compatibilidade com uma vasta gama de materiais de engenharia bem compreendidos.

• Ligas de alumínio: (Por exemplo,, 6061, 7075) para um grande equilíbrio de força, peso, e custo.
• Aços inoxidáveis: (Por exemplo,, 304, 316, 17-4 PH) para resistência e resistência à corrosão.
• Ligas de Titânio: (Por exemplo,, Ti-6Al-4V) por uma relação força-peso excepcional e biocompatibilidade.
• Superligas: (Por exemplo,, Inconel) para aplicações em alta temperatura.

As Limitações do Acesso às Ferramentas

A restrição central de qualquer processo subtrativo é o acesso à ferramenta. A ferramenta de corte precisa de um dispositivo direto, linha física de visão para a superfície que está usinando. Isso torna impossível criar características internas complexas, canais profundos e estreitos com cantos afiados, ou estruturas de treliça fechadas.

Entendendo o DMLS: O Inovador Aditivo

Sinterização Direta a Laser de Metais (DMLS), também conhecido como Fusão Seletiva a Laser (Acima do nível do mar), é uma tecnologia de manufatura aditiva por fusão em leito de pó. Ele constrói peças metálicas do zero, Camada por camada. Essa abordagem redefine completamente o que é possível em termos de complexidade geométrica.

Como o DMLS imprime peças metálicas em 3D?

O processo DMLS ocorre dentro de uma câmara de construção selada preenchida com um gás inerte para evitar oxidação.

1. Uma lâmina recoater espalha uma camada extremamente fina de pó metálico fino (tipicamente 20-60 Mícrons) sobre uma plataforma de construção.
2. Um poderoso, Laser de fibra de alta precisão, guiados por um conjunto de espelhos de varredura, traça a primeira seção transversal do modelo 3D na cama de pólvora.
3. A energia intensa do laser derrete completamente e funde as partículas de pó metálico, criando uma camada sólida.
4. A plataforma de construção diminui a espessura de uma camada, e a lâmina de recoato aplica uma nova camada de pólvora.
5. O processo se repete por milhares de camadas, fundindo cada nova camada à que está abaixo, até que a parte final esteja totalmente formada dentro da cama de pólvora.

Principais Características das Peças DMLS

As peças DMLS são conhecidas por suas geometrias complexas e boas propriedades mecânicas.

• Liberdade de Design Incomparável: O DMLS pode produzir peças com canais internos intrincados, Formas orgânicas, e estruturas de rede otimizadas que são impossíveis de fabricar com qualquer outro método.
• Força Boa: As propriedades das peças DMLS são semelhantes às de uma peça de metal fundido. Embora normalmente não seja tão resistente quanto uma peça forjada de CNC, Eles são totalmente densos e adequados para aplicações funcionais exigentes.
• Peças quase em formato líquido: O processo constrói a peça até sua forma quase final, o que pode reduzir significativamente o desperdício de material em comparação com a usinagem de uma peça complexa a partir de um bloco grande.

As Etapas Críticas de Pós-Processamento

As peças DMLS exigem várias etapas obrigatórias de pós-processamento.

1. Alívio do Estresse: Os intensos ciclos de aquecimento e resfriamento do processo criam tensões internas na peça. Toda a base deve ser tratada termicamente em um forno para aliviar essas tensões e evitar empenamento.
2. Remoção de Suporte: Peças DMLS requerem estruturas de suporte para ancorá-las à placa de construção e suportar características salientes. Esses suportes são de metal sólido e devem ser removidos usando eletroeletrodulação por fio, Usinagem CNC, ou ferramentas manuais.
3. Acabamento de Superfície: A superfície impressa de uma peça DMLS é rugosa e fosca. Frequentemente requer processamento secundário, como jateamento de esferas, Caindo, ou usinagem de precisão para alcançar um acabamento liso ou tolerâncias apertadas.

Materiais Comuns do DMLS

O DMLS trabalha com uma gama crescente de pós metálicos soldáveis.

• Aço inoxidável (316eu): Excelente para resistência à corrosão e biocompatibilidade.
• Alumínio (AlSi10Mg): Uma liga leve, boa para prototipagem e trocadores de calor.
• Titânio (Ti64): A escolha principal para alta resistência, leve, e partes biocompatíveis.
• Inconel (IN718): Uma superliga de níquel usada para aplicações de alta temperatura e alta tensão na indústria aeroespacial e de energia.

A Comparação Aprofundada: DMLS vs. CNC Cabeça a Cabeça

A decisão entre DMLS e usinagem CNC envolve uma análise detalhada de vários trade-offs-chave.

Liberdade Geométrica: O Fator Decisivo

Essa é a diferença mais significativa. O DMLS se destaca em complexidade geométrica. Ele pode criar peças com características simplesmente impossíveis de alcançar para uma ferramenta de corte. Isso inclui:

• Canais internos complexos de resfriamento para resfriamento conformal em ferramentas de molde.
• Otimizado para topologia, formas orgânicas que minimizam o peso enquanto maximizam a resistência.
• Fim, Estruturas de rede intrincadas para implantes médicos ou leveirização.

A usinagem CNC é limitada pelo acesso à ferramenta. Contudo, para recursos acessíveis, É extremamente preciso. É a escolha superior para furos de alta precisão, Superfícies planas de vedação, e características prismáticas.

Propriedades Mecânicas e Resistência das Peças

Peças usinadas CNC geralmente são mais resistentes do que as peças DMLS feitas da mesma liga. Isso porque o CNC começa com um tarugo metálico forjado que tem um tarugo uniforme, Estrutura de grãos forjados. As peças DMLS possuem uma microestrutura mais parecida com uma fundição de alta qualidade, o que pode resultar em resistência à tração e propriedades de fadiga ligeiramente menores. Partes do DMLS também podem apresentar alguma anisotropia, ou seja, a força deles pode variar um pouco dependendo da direção da construção (X, Y vs. Z).

Tolerâncias e Precisão

A usinagem CNC é a clara vencedora em precisão. Uma máquina CNC de 5 eixos de alta qualidade pode manter tolerâncias dimensionais uma ordem de magnitude mais rígidas do que o que é possível com DMLS na impressora. Enquanto o DMLS pode produzir peças precisas, alcançando tolerâncias muito rigorosas (mais apertado que +/- 0.1 milímetro) quase sempre requer uma etapa secundária de usinagem em características críticas.

Acabamento de Superfície

A usinagem CNC produz um acabamento superficial muito mais suave. Um acabamento usinado padrão é significativamente mais liso do que o melhor acabamento DMLS impresso possível. As peças do DMLS têm um rough, Textura fosca devido à natureza das partículas de pó fundidas. Se um liso, polido, ou é necessária uma superfície de atrito muito baixo, uma peça DMLS precisará de pós-processamento extenso.

Velocidade e Tempo de Entrega

A resposta depende muito da complexidade da peça e da quantidade.

• Para um single, Protótipo altamente complexo, O DMLS pode ser frequentemente mais rápido. A máquina pode começar a construir diretamente a partir do arquivo CAD com programação mínima. Uma peça CNC pode exigir programação extensa e criação personalizada de dispositivos.
• Para peças mais simples ou qualquer quantidade de produção, A usinagem CNC é dramaticamente mais rápida. As taxas de remoção de material de uma máquina CNC são muito maiores do que as taxas de fabricação de uma máquina DMLS.

Resíduos Materiais e Sustentabilidade

O DMLS é um processo mais eficiente em termos de uso de materiais. Ele usa apenas o pó necessário para a peça e seus suportes. O pó não utilizado na câmara de construção pode ser reciclado na próxima construção. A usinagem CNC é um processo subtrativo e pode ser um desperdício para peças complexas, às vezes girando mais do que 90% de um bloco caro de titânio em chips. Contudo, Esses chips são altamente valiosos e quase sempre são coletados e reciclados.

A Tabela de Equilíbrio: Analisando Custo vs. Quantidade

A comparação de custos entre DMLS e CNC não é linear. Depende muito da quantidade de peças produzidas. Essa relação pode ser visualizada com um gráfico de equilíbrio.

DMLS vs. CNC: Encontrando o Ponto de Equilíbrio de Custo

Vamos analisar os componentes deste gráfico:

• O eixo Y representa o custo total do projeto.
• O eixo X representa a Quantidade de Partes.
• A Curva de Custo DMLS: O custo do DMLS começa muito baixo. Não há custos caros de instalação, Acessórios personalizados, ou programação complexa de CAM necessária para uma única parte. Contudo, O custo por peça é relativamente alto e constante, Então a linha tem uma inclinação íngreme, Inclinação constante.
• A Curva de Custo CNC: O custo do CNC começa muito mais alto. Esta inicial "Custo inicial" inclui o tempo significativo necessário para que um usinista habilidoso configure a máquina e para que um programador crie os caminhos das ferramentas. Contudo, Depois que isso estiver feito, O custo para produzir cada peça adicional é relativamente baixo. Isso confere à linha uma inclinação muito mais plana.
• O Ponto de Equilíbrio: Este é o ponto crítico onde as duas curvas de custo se cruzam.
  • À esquerda deste ponto (Quantidades menores), DMLS é a opção mais econômica.
  • À direita deste ponto (Quantidades maiores), A usinagem CNC torna-se a escolha mais econômica.

Para volumes maiores, Outros processos também se tornam viáveis. Veja nosso guia em Fundição a vácuo vs Moldagem por injeção Para mais opções.

Fazendo a Escolha Certa para Sua Candidatura

O melhor processo é aquele que atende à sua intenção de design da forma mais eficiente possível.

Quando Deve Escolher DMLS?

Escolha o inovador aditivo, DMLS, quando:

• A complexidade geométrica é o principal fator. Sua peça tem recursos que não podem ser usinados.
• Você precisa de canais internos, Resfriamento conforme, ou estruturas em rede.
• Você está usando otimização de topologia para criar uma versão leve, Design orgânico.
• Você precisa de um single, Protótipo complexo muito rapidamente.
• Consolidação de peças é um objetivo (transformando um conjunto de múltiplas peças em uma única impressa).

Quando Deve Escolher a Usinagem CNC?

Escolha o padrão subtrativo, Usinagem CNC, quando:

• Alta precisão e tolerâncias muito rígidas são os requisitos mais críticos.
• Resistência superior do material e vida útil à fadiga são essenciais.
• Um acabamento superficial muito liso é necessário diretamente do processo.
• A geometria é relativamente simples e pode ser criada com ferramentas de corte.
• Você está produzindo quantidades que vão de algumas partes até produção em massa.
• O custo em volume é uma consideração importante.

Para peças poliméricas, Uma decisão semelhante existe entre processos aditivos e outros. Saiba mais em nosso SLA vs SLS vs MJF guiar.

Conclusão

DMLS e usinagem CNC não são tecnologias verdadeiramente concorrentes; Eles são poderosos, Ferramentas complementares no cenário manufatureiro moderno. O DMLS oferece uma liberdade incomparável para criar o que antes era impossível. A usinagem CNC oferece precisão incomparável, força, e escalabilidade para projetos mais tradicionais. O futuro da manufatura avançada está em aproveitar as forças de ambos, às vezes até na mesma parte, onde uma peça DMLS é pós-usinada para alcançar tolerâncias críticas.

Compreender as diferenças fundamentais entre manufatura aditiva e subtrativa é fundamental para o desenvolvimento bem-sucedido de produtos. Na GD-Prototiping, Nossa equipe de especialistas domina bem ambas as tecnologias. Podemos fornecer de forma imparcial, Conselhos baseados em dados para ajudar você a escolher o processo perfeito para atender às necessidades da sua peça e ao orçamento do seu projeto.