3D-принтер или станок с ЧПУ: что купить мастерской под какие заказы

Что умеет каждая технология

Сравнивать «что лучше» нет смысла: технологии делают разные вещи. Принтер наращивает деталь слоями, лазер и фрезер убирают лишнее из листа или заготовки. Отсюда и разные заказы.

FDM-печать (3D-принтер с пластиковой нитью, филаментом) строит объёмную деталь любой формы без оснастки: корпуса, кронштейны, крепёж, шаблоны, зажимы, футляры под конкретный предмет. Внутренние полости и сложные поднутрения для неё не проблема. Слабое место — слои: деталь прочнее вдоль слоёв, чем поперёк, а поверхность требует шлифовки.

Фотополимерная печать даёт гладкую поверхность и мелкие элементы: мастер-модели, мелкие корпуса, миниатюры. Чем она отличается от FDM по деталям и постобработке, разобрано в статье про FDM и фотополимер. Со смолой работают в перчатках и с вентиляцией, а отходы утилизируют как химические: правила обращения есть в инструкции производителя из источников.

CO2-лазер режет и гравирует листовые неметаллы: фанеру, МДФ, акрил, картон, кожу. Это детали из листа, надписи, шильды, гравировка по фото. Он быстрый на тонком материале и даёт аккуратный рез без фрезы. Объёмные детали лазер не делает. К материалам есть ограничения: австрийский производитель лазерных систем Trotec прямо относит к тем, что никогда нельзя обрабатывать, ПВХ, ПВБ и тефлон, а также материалы с галогенами и эпоксидными смолами.

Фрезерный станок (фрезер с ЧПУ) работает по листу и массиву: мебельные детали, вывески из толстых материалов, объёмные панно, рельефы, фасады. Он берёт толщину, где лазер уже не справляется, но внутренние углы получаются со скруглением по радиусу фрезы, а вокруг будет много стружки и пыли.

Размер поля задаёт и размер помещения. Из станков этого класса в мастерских встречаются, например, CO2-станок Wattsan NC-C1390 с полем 1300×900 мм и трубкой 130–160 Вт, а для фрезеровки листа фрезер M1 1325 с полем 1300×2500 мм, шпинделем 4,5 кВт и массой 920 кг. Эти цифры пригодятся ниже, когда речь пойдёт о помещении.

Тип заказа, технология, причина

Где в строке две технологии, выбор зависит от размера, толщины и тиража. Для корпуса можно взять печать или лист, и это показывает расчёт ниже.

Корпус 100×60×30 мм: считаем на принтере и на лазере

Возьмём коробку 100×60×30 мм внутри для платы с крышкой. Для печати: стенки и дно 2 мм, крышка 2 мм. Для лазера: шесть панелей из фанеры 4 мм, соединение «в шип».

Печать FDM. Объём пластика: внешний объём 100×60×30 = 180 000 мм³ минус полость 96×56×28 = 150 528 мм³, получается 29 472 мм³ коробки и ещё 100×60×2 = 12 000 мм³ крышки. Всего 41 472 мм³, то есть около 41,5 см³. Плотность по паспорту филамента PLA — 1,24 г/см³, PETG — 1,27 г/см³. Получается 51 г PLA или 53 г PETG, у стенок 2 мм заполнение почти сплошное, поэтому разница с «нулевым заполнением» невелика.

Время зависит от принтера. Допущение для расчёта: средняя объёмная подача 6–10 мм³/с (это не паспортный предел, а с учётом разгонов и перемещений сопла). Тогда 41 472 мм³ печатаются за 69–115 минут, то есть примерно 1,2–2 часа. Реальное значение покажет слайсер, и оно сильно зависит от слоя, сопла и скорости.

Лазер. Периметры всех панелей: две панели 100×60 (320 мм каждая), две 100×30 (260 мм), две 60×30 (180 мм), в сумме 1520 мм. Шипы добавляют длину: допущение +30 %, получается около 2 м реза. Скорость реза фанеры 4 мм зависит от мощности трубки и фокуса, поэтому берём 15 мм/с как допущение: 2000 / 15 ≈ 133 секунды, то есть 2–3 минуты. Площадь панелей 216 см²; с учётом отходов раскладки при коэффициенте 70 % один корпус занимает около 1 % листа.

Скорость 15 мм/с в расчёте условная: у каждого станка она своя, и её находят пробным резом на вашей фанере. Статьи про окупаемость лазера и себестоимость детали показывают, как подставить в такую арифметику свои цены.

Разница по цене материала считается за минуту: возьмём условную цену катушки 1 500 ₽ за килограмм (цифра для примера, подставьте свою из прайса поставщика на день расчёта). 51 г пластика обойдутся примерно в 77 ₽. Для листа аналогично: стоимость листа умножаете на 0,01.

Разница по загрузке станка наглядна на серии. 200 таких корпусов на одном принтере печатаются 200 × 1,2–2 часа, то есть 240–400 часов, или от 10 до 17 суток непрерывной работы. На лазере 200 корпусов — это около 200 × 3 минуты резки, то есть около 10 часов без учёта загрузки и выгрузки листа, около двух рабочих смен. Поэтому серия плоских деталей — это лазер, а серия объёмных — это либо парк принтеров, либо литьё, как показывает статья про прототип и серию.

Время оператора и постобработка

Здесь чаще всего ошибаются. Принтер не нуждается в человеке, пока печатает, но потом деталь надо снять, убрать поддержки, зачистить, при необходимости отшлифовать и покрасить. Для корпуса без поддержек это минуты, для сложной детали с поддержками заметно дольше. В стоимость заказа закладывают и часы машины, и время оператора. В статье про себестоимость показано, как это делается, а станко-час и время оператора нужно считать отдельно.

У лазера постобработка короче: счистить копоть с кромки, склеить. Фрезеру нужны ещё удаление перемычек и шлифовка. Фотополимерной детали нужны промывка и дозасветка, см. статью про постобработку фотополимера.

Помещение, вытяжка, шум и электричество

Лазер. При резке фанеры и акрила образуются дым и продукты горения, станок нужно подключить к вытяжке. Как посчитать производительность, написано в статье про вытяжку и фильтрацию, а требования к помещению — в материале про пожарную безопасность. Станок с полем 1300×900 мм занимает отдельную комнату, а не угол стола.

Фрезер. Главная проблема — пыль и шум. Британское управление по охране труда HSE пишет, что древесная пыль вызывает серьёзные проблемы со здоровьем, в том числе астму, и требует местной вытяжки у станка, а подметание и обдув сжатым воздухом её не заменяют. Фрезер с полем 1300×2500 мм и массой 920 кг требует места, ровного пола и розетки или щита под мощность шпинделя и пылесоса. Как это считать, показано в материале об электричестве для станков.

Принтер. Ему нужны стол, розетка и свободное место вокруг: руководство к одному из настольных принтеров требует не менее 30 см свободного пространства со всех сторон. Некоторые пластики при печати пахнут, и то же руководство советует регулярно проветривать помещение. ABS и ASA по паспортам печатают с горячим столом (100–110 °C) и закрытой камерой, поэтому для них нужен принтер с корпусом и вентиляцией. PLA и PETG пахнут меньше и подходят открытому принтеру.

Электрика, вытяжка и пожарная безопасность мастерской разобраны в статье как оборудовать мастерскую.

Занятость станка и работа без присмотра

Принтер удобен тем, что печатает долго без человека: поставили вечером, вынули утром. Но с оговоркой. В руководстве к настольному FDM-принтеру написано прямо: не оставляйте включённый принтер без присмотра, потому что при встроенном контроле температуры неправильное использование или отказ компонента могут создать пожарную опасность.

Фрезер без присмотра тоже запускают редко: стружка, пыль и шпиндель создают пожарный риск. Поэтому ночную смену принтера в расчёт закладывайте осторожно, только на те ночи, когда вы готовы оставлять его включённым.

Порог входа

У принтера он самый низкий: поставили на стол, заправили катушку, скачали слайсер, и первая деталь готова в тот же день. Лазеру нужны вытяжка, охлаждение трубки, юстировка оптики и обученный оператор, фрезеру фиксация заготовки, подбор фрез, настройка нуля и аспирация. Для сувениров по фото нужен растровый режим, для вывесок файлы в векторе, поэтому лазер и фрезер редко запускают без обучения.

Три сценария мастерской

Выбирать проще по списку заказов за последние месяцы: больше половины плоских деталей, шильдов и гравировки означает лазер, мебель и толстый материал означают фрезер, разовые объёмные детали, ремонт и оснастку берёт принтер. Окупаемость выбранного станка проверяйте по статье про расчёт окупаемости лазера.

Типичные ошибки

Принтер «под всё». Его покупают, чтобы закрыть любые заказы, и он оказывается занят одной сложной деталью на 14 часов, пока клиент ждёт. Мелкие плоские детали на нём делать нерационально.

Цена по материалу без часов машины. Принтер занят, оператор занят зачисткой, а оплаты за это нет. Часы машины и часы оператора считают отдельно.

Постобработка вне сметы. Поддержки, шлифовка, грунт, покраска и сборка часто занимают больше времени, чем печать. В цене заказа они стоят отдельной строкой.

Станок без места под вытяжку. Сначала помещение и вытяжка, потом покупка. А на лазере не режут ПВХ: он выделяет хлор и портит оптику.

Как выбрать за четыре шага

Что спросить при покупке станка

Для принтера хватит проверки гарантии и доставки. Для лазерного или фрезерного станка нужны пусконаладка, обучение оператора и склад запчастей: трубка, линзы, шпиндель, фрезы. Спросите продавца, кто делает пусконаладку: штатный инженер или фрилансер, есть ли обучение оператора, как быстро приходит запчасть и можно ли получить консультацию, когда станок встал. У 3D-принтера всё это проще: его можно запустить самому по инструкции, а запчасти и расходники продаются повсеместно.

У продавцов с собственной сервисной службой и штатными инженерами, вроде Lasercut, пусконаладку делают свои специалисты.