Кой производствен процес е по -добър - добавяйки слоеве или отстраняване на материал? Адитивното и изваждащото производство се различават по значителни начини. Разбирането на тези различия е от ключово значение за избора на правилния метод.
В тази публикация ще проучим техните предимства, ограничения и приложения в реалния свят. Ще научите как да решите между тези два подхода за следващия си проект.
Какво е производство на добавки?
Адитивното производство (AM) е процес, който създава обекти чрез добавяне на материал на слой по слой, обикновено въз основа на 3D модел. За разлика от традиционните методи, които премахват материала, AM конструира части от нулата, което позволява сложен дизайн и материална ефективност.
Кратка история на производството на добавки
Концепцията за AM датира от 80 -те години на миналия век, когато за първи път бяха въведени 3D технологии за печат. Ранните иновации бяха насочени към бързо прототипиране, осигурявайки по -бързи, по -достъпни начини за създаване на продуктови прототипи. Оттогава AM се развива в широк спектър от индустриални приложения, включително аерокосмически, автомобилни и медицински области.
Как работи производството на добавки
Адитивното производство започва с CAD модел. Моделът се нарязва на тънки слоеве, използвайки софтуер. След това AM машината добавя материал, слой по слой, докато се образува крайният обект. Използваните материали варират от пластмаси до метали. В зависимост от процеса, той може да изисква след обработка, като почистване или втвърдяване, за да се завърши частта.
Общи техники за производство на добавки
Няколко техники попадат под чадъра на AM, всяка от които предлага уникални предимства:
3D печат
3D печат е най -признатият метод на AM. Той изгражда предмети чрез слоеве на материали като пластмаса или метал. Идеален за персонализирани части и прототипи, той е широко достъпен и рентабилен за по-малки приложения.
Селективно лазерно синтероване (SLS)
SLS използва лазер за синтерован прахообразен материал, обикновено пластмасов или метал, в плътни части. Известен е със създаването на трайни, функционални прототипи със сложни геометрии.
Моделиране на слети отлагане (FDM)
FDM работи чрез екструдиране на термопластични нишки през нагрята дюза. Обикновено се използва за прототипиране и производство на пластмасови части на нискотарифни.
Стереолитография (SLA)
SLA използва ултравиолетова светлина, за да излекува слой с течна смола по слой, създавайки високо точни части с гладки облицовки. Той е подходящ за сложни дизайни и фини детайли.
Директно метално лазерно синтероване (DML)
DMLS изгражда метални части, като синтерира фини метални прахове с помощта на лазер. Тази техника е идеална за производство на сложни, силни метални компоненти за индустрии като аерокосмическото пространство.
Допълнителни техники за производство на добавки
В допълнение към често известните методи са налични няколко други усъвършенствани техники:
Свързващо вещество : Свързващ агент селективно се отлага между прахообразни слоеве, създавайки сложни структури.
Насочено отлагане на енергия (DED) : Тази техника използва фокусирана топлинна енергия за сливане на материали, тъй като те се отлагат, често се използва за ремонт или добавяне на функции към съществуващите части.
Екструзия на материала : Материалът се избира селективно през дюза за изграждане на слоеве, обикновено използван с термопластика.
Материални структури : Капчиците от материал се отлагат слой по слой, за да се създадат точни части, често използвайки фотополимери.
Листово ламиниране : Листовете от материал са свързани слой по слой, подходящи за метали и композити.
Фотополимеризация на ДДС : Течната смола се избира селективно от светлина, за да образува твърди части, с приложения както в прототипиране, така и в производството.
Предимства на производството на добавки
Добавното производство (AM) предлага множество ползи в индустриите. Тези предимства го правят смяна на играта в съвременната продукция.
Намалена загуба на материал
AM използва само материала, необходим за крайния продукт. Този подход значително намалява отпадъците в сравнение с традиционните методи.
Сложни геометрии и сложни дизайни
AM превъзхожда в създаването на сложни форми. Той може да доведе до невъзможни части с конвенционалните техники.
Вътрешни канали
Решетъчни структури
Органични форми
По -бързо прототипиране и по -кратки срокове
Бързото прототипиране става реалност с AM. Тя позволява бързи итерации и по -бързи цикли на разработване на продукти.
| Традиционно прототипиране | на прототипиране |
| Седмици до месеци | Часове до дни |
| Множество стъпки | Единичен процес |
| Високи разходи за инструменти | Без инструменти |
Рентабилно производство на малки партиди
Аз блести в производството на малки количества. Той елиминира нуждата от скъпи форми или инструменти.
Подобрена устойчивост
Намаляването на отпадъците означава подобрена устойчивост. AM запазва ресурси и енергия.
По -малко консумация на суровини
Намалени транспортни нужди
По -ниско използване на енергия в производството
Потенциал за масово персонализиране
AM дава възможност за приспособяване на продуктите към индивидуалните нужди. Това отваря нови възможности в различни области:
Недостатъци на производството на добавки
Докато производството на добавки (AM) предлага много предимства, то също има ограничения. Разбирането на тези недостатъци е от решаващо значение за неговото ефективно приложение.
Ограничени материали опции
AM използва по -малко материали, отколкото изваждащи методи. Това ограничение може да ограничи използването му в определени индустрии.
Общи материали за AM:
Термопластика
Някои метали
Определена керамика
По -бавно производство на голям обем
AM превъзхожда на малки партиди, но изостава в масовото производство. Традиционните методи често го надминават за големи обеми.
| Обемът на производството | AM скорост | на традиционната скорост |
| Малък (1-100) | Бързо | Бавно |
| Среден (100-1000) | Умерен | Бързо |
| Голям (1000+) | Бавно | Много бързо |
По-високи мащабни производствени разходи
За масовото производство AM може да бъде по -скъп. Цената на единица не намалява значително с обема.
Точност на долната част и покритието на повърхността
АМ части могат да имат по -ниска точност от обработените. Повърхността им често изисква подобрение.
Предизвикателства с строга толерантност
Постигането на тесни допустими отклонения е трудно при AM. Това може да бъде проблематично за части, нуждаещи се от точни пристъпи.
Изисквания за след обработка
Повечето части от AM се нуждаят от допълнителна работа след печат. Това добавя време и разходи към производствения процес.
Общи стъпки след обработка:
Какво е изваждане на производството?
Субстрактивното производство (SM) създава обекти чрез премахване на материал от твърд блок. Това е традиционен метод, използван в различни индустрии.
Кратка история
SM датира от древни времена. Ранните примери включват каменна резба и дървообработване. Съвременната SM се развива с индустриалната революция, което води до точни машинни инструменти.
Как работи
SM започва с по -голямо парче материал. След това машините или инструментите отрязват излишния материал, за да създадат желаната форма.
Общи техники
Обработка на ЦПУ
Машините за компютърно числово управление (CNC) използват програмирани инструкции за премахване на материала.
Смилане: Нарязва материал с помощта на въртящи се инструменти
Обръщане: Оформя цилиндрични части чрез завъртане на детайла
Пробиване: Създава дупки в материала
Лазерно рязане
Тази техника използва лазер с висока мощност за рязане на материали. То е прецизно и работи върху различни материали.
Рязане на вода
Рязането на WaterJet използва вода с високо налягане, често смесена с абразивни частици, за да се нарязват материали.
Плазмено рязане
Плазменото рязане разтопява материал с помощта на електрически проводим газ. Той е ефективен за рязане на метал.
Електрическа разрядна обработка (EDM)
EDM използва електрически изхвърляния, за да премахне материала. Той е идеален за твърди метали и сложни форми.
Допълнителни подробности
Процеси на обработка
Смилане: използва абразивни колела за фини повърхностни облицовки
REAMING: Увеличава и завършва дупки
Скучно: Увеличава дупките с едноточкови инструменти за рязане
Принципи на EDM
EDM работи, като създава контролирани електрически искри между електрод и детайла.
Параметри на лазерно рязане
Мощност: Определя дълбочината на рязане
Скорост: влияе върху качеството на рязане
Фокус: влияе на точността
Параметрите за рязане на WaterJet
Налягане: Обикновено 60 000 psi или по -високо
Абразивен дебит: влияе на скоростта и качеството на рязане
Диаметър на дюзата: Влияния отрязана ширина и прецизност
Предимства на изваждането на производството
Изключителното производство (SM) предлага множество ползи в индустриите. Тези предимства го правят решаващ метод в съвременното производство.
Широка гама от съвместими материали
SM работи с голямо разнообразие от материали:
Метали (стомана, алуминий, титан)
Пластмаси (ABS, PVC, акрил)
Композити (въглеродни влакна, фибростъкло)
Дърво
Стъкло
Камък
Тази гъвкавост позволява на SM да отговаря на различни производствени нужди.
Висока точност и прецизност
SM превъзхожда в създаването на високо точни части. Той постига строги допустими отклонения, често с 0,001 инча.
| Техника | Типична толерантност |
| CNC фрезоване | ± 0.0005 ' |
| EDM | ± 0.0001 ' |
| Лазерно рязане | ± 0,003 ' |
Отлични повърхностни облицовки
SM произвежда части с превъзходно качество на повърхността. Това често елиминира необходимостта от допълнителни процеси на довършване.
По-бързо производство с голям обем
За производството на голям обем, SM изпреварва методите за добавяне на добавки:
Машините с многооси CNC работят бързо
Автоматизираната смяна на инструмента намалява престоя
Едновременни операции на различни части
Рентабилно производство с голям обем
SM става по -икономичен с увеличаването на обема на производството. Първоначалните разходи за настройка се компенсират от по -бързите проценти.
Мащабно създаване на част
SM лесно обработва големи компоненти. Той е идеален за индустрии, изискващи значителни части:
Аерокосмически (компоненти на самолета)
Автомобилни (блокове на двигателя)
Конструкция (структурни елементи)
Недостатъци на изваждане на производството
Докато изваждането на производството (SM) предлага много предимства, то също има ограничения. Разбирането на тези недостатъци е от съществено значение за ефективното приложение.
По -високи материални отпадъци
SM премахва материали за създаване на части. Този процес генерира значителни отпадъци:
До 90% от материала в някои случаи може да стане скрап
Опциите за рециклиране могат да бъдат ограничени за определени материали
Повишено въздействие върху околната среда поради изхвърляне на отпадъци
Ограничено сложно създаване на геометрия
SM се бори със сложни дизайни:
Вътрешните кухини са предизвикателни за производството
Определени форми могат да изискват множество настройки или специализирани инструменти
Някои сложни характеристики може да са невъзможни за машина
По-дълги времена на настройка и по-високи разходи за инструменти
SM често изисква обширна подготовка:
| на аспекта | въздействие |
| Избор на инструменти | Отнема време |
| Машинно програмиране | Изисква експертиза |
| Създаване на приспособление | Допълнителни разходи |
По -малка гъвкавост на дизайна
Промяната на дизайни в SM може да бъде скъпо:
Промените може да изискват нови инструменти
Машините за препрограмиране често са необходими
Съществуващите настройки могат да остареят
По -високи изисквания за умения на оператора
SM машините изискват квалифицирани оператори:
Разбиране на свойствата на материала
Познаване на скоростта на рязане и скоростта на подаване
Способност за интерпретиране на сложни технически чертежи
Разходи за износване и подмяна на инструменти
SM Инструментите се влошават с течение на времето:
Необходима е редовна подмяна на инструменти
Висококачествените инструменти могат да бъдат скъпи
Износените инструменти могат да повлияят на качеството на частта
Сравнение на добавка срещу изваждане на производствен
| аспект Адитивно | производство | Изваждане на производството |
| Процес | Изгражда обекти чрез добавяне на слоеве материал | Премахва материали от по -голямо парче за създаване на обекти |
| Материални отпадъци | Минимални отпадъци | Високи материални отпадъци |
| Съвместими материали | Ограничени (главно пластмаси и някои метали) | Широка гама (метали, пластмаси, дърво, стъкло, камък) |
| Сложност | Може да произвежда изключително сложни и сложни геометрии | По -подходящ за сравнително прости геометрии |
| Точност | По -малко точни (допустими отклонения до 0,100 mm) | По -точни (допустими отклонения до 0,025 мм) |
| Обем на производството | Подходящ за малки партиди | Идеален за големи производствени писти |
| Скорост | По -бавно за големи обеми | По -бързо за големи обеми |
| Разходи | По-рентабилни за малки количества | По-рентабилни за големи количества |
| Дизайн гъвкавост | Висока гъвкавост за промени в дизайна | По -малко гъвкави за промени в дизайна |
| Повърхностно покритие | Често изисква след обработка | Може да произвежда гладки облицовки директно |
| Умение на оператора | Изисква по -малко квалифицирани оператори | Изисква висококвалифицирани оператори |
| Разходи за оборудване | По -ниска цена на оборудването | По -висока цена на първоначалното оборудване |
| Инструменти | Изисква се минимално инструменти | Обширно средство за инструменти често се нуждае |
| Устойчивост | По -устойчив поради по -малко отпадъци | По -малко устойчив поради материални отпадъци |
| Вътрешни функции | Може лесно да създаде вътрешни функции | Трудно за създаване на вътрешни функции |
| Ограничения на размера | Като цяло ограничени до по -малки части | Може да произвежда мащабни части |
| След обработка | Често изисква множество стъпки | По -високо ниво на завършване след първоначалния процес |
Хибридни производствени процеси
Хибридното производство съчетава производството на добавки (AM) и изваждане на производството (SM). Този подход използва силните страни и на двата метода, създавайки мощна синергия в производството.
Определение и ползи
Хибридните процеси интегрират AM и SM техники:
Ползите включват:
Повишена гъвкавост на дизайна
Подобрена ефективност на материала
Подобрено качество на части
Примерен поток на процеса:
3D отпечатайте форма на близо до мрежа
Обработка на ЦПУ за прецизни размери
Лак за превъзходно покритие на повърхността
Общи приложения
Хибридното производство превъзхожда в различни области:
| от приложението | полза |
| Инструменти | Сложни дизайни със тесни допустими отклонения |
| Джиги и тела | Персонализирани форми с трайни облицовки |
| Части с висока толерантност | Сложни геометрии с точни функции |
Индустрии, използващи хибридни процеси:
Избор между добавка и изваждане на производството
Изборът на правилния метод на производство зависи от различни фактори. Всеки процес предлага различни предимства, така че е от решаващо значение да приведете избора си с изискванията на проекта.
Фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на метод на производство
Материални изисквания
Изборът на материал играе значителна роля. Адитивното производство (AM) обикновено работи най -добре с пластмаси и някои метали, докато изваждането на производството (SM) може да се справи с широк спектър от материали, включително метали, пластмаси, дърво и стъкло. Ако имате нужда от трудно машина за машина или по-висока издръжливост, SM често е по-добрият вариант.
Сложност и дизайн на части
За сложни дизайни със сложни геометрии - като вътрешни кухини или артикулиращи стави - Ам се отличава, което позволява високо персонализиране. SM, макар и точен, може да се бори с изключително сложни дизайни. Той е по -подходящ за по -прости или междинни геометрии, където са необходими тесни допустими отклонения.
Обем и мащабируемост на производството
AM е идеален за обеми на производство с нисък до среден, като бързо прототипиране или производство на малки партиди. За мащабното производство SM е далеч по-ефективен, особено при производството на хиляди идентични части. С увеличаването на обема на производството, ефективността на разходите на SM става ясна.
Време и време за пускане на пазара
Проекти, изискващи кратка полза от времето за изпълнение от AM поради минимална настройка и бърз преход от дизайн към продукт. За по -големи производствени писти обаче SM може да предложи по -бързо време за производство, след като настройката приключи, особено за метални части.
Бюджетни и разходи ограничения
AM е по-рентабилен за малки, сложни части, особено при прототипиране. SM обаче става по -икономичен за по -големи части или големи обеми на производство. Разходите за настройка и разходите за част обикновено намаляват с увеличаване на обема на SM.
Цели за устойчивост
AM генерира по -малко отпадъци, което го прави по -устойчив вариант. SM, макар и по -бърз за големи писти, произвежда значителни материални отпадъци под формата на чипове или парчета. Ако устойчивостта е ключов приоритет, AM може да бъде по -подходящ.
Матрица за решение за добавка срещу изваждане на производството
Следващата матрица за решение предоставя бързо сравнение на факторите, за да ви помогне да изберете правилния метод:
| факторно | производство на добавки (AM) | Извличащо производство (SM) |
| Обхват на материала | Ограничен (предимно пластмаси, някои метали) | Широк (метали, пластмаси, дърво, стъкло) |
| Сложност на части | Обработва сложни, сложни дизайни | Най -доброто за по -прости, прецизни геометрии |
| Обем на производството | Идеален за малки партиди, прототипиране | Ефективно за масово производство |
| Време за водене | По -бърза настройка, бърз обрат | По -бавна настройка, по -бърза за големи писти |
| Разходи | По -скъпо за големи части или метали | По-рентабилен при по-големи обеми |
| Устойчивост | По -малко отпадъци, по -устойчиви | Значителни отпадъци, по -малко устойчиви |
Използвайте тази матрица, за да приведете нуждите на вашия проект със силните страни на всеки метод на производство.
Приложения в реалния свят на адитивно и изваждане на производството
Адитивното производство (AM) и изваждането на производството (SM) играят решаващи роли в различни индустрии. Приложенията им продължават да се разширяват и се развиват.
Аерокосмическо и авиация
AM: Леки компоненти, сложни геометрии
SM: Части на двигателя с висока точност, структурни елементи
Автомобилна индустрия
AM: Бързо прототипиране, персонализирани части
SM: Блокове на двигателя, компоненти за трансмисия
Медицински и зъболекарски
AM: Персонализирани импланти, протези
SM: Хирургически инструменти, зъбни корони
Потребителски стоки и електроника
AM: Персонализирани продукти, дребни предмети
SM: Кредити за смартфони, компоненти на лаптопа
Индустриални машини и инструменти
Архитектура и строителство
AM: Мащабни модели, декоративни елементи
SM: Структурни компоненти, фасадни елементи
Заключение
Всяко с добавката и изваждането на производството имат уникални силни и слаби страни. AM превъзхожда в сложни дизайни и персонализиране. SM предлага прецизност и гъвкавост на материала.
Разбирането на тези различия е от решаващо значение за вземане на информирани производствени решения. Помислете за специфичните нужди на вашия проект при избора на метод.
Оценете фактори като материал, сложност, обем и цена. Това ще ви помогне да изберете най -добрия подход за вашите производствени цели.
