Aditivní výroba vs. klasické obrábění – kdy se vyplatí 3D tisk

Moderní průmyslová výroba dnes stojí na pomezí dvou odlišných technologických světů – tradičního subtraktivního obrábění a progresivní aditivní výroby. Zatímco obrábění materiál odebírá, 3D tisk jej vrství. Každý z těchto přístupů má své silné i slabé stránky. V následujícím textu se zaměříme na jejich technické srovnání z pohledu konstrukce, výroby, ekonomiky a aplikační vhodnosti.

Podrobnější informace o průmyslovém využití aditivní výroby naleznete na stránce Aditivní výroba.

1. Principy a technologické rozdíly

1.1 Subtraktivní technologie (CNC obrábění)

Klasické obrábění spočívá v odebírání materiálu z polotovaru – nejčastěji pomocí frézování, soustružení nebo elektroerozivního obrábění. Výsledkem je přesně definovaná geometrie s vysokou rozměrovou přesností, ideální pro kovové i plastové díly s požadavkem na těsnou toleranci a hladký povrch.

Výhody:

• Vysoká přesnost (běžně ±0,01 mm).
• Kvalitní povrchová drsnost (Ra < 1 µm).
• Široká materiálová kompatibilita.Nevýhody:
• Omezená geometrická volnost.
• Vysoký podíl odpadu.
• Dlouhá přípravná fáze (nástroje, upínky, programování).

1.2 Aditivní výroba (3D tisk)

Aditivní výroba (AM) naopak pracuje vrstvením materiálu přímo dle 3D datového modelu. V průmyslové praxi se nejčastěji uplatňuje FDM technologie, která využívá termoplasty jako PETG, ASA, PC-Blend či PA6-CF15.

Výhody:

• Volnost tvarů – vnitřní kanály, organické geometrie, topologická optimalizace.
• Nízké vstupní náklady bez nutnosti forem či nástrojů.
• Rychlá iterace prototypů a kusová výroba.Nevýhody:
• Nižší přesnost (±0,05 – 0,2 mm).
• Vrstvená struktura materiálu → anizotropie mechanických vlastností.
• Potřeba následného opracování nebo povrchové úpravy.

Více o našem procesu zakázkové výroby najdete v sekci 3D tisk na zakázku.

2. Ekonomické srovnání

2.1 Náklady na výrobu

Zatímco CNC výroba vyžaduje počáteční přípravu nástrojů a programů, u 3D tisku stačí digitální model (STP/STEP, STL, 3MF).

• CNC je ekonomické při sériích nad desítky až stovky kusů, kde se rozloží fixní náklady.
• 3D tisk je výhodný pro kusovou a malosériovou výrobu, kde by výroba forem či programování CNC nebyla ekonomicky opodstatněná.

Příklad:

Výroba jednoho držáku o hmotnosti 100 g z materiálu PETG metodou FDM může stát přibližně 250 Kč bez DPH. Tentýž díl při frézování z plného materiálu může přesáhnout 1 000 Kč kvůli odpadnímu materiálu a upínacím přípravkům.

2.2 Časová efektivita

3D tisk eliminuje čas na seřízení stroje a výměnu nástrojů. V praxi to znamená, že od přijetí 3D modelu k prvnímu fyzickému vzorku může uplynout méně než 12 hodin. Naproti tomu CNC proces bývá vícefázový – příprava nástrojů, G-code, zkoušky, měření, revize.

• CNC: rychlé v sériové produkci, pomalé ve vývoji.
• 3D tisk: rychlý ve vývoji, pomalejší v sériové výrobě.

3. Mechanické a materiálové vlastnosti

3.1 Pevnost a anizotropie

U FDM tisku vzniká anizotropní struktura – pevnost v rovině XY bývá o 20–40 % vyšší než ve směru vrstvení Z.

U výztužených filamentů (např. PA6-CF15) lze dosáhnout pevnosti v tahu přes 75 MPa a modul pružnosti okolo 7 GPa, což již konkuruje hliníkovým slitinám.

Obrobené díly naproti tomu disponují izotropními vlastnostmi, které jsou předvídatelné a závisí výhradně na použitém materiálu a tepelné úpravě.

3.2 Tepelné a chemické vlastnosti

Aditivně vyráběné technické polymery (ASA, PC-Blend, PA-CF) mají tepelnou odolnost do 120 °C a výbornou rozměrovou stabilitu.

CNC obrábění má výhodu v oblasti metalických materiálů (ocel, hliník, mosaz), kde aditivní procesy FDM zatím nemohou nabídnout srovnatelný výkon.

3.3 Povrchová drsnost

• CNC: Ra ≈ 0,8–1,6 µm (bez leštění).
• FDM: Ra ≈ 8–16 µm (bez post-procesu).Drsnost lze u FDM redukovat acetónovým vyhlazením (ABS, ASA), tryskáním či lakováním, případně kombinací s CNC dofrezování referenčních ploch.

Přehled používaných technických polymerů najdete v sekci Materiály pro 3D tisk.

4. Konstrukční aspekty a optimalizace dílů

4.1 Geometrická svoboda

Aditivní výroba umožňuje tvorbu konstrukčních prvků, které nelze vyrobit konvenčně:

• Vnitřní výztužné struktury (gyroid, honeycomb).
• Integrované kanály pro chlazení.
• Redukce hmotnosti díky topologické optimalizaci.

Tento přístup je klíčový zejména v R&D a vývoji přípravků, kde se hledá ideální poměr mezi tuhostí, hmotností a výrobní náročností.

4.2 Kombinace technologií

Ve firemní praxi se stále častěji uplatňuje hybridní přístup – 3D tisk slouží pro tvarově komplikované části, zatímco funkční plochy se následně doobrábějí na CNC. Tím se dosáhne vysoké přesnosti při zachování ekonomiky AM procesu.

5. Ekologické a provozní hledisko

• Materiálová efektivita: FDM proces využívá až 95 % materiálu, CNC pouze 20–50 %.
• Energetická náročnost: 3D tisk spotřebuje méně energie na jednotku vyrobeného objemu.
• Odpady: minimální produkce odpadu, snadná recyklace neúspěšných výtisků.
• Hluk, prach, chladicí kapaliny: aditivní výroba je výrazně čistší a vhodná i pro kancelářské prostředí.

6. Kdy se 3D tisk skutečně vyplatí

7. Aditivní výroba vs. klasické obrábění

Aditivní výroba není univerzální náhradou klasického obrábění – je komplementární technologií, která umožňuje rozšířit konstrukční i výrobní možnosti.

Zatímco CNC dominuje ve stabilní sériové produkci a v kovových aplikacích, 3D tisk technologií FDM představuje ideální nástroj pro rychlou, flexibilní a ekonomickou výrobu prototypů, přípravků a nízkosériových dílů.

Správná volba technologie proto závisí vždy na:

• požadované geometrii a přesnosti,
• mechanických a tepelných nárocích dílu,
• počtu kusů,
• a celkovém ekonomickém kontextu projektu.

Aditivní výroba v průmyslu se tak stává nejen alternativou, ale především strategickým doplňkem klasických výrobních metod, který zrychluje vývoj, snižuje náklady a umožňuje realizovat konstrukční řešení, jež byla dříve výrobně neproveditelná.

Potřebujete zhodnotit, zda je váš díl vhodný pro 3D tisk? Kontaktujte nás – náš tým konstruktérů vám poradí s optimalizací modelu.