CNC (Computer Numerical Control) Machining เป็นเทคโนโลยีการผลิตชิ้นงานโดยเครื่องจักรอัตโนมัติ ทำงานโดยใช้หัวกัดหรือดอกสว่านเพื่อสกัดเนื้อวัสดุออกจากบล็อกชิ้นงาน เพื่อให้ได้รูปทรงชิ้นงานที่ต้องการ เครื่อง CNC จึงเป็นตัวอย่างของการผลิตแบบ Subtractive Manufacturing (การผลิตโดยการลบวัสดุออก) สามารถสร้างชิ้นงานได้จากหลายวัสดุเช่นไม้ พลาสติก โลหะ โฟม ในบทความนี้เราจะเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างเครื่อง CNC กับ 3D Printer เพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถเลือกวิธีการผลิตชิ้นงานที่เหมาะสมที่สุด
**บทความนี้จะเน้นเปรียบเทียบเครื่อง CNC กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติชนิด FDM เนื่องจากเป็นชนิดที่มีการใช้งานแพร่หลายที่สุด
ภาพแสดงการทำงานของเครื่อง CNC
ภาพแสดงการทำงานของเครื่อง 3D Printer
เปรียบเทียบความต่างระหว่าง 3D Printer และ CNC
ความซับซ้อนของชิ้นงาน (Design Complexity)
ข้อจำกัดของวิธีการผลิตแบบ Subtractive manufacturing เช่น CNC คือไม่สามารถสร้างชิ้นงานที่มีความซับซ้อนสูงได้ (หรืออาจทำได้แต่มีต้นทุนสูง) เช่นชิ้นงานที่มีส่วน Undercut ที่หัวกัดไม่สามารถเข้าถึงได้ ชิ้นงานที่โครงสร้างภายในกลวง หรือชิ้นงานที่มีรูปทรงโค้งเว้าตามธรรมชาติ หากเทียบกันแล้ว 3D Printer จะไม่มีข้อจำกัดเหล่านี้ สามารถขึ้นรูปชิ้นงานซับซ้อนได้ดีกว่า เนื่องจากพิมพ์ขึ้นรูปชิ้นงานทีละชั้น
เครื่อง CNC ชนิด 5 แกนสามารถทำงานที่ซับซ้อนได้
ความแม่นยำ (Accuracy)
เครื่อง CNC ในปัจจุบันมีความแม่นยำสูงมาก ระดับ +/- 0.025~0.125 mm เมื่อเทียบกันแล้ว 3D Printer มักมีความแม่นยำน้อยกว่า โดยเฉลี่ย +/- 0.2~0.3 mm ทั้งนี้ความแม่นยำขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยเช่นประเภทของวัสดุ รูปทรงชิ้นงาน ความเร็วในการพิมพ์ อย่างไรก็ตามเครื่อง 3D Printer ระดับอุตสาหกรรมบางชนิดก็สามารถสร้างชิ้นงานที่มีความแม่นยำใกล้เคียงกับ CNC ในราคาที่ต่ำกว่า ทำให้ตอบโจทย์การใช้งานได้หลากหลายมากขึ้น
ชิ้นงานจาก 3D Printer มักมีความแม่นยำน้อยกว่า CNC
วัสดุ (Material Selection)
ถึงแม้ทุกวันนี้จะมีวัสดุสำหรับ 3D Printer ออกมาให้เลือกใช้มากขึ้น แต่หลักๆก็ยังเป็นวัสดุประเภทพลาสติก (ABS, PLA, PC, Nylon) ในขณะที่เครื่อง CNC สามารถใช้กัดวัสดุได้หลากหลายประเภท เช่นเหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง ไม้ PVC Nylon และอื่นๆ จึงมีความได้เปรียบ 3D Printer ในเรื่องตัวเลือกวัสดุ (3D Printer ระดับอุตสาหกรรมสามารถขึ้นรูปชิ้นงานด้วยวัสดุโลหะได้ แต่มีราคาค่อนข้างสูงจึงยังไม่เป็นที่นิยม)
เครื่อง CNC เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะ
ต้นทุนต่อชิ้น (Cost Per Part)
ต้นทุนการทำชิ้นงานด้วย CNC มีหลายองค์ประกอบ เช่นต้นทุนวัสดุ การทำอุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน (Tooling & Fixture) ค่าบำรุงรักษาเครื่อง และค่าแรงผู้คุมเครื่อง โดยธรรมชาติเครื่อง CNC จะมีวัสดุของเสียเกิดขึ้นเยอะกว่า เนื่องจากใช้วิธีสกัดวัสดุออก และผู้ใช้งานต้องมีความรู้และประสบการณ์สูง เมื่อเทียบกับเครื่อง 3D Printer ซึ่งใช้วัสดุเฉพาะที่จำเป็นเท่านั้น และไม่จำเป็นต้องมีคนเฝ้าเครื่องระหว่างทำงาน ต้นทุนต่อชิ้นจึงถูกกว่าทำด้วย CNC (โดยเฉพาะถ้าชิ้นงานมีความซับซ้อน)
เปรียบเทียบต้นทุนชิ้นงานแบบ 3D Print (Additive) และ CNC (Subtractive)
กระบวนการทำงาน (Workflow)
กระบวนการทำชิ้นงานด้วยเครื่อง CNC มีขั้นตอนซับซ้อนกว่า 3D Printer เนื่องจากผู้ใช้งานต้องมีความรู้ในการตั้งค่าโปรแกรม CAM การเลือกดอกกัด การจัดวางชิ้นงาน จะเห็นว่าการใช้เครื่อง CNC ต้องมีทักษะและประสบการณ์พอสมควร ในขณะที่ 3D Printer ใช้งานง่ายกว่ามาก เพียงใส่แบบ 3 มิติในโปรแกรม ตั้งค่าพื้นฐานเล็กน้อยก็สั่งพิมพ์ได้เลย (เครื่องพิมพ์จะทำงานโดยอัตโนมัติตลอดกระบวนการพิมพ์) นอกจากนี้ยังเหมาะกับการใช้งานในออฟฟิศด้วย เนื่องจากไม่มีเศษ Scrap เยอะและไม่ต้องใช้น้ำมันหล่อเย็นเหมือนเครื่อง CNC
กระบวนการทำงาน 3D Printer vs Traditional Manufacturing
สรุป
3D Printing และ CNC Machining เป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูปชิ้นงานที่มีลักษณะการทำงานแตกต่างกันอย่างชัดเจน ทั้งสองแบบต่างมีจุดเด่นของตัวเอง สามารถใช้เพื่อเติมเต็มช่องว่างของกันและกันได้ CNC จะเด่นในเรื่องตัวเลือกวัสดุ โดยเฉพาะวัสดุโลหะ มีความแม่นยำสูง และทำชิ้นงานได้เร็วกว่า ส่วน 3D Printer สามารถทำชิ้นงานซับซ้อนได้ดีกว่า และมีต้นทุนต่อชิ้นถูกกว่า CNC สำหรับการทำชิ้นงานจำนวนน้อย
- เครื่อง CNC เหมาะสำหรับการทำชิ้นงานที่รูปทรงไม่ซับซ้อนมาก ในจำนวนไม่เกิน 250-500 ชิ้น
- 3D Printer เหมาะสำหรับทำชิ้นงานต้นแบบ หรือชิ้นงานจำนวนน้อย (หลักสิบชิ้น) ที่มีรูปทรงค่อนข้างซับซ้อน
- สำหรับการทำชิ้นงานโลหะ เครื่อง CNC มีตัวเลือกให้ใช้เยอะกว่า 3D Printer
- สำหรับการทำชิ้นงานจำนวนมาก เช่นเกิน 1,000 ชิ้น ควรพิจารณาวิธีการขึ้นรูปชนิดอื่นเช่นการหล่อขึ้นรูป หรือการฉีดพลาสติก
Image Credits: Hubs