ما هي عملية التصنيع التي هي أفضل - ضباط الطبقات أو إزالة المواد؟ التصنيع المضافة والطرح يختلف بطرق مهمة. فهم هذه الاختلافات هو مفتاح اختيار الطريقة الصحيحة.
في هذا المنشور ، سنستكشف مزاياهم وقيودهم وتطبيقات العالم الحقيقي. ستتعلم كيفية اتخاذ قرار بين هذين النهجين لمشروعك التالي.
ما هو التصنيع المضافة؟
التصنيع الإضافي (AM) هو عملية تنشئ كائنات عن طريق إضافة طبقة المواد حسب الطبقة ، والتي تستند عادة إلى نموذج ثلاثي الأبعاد. على عكس الطرق التقليدية ، التي تزيل المواد ، تقوم AM بإنشاء أجزاء من الصفر ، مما يتيح التصميمات المعقدة وكفاءة المواد.
تاريخ موجز للتصنيع الإضافي
يعود مفهوم AM إلى الثمانينات ، عندما تم تقديم تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد لأول مرة. كانت الابتكارات المبكرة تهدف إلى النماذج الأولية السريعة ، مما يوفر طرقًا أسرع وأكثر بأسعار معقولة لإنشاء نماذج أولية للمنتج. منذ ذلك الحين ، تطورت AM إلى مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية ، بما في ذلك الفضاء والسيارات والمجالات الطبية.
كيف تعمل التصنيع المضافة
يبدأ التصنيع الإضافي بنموذج CAD. يتم شرائح النموذج إلى طبقات رقيقة باستخدام البرنامج. ثم يضيف جهاز AM مادة ، طبقة تلو الأخرى ، حتى يتم تشكيل الكائن النهائي. المواد المستخدمة تتراوح من البلاستيك إلى المعادن. اعتمادًا على العملية ، قد يتطلب الأمر ما بعد المعالجة ، مثل التنظيف أو المعالجة ، لإكمال الجزء.
تقنيات التصنيع الإضافية الشائعة
تقع العديد من التقنيات تحت مظلة AM ، كل منها يقدم مزايا فريدة:
طباعة ثلاثية الأبعاد
الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الطريقة الأكثر شهرة AM. إنه يبني الأشياء عن طريق وضع مواد مثل البلاستيك أو المعدن. مثالي للأجزاء المخصصة والنماذج الأولية ، يمكن الوصول إليها على نطاق واسع وفعالة من حيث التكلفة للتطبيقات الأصغر.
تلبد الليزر الانتقائي (SLS)
يستخدم SLS ليزر لتلبيس المواد المسحوقة ، عادة البلاستيك أو المعدن ، في أجزاء صلبة. من المعروف أن إنشاء نماذج أولية وظيفية متينة مع هندسة معقدة.
نمذجة ترسب تنصهر (FDM)
يعمل FDM عن طريق بثق خيوط البلاستيك الحراري من خلال فوهة ساخنة. يستخدم عادة للنماذج الأولية وإنتاج أجزاء بلاستيكية منخفضة التكلفة.
تصوير مجسم (SLA)
تستخدم SLA ضوء الأشعة فوق البنفسجية لعلاج طبقة الراتنج السائل حسب الطبقة ، مما يخلق أجزاء دقيقة للغاية مع تشطيبات سلسة. إنه مناسب للتصميمات المعقدة والتفاصيل الدقيقة.
تلبد الليزر المعدني المباشر (DMLS)
تقوم DMLS ببناء أجزاء معدنية عن طريق تلبد مساحيق معدنية ناعمة باستخدام الليزر. هذه التقنية مثالية لإنتاج مكونات معدنية قوية وقوية للصناعات مثل Aerospace.
تقنيات التصنيع الإضافية الإضافية
بالإضافة إلى الأساليب الشائعة ، تتوفر العديد من التقنيات المتقدمة الأخرى:
Binder Jetting : وكيل الترابط يودع بشكل انتقائي بين طبقات المسحوق ، مما يخلق هياكل معقدة.
ترسب الطاقة الموجه (DED) : تستخدم هذه التقنية الطاقة الحرارية المركزة لدمج المواد عند إيداعها ، وغالبًا ما تستخدم لإصلاح الميزات أو إضافة الميزات إلى الأجزاء الموجودة.
بثق المواد : يتم بثق المادة بشكل انتقائي من خلال فوهة لبناء طبقات ، شائعة الاستخدام مع البلاستيك الحراري.
نفث المواد : يتم ترسيب قطرات المواد طبقة تلو الأخرى لإنشاء أجزاء دقيقة ، وغالبًا ما تستخدم الضوئي.
التصفيح للورقة : صفائح من المواد مرتبطة طبقة بطبقة ، ومناسبة للمعادن والمركبات.
بلمرة ضوئية ضوئية : يتم علاج الراتنج السائل بشكل انتقائي بواسطة الضوء لتشكيل أجزاء صلبة ، مع تطبيقات في كل من النماذج الأولية والإنتاج.
مزايا التصنيع المضافة
يوفر التصنيع الإضافي (AM) العديد من الفوائد عبر الصناعات. هذه المزايا تجعلها مغير لعبة في الإنتاج الحديث.
انخفاض هدر المواد
يستخدم AM فقط المواد اللازمة للمنتج النهائي. هذا النهج يقلل بشكل كبير من النفايات مقارنة بالطرق التقليدية.
الهندسة المعقدة والتصاميم المعقدة
أنا تتفوق في إنشاء أشكال معقدة. يمكن أن تنتج أجزاء مستحيلة مع التقنيات التقليدية.
القنوات الداخلية
هياكل شعرية
الأشكال العضوية
نماذج أولية أسرع وأوقات قيادة أقصر
النماذج الأولية السريعة تصبح حقيقة مع AM. يسمح تكرارات سريعة ودورات تطوير المنتج أسرع. النماذج
| الأولية التقليدية | AM |
| من أسابيع إلى شهور | ساعات إلى أيام |
| خطوات متعددة | عملية واحدة |
| تكاليف أدوات عالية | لا توجد أدوات |
إنتاج الدُفعات الصغيرة الفعالة من حيث التكلفة
أنا تشرق في إنتاج كميات صغيرة. إنه يلغي الحاجة إلى قوالب أو أدوات باهظة الثمن.
تحسين الاستدامة
انخفاض في النفايات يترجم إلى تحسين الاستدامة. أنا أبقى الموارد والطاقة.
إمكانية التخصيص الجماعي
AM يتيح لخياطة المنتجات للاحتياجات الفردية. هذا يفتح إمكانيات جديدة في مختلف المجالات:
عيوب التصنيع المضافة
في حين أن التصنيع الإضافي (AM) يوفر العديد من الفوائد ، فإنه يحتوي أيضًا على قيود. فهم هذه العيوب أمر بالغ الأهمية لتطبيقه الفعال.
خيارات المواد المحدودة
يستخدم AM مواد أقل من طرق الطبع. هذا التقييد يمكن أن يحد من استخدامه في بعض الصناعات.
مواد AM الشائعة:
اللدائن الحرارية
بعض المعادن
سيراميك معين
إنتاج حجم كبير أبطأ
أنا تتفوق في دفعات صغيرة ولكن تأخر في الإنتاج الضخم. الأساليب التقليدية غالبا ما تفوق على أحجام كبيرة.
| حجم الإنتاج | AM السرعة | التقليدية |
| صغير (1-100) | سريع | بطيئة |
| متوسط (100-1000) | معتدل | سريع |
| كبير (1000+) | بطيئة | سريع جدا |
ارتفاع تكاليف الإنتاج على نطاق واسع
للإنتاج الضخم ، يمكن أن يكون AM أكثر تكلفة. التكلفة لكل وحدة لا تنخفض بشكل كبير مع الحجم.
دقة الجزء السفلي وإنهاء السطح
قد يكون لدى أجزاء AM دقة أقل من الآلات المعنية. غالبا ما يتطلب الانتهاء من سطحهم التحسن.
تحديات التسامح الضيق
من الصعب تحقيق التحمل الضيق مع AM. هذا يمكن أن يكون مشكلة بالنسبة للأجزاء التي تحتاج إلى نوبات دقيقة.
متطلبات ما بعد المعالجة
معظم أجزاء AM تحتاج إلى عمل إضافي بعد الطباعة. هذا يضيف الوقت والتكلفة لعملية الإنتاج.
خطوات ما بعد المعالجة المشتركة:
إزالة هياكل الدعم
تجانس السطح
المعالجة الحرارية
الطلاء أو الطلاء
ما هو التصنيع الطبق؟
يصنع التصنيع الطبق (SM) كائنات عن طريق إزالة المواد من كتلة صلبة. إنها طريقة تقليدية تستخدم في مختلف الصناعات.
تاريخ موجز
يعود تاريخ SM إلى العصور القديمة. الأمثلة المبكرة تشمل نحت الحجر والأعمال الخشبية. تطورت SM الحديثة مع الثورة الصناعية ، مما أدى إلى أدوات آلة دقيقة.
كيف تعمل
يبدأ SM بقطعة أكبر من المواد. الآلات أو الأدوات ثم قطع المواد الزائدة لإنشاء الشكل المطلوب.
التقنيات المشتركة
تصنيع CNC
تستخدم آلات التحكم العددي للكمبيوتر (CNC) الإرشادات المبرمجة لإزالة المواد.
الطحن: قطع المواد باستخدام أدوات الدوران
الدوران: أشكال الأجزاء الأسطوانية عن طريق تدوير قطعة العمل
الحفر: يخلق ثقوب في المادة
قطع الليزر
تستخدم هذه التقنية ليزر عالي الطاقة لقطع المواد. إنه دقيق ويعمل على مواد مختلفة.
قطع المياه
يستخدم قطع الماء ماءًا عالي الضغط ، وغالبًا ما يتم خلطه مع جزيئات كاشفة ، لقطع المواد.
قطع البلازما
يذوب قطع البلازما المواد باستخدام غاز موصل كهربائيا. انها فعالة لقطع المعادن.
تصنيع التفريغ الكهربائي (EDM)
يستخدم EDM التصريفات الكهربائية لإزالة المواد. إنه مثالي للمعادن الصلبة والأشكال المعقدة.
تفاصيل إضافية
عمليات الآلات
الطحن: يستخدم عجلات كاشطة للتشطيبات السطحية الدقيقة
توسيع: يوسع وينتهي الثقوب
ممل: يوسع الثقوب بأدوات قطع نقطة واحدة
مبادئ EDM
يعمل EDM عن طريق إنشاء شرارات كهربائية متحكم فيها بين القطب والشغل.
معلمات قطع الليزر
معلمات قطع WaterJet
الضغط: عادة 60،000 رطل أو أعلى
معدل تدفق جلخ: يؤثر على سرعة القطع والجودة
قطر الفوهة: التأثيرات المقطوعة ودقة
مزايا التصنيع الطبق
يوفر التصنيع الطبق (SM) العديد من الفوائد عبر الصناعات. هذه المزايا تجعلها طريقة حاسمة في الإنتاج الحديث.
مجموعة واسعة من المواد المتوافقة
يعمل SM مع مجموعة واسعة من المواد:
المعادن (الصلب ، الألومنيوم ، التيتانيوم)
البلاستيك (ABS ، PVC ، الأكريليك)
المركبات (ألياف الكربون ، الألياف الزجاجية)
خشب
زجاج
حجر
يسمح هذا التنوع SM بتلبية احتياجات التصنيع المتنوعة.
دقة ودقة عالية
SM يتفوق في إنشاء أجزاء دقيقة للغاية. إنه يحقق التحمل الضيق ، وغالبًا ما يصل إلى 0.001 بوصة.
| تقنية | التسامح النموذجي |
| طحن CNC | ± 0.0005 ' |
| EDM | ± 0.0001 ' |
| قطع الليزر | ± 0.003 ' |
تشطيبات سطح ممتازة
SM تنتج أجزاء ذات جودة سطح متفوقة. هذا غالبًا ما يلغي الحاجة إلى عمليات تشطيب إضافية.
أسرع إنتاج كبير الحجم
للإنتاج ذو الحجم الكبير ، تفوق SM على الطرق الإضافية:
تعمل آلات CNC متعددة المحاور بسرعة
تغيير الأداة الآلية يقلل من التوقف
العمليات المتزامنة على أجزاء مختلفة
إنتاج كبير الحجم فعال من حيث التكلفة
يصبح SM أكثر اقتصادا مع زيادة حجم الإنتاج. يتم تعويض تكاليف الإعداد الأولية بمعدلات إنتاج أسرع.
خلق جزء واسع النطاق
SM يعالج بسهولة المكونات الكبيرة. إنه مثالي للصناعات التي تتطلب أجزاء كبيرة:
عيوب التصنيع الطبق
بينما يوفر التصنيع الطرفي (SM) العديد من الفوائد ، فإنه يحتوي أيضًا على قيود. فهم هذه العيوب أمر ضروري للتطبيق الفعال.
نفايات المواد الأعلى
SM يزيل المواد لإنشاء أجزاء. تولد هذه العملية مضيعة كبيرة:
ما يصل إلى 90 ٪ من المواد يمكن أن تصبح خردة في بعض الحالات
قد تكون خيارات إعادة التدوير محدودة لبعض المواد
زيادة التأثير البيئي بسبب التخلص من النفايات
خلق هندسي معقد محدود
تكافح SM مع التصاميم المعقدة:
التجاويف الداخلية تشد تحديًا لإنتاجها
قد تتطلب بعض الأشكال إعدادات متعددة أو أدوات متخصصة
قد يكون من المستحيل بعض الميزات المعقدة
أوقات إعداد أطول وتكاليف أدوات أعلى
غالبًا ما يتطلب SM إعدادًا مكثفًا:
| الجانب | تأثير |
| اختيار الأداة | يستغرق وقتا طويلا |
| برمجة الآلات | يتطلب الخبرة |
| خلق المباراة | تكلفة إضافية |
أقل مرونة في التصميم
يمكن أن يكون تعديل التصميمات في SM مكلفة:
قد تتطلب التغييرات أدوات جديدة
غالبًا ما تكون آلات إعادة البرمجة ضرورية
قد تصبح الإعدادات الحالية عفا عليها الزمن
متطلبات مهارة المشغل الأعلى
تتطلب ماكينات SM عوامل مهرة:
تكاليف ارتداء الأدوات واستبدالها
تتحلل أدوات SM بمرور الوقت:
استبدال الأدوات العادية ضروري
يمكن أن تكون الأدوات عالية الجودة باهظة الثمن
يمكن أن تؤثر الأدوات البالية على جودة الجزء
مقارنة بين الجوانب الإضافية للتصنيع الإضافي
| مقابل التصنيع | الإضافي التصنيع | الطرفي |
| عملية | يبني الكائنات عن طريق إضافة طبقات من المواد | يزيل المواد من قطعة أكبر لإنشاء كائنات |
| نفايات المواد | الحد الأدنى من النفايات | نفايات المواد العالية |
| مواد متوافقة | محدودة (بشكل أساسي المواد البلاستيكية وبعض المعادن) | مجموعة واسعة (المعادن ، والبلاستيك ، والخشب ، والزجاج ، والحجر) |
| تعقيد | يمكن أن تنتج الهندسة المعقدة والمعقدة للغاية | أكثر ملاءمة للهندسة البسيطة نسبيا |
| دقة | أقل دقة (التحمل ضيق يصل إلى 0.100 مم) | أكثر دقة (التحمل ضيق يصل إلى 0.025 مم) |
| حجم الإنتاج | مناسب للدفعات الصغيرة | مثالي لتشغيل الإنتاج الكبير |
| سرعة | أبطأ لأحجام كبيرة | أسرع لأحجام كبيرة |
| يكلف | أكثر فعالية من حيث التكلفة لكميات صغيرة | أكثر فعالية من حيث التكلفة لكميات كبيرة |
| مرونة التصميم | مرونة عالية لتغييرات التصميم | أقل مرونة لتغييرات التصميم |
| الانتهاء من السطح | غالبًا ما يتطلب معالجة ما بعد المعالجة | يمكن أن تنتج تشطيبات سلسة مباشرة |
| مهارة المشغل | يتطلب مشغلات أقل مهارة | يتطلب مشغلات مهارة عالية |
| تكلفة المعدات | انخفاض تكلفة المعدات الأولية | ارتفاع تكلفة المعدات الأولية |
| الأدوات | الحد الأدنى من الأدوات المطلوبة | غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى أدوات واسعة |
| الاستدامة | أكثر استدامة بسبب أقل نفايات | أقل استدامة بسبب نفايات المواد |
| ميزات داخلية | يمكن بسهولة إنشاء ميزات داخلية | من الصعب إنشاء ميزات داخلية |
| قيود الحجم | بشكل عام يقتصر على الأجزاء الأصغر | يمكن أن تنتج أجزاء واسعة النطاق |
| ما بعد المعالجة | غالبًا ما يتطلب خطوات متعددة | مستوى الانتهاء الأعلى بعد العملية الأولية |
عمليات التصنيع الهجينة
يجمع التصنيع المختلط بين التصنيع الإضافي (AM) والتصنيع الطبق (SM). هذا النهج يعزز نقاط قوة كلتا الطريقتين ، مما يخلق تآزرًا قويًا في الإنتاج.
التعريف والفوائد
تدمج العمليات الهجينة تقنيات AM و SM:
تشمل الفوائد:
زيادة مرونة التصميم
تحسين كفاءة المواد
جودة الجزء المحسن
مثال تدفق العملية:
3D طباعة شكل شبه شبكة
تصنيع CNC للأبعاد الدقيقة
البولندية لإنهاء السطح المتفوق
التطبيقات المشتركة
يتفوق التصنيع الهجين في مجالات مختلفة:
| التطبيق | فائدة |
| الأدوات | التصاميم المعقدة مع التحمل الضيق |
| الرقص والتركيبات | أشكال مخصصة مع تشطيبات متينة |
| أجزاء عالية التسامح | الهندسة المعقدة مع ميزات دقيقة |
الصناعات التي تستخدم العمليات الهجينة:
الفضاء
السيارات
الأجهزة الطبية
التصنيع المخصص
الاختيار بين التصنيع الإضافي والطرح
يعتمد اختيار طريقة التصنيع الصحيحة على عوامل مختلفة. تقدم كل عملية مزايا مميزة ، لذلك من الأهمية بمكان مواءمة اختيارك مع متطلبات المشروع.
العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار طريقة التصنيع
متطلبات المواد
يلعب اختيار المواد دورًا مهمًا. يعمل التصنيع المضاف (AM) بشكل أفضل مع البلاستيك وبعض المعادن ، في حين أن التصنيع الطرفي (SM) يمكنه التعامل مع مجموعة واسعة من المواد ، بما في ذلك المعادن والبلاستيك والخشب والزجاج. إذا كنت بحاجة إلى مواد يصعب التلاشي أو متانة أعلى ، فغالبًا ما يكون SM هو الخيار الأفضل.
تعقيد جزء وتصميم
بالنسبة للتصميمات المعقدة ذات الأشكال الهندسية المعقدة - مثل التجاويف الداخلية أو المفاصل التعبير - تتفوق ، مما يسمح بالتخصيص العالي. SM ، على الرغم من الدقة ، قد تكافح مع تصميمات معقدة للغاية. إنه أكثر ملاءمة للهندسة الأكثر بساطة أو وسيطة حيث تكون التحمل الضيق ضرورية.
حجم الإنتاج وقابلية التوسع
AM مثالي لأحجام الإنتاج منخفضة إلى متوسطة ، مثل النماذج الأولية السريعة أو إنتاج الدفعة الصغيرة. بالنسبة للإنتاج على نطاق واسع ، فإن SM أكثر كفاءة ، خاصة عند إنتاج الآلاف من الأجزاء المتطابقة. مع زيادة حجم الإنتاج ، تصبح فعالية التكلفة لـ SM واضحة.
زمنية ووقت السوق
تستفيد المشاريع التي تتطلب مهلة قصيرة من AM بسبب الحد الأدنى من الإعداد والانتقال السريع من التصميم إلى المنتج. ومع ذلك ، يمكن أن توفر SM في عمليات الإنتاج الكبيرة أوقات تصنيع أسرع بمجرد اكتمال الإعداد ، خاصة بالنسبة للأجزاء المعدنية.
قيود الميزانية والتكلفة
AM أكثر فعالية من حيث التكلفة للأجزاء الصغيرة والمعقدة ، خاصة عند النماذج الأولية. ومع ذلك ، يصبح SM أكثر اقتصادا بالنسبة للأجزاء الأكبر أو أحجام الإنتاج العالية. عادة ما تنخفض تكاليف الإعداد والتكلفة لكل جزء مع زيادة الحجم في SM.
أهداف الاستدامة
AM يولد نفايات أقل ، مما يجعلها خيارًا أكثر استدامة. SM ، على الرغم من أسرع للتشغيلات الكبيرة ، تنتج نفايات مواد كبيرة في شكل رقائق أو قصاصات. إذا كانت الاستدامة أولوية أساسية ، فقد تكون AM هي أفضل.
مصفوفة القرار للتصنيع الإضافي مقابل التصنيع الطبق
توفر مصفوفة القرار التالية مقارنة سريعة للعوامل لمساعدتك في اختيار الطريقة الصحيحة: تصنيع التصنيع
| المضاف | (AM) | (SM) |
| نطاق المواد | محدودة (معظمها من المواد البلاستيكية ، وبعض المعادن) | واسعة (المعادن ، والبلاستيك ، والخشب ، والزجاج) |
| جزء تعقيد | يعالج التصميمات المعقدة والمعقدة | الأفضل للهندسة الأكثر بساطة ودقيقة |
| حجم الإنتاج | مثالي للدعم الصغير ، النماذج الأولية | كفاءة في الإنتاج الضخم |
| مهلة | إعداد أسرع ، تحول سريع | إعداد أبطأ ، أسرع للتشغيل الكبير |
| يكلف | أكثر تكلفة بالنسبة للأجزاء الكبيرة أو المعادن | أكثر فعالية من حيث التكلفة في مجلدات أعلى |
| الاستدامة | أقل نفايات ، أكثر استدامة | نفايات كبيرة ، أقل استدامة |
استخدم هذه المصفوفة لمحاذاة احتياجات مشروعك مع نقاط قوة كل طريقة تصنيع.
تطبيقات العالم الحقيقي للتصنيع الإضافي والطرح
تلعب التصنيع الإضافي (AM) وتصنيع الطبع (SM) أدوارًا حاسمة في مختلف الصناعات. تستمر تطبيقاتهم في التوسع والتطور.
الطيران والطيران
صناعة السيارات
الطبي والأسنان
السلع الاستهلاكية والإلكترونيات
الآلات الصناعية والأدوات
العمارة والبناء
خاتمة
التصنيع الإضافي والطرح لكل نقاط قوة وضعف فريدة. أنا تتفوق في التصميمات المعقدة والتخصيص. يوفر SM الدقة والبنوع المواد.
فهم هذه الاختلافات أمر بالغ الأهمية لاتخاذ قرارات التصنيع المستنيرة. فكر في احتياجات مشروعك المحددة عند اختيار طريقة.
تقييم عوامل مثل المواد والتعقيد والحجم والتكلفة. سيساعدك هذا على اختيار أفضل نهج لأهداف التصنيع الخاصة بك.
