Který výrobní proces je lepší - přidávání vrstev nebo odstraňování materiálu? Aditivní a subtraktivní výroba se významně liší. Pochopení těchto rozdílů je klíčem k výběru správné metody.
V tomto příspěvku prozkoumáme jejich výhody, omezení a aplikace v reálném světě. Naučíte se, jak rozhodnout mezi těmito dvěma přístupy pro váš další projekt.
Co je to výroba aditiv?
Aditivní výroba (AM) je proces, který vytváří objekty přidáním materiálové vrstvy podle vrstvy, obvykle založené na 3D modelu. Na rozdíl od tradičních metod, které odstraňují materiál, AM konstruuje části od nuly, což umožňuje složité návrhy a účinnost materiálu.
Stručná historie aditivní výroby
Koncept AM sahá až do 80. let, kdy byly poprvé představeny technologie 3D tisku. Zaměřeny na rané inovace byly zaměřeny na rychlé prototypování a poskytovaly rychlejší a dostupnější způsoby, jak vytvářet prototypy produktu. Od té doby se AM vyvinula v širokou škálu průmyslových aplikací, včetně leteckých, automobilových a lékařských oborů.
Jak aditivní výroba funguje
Aditivní výroba začíná modelem CAD. Model je nakrájený na tenké vrstvy pomocí softwaru. Stroj AM pak přidává materiál, vrstvu po vrstvě, dokud nebude vytvořen konečný objekt. Použité materiály se pohybují od plastů po kovy. V závislosti na procesu může dokončit součást následné zpracování, jako je čištění nebo vytvrzování.
Běžné aditivní výrobní techniky
Několik technik spadá pod deštník AM, z nichž každá nabízí jedinečné výhody:
3D tisk
3D tisk je nejuznávanější metodou AM. Staví předměty vrstvením materiálů, jako je plast nebo kov. Ideální pro vlastní díly a prototypy, je široce přístupný a nákladově efektivní pro menší aplikace.
Selektivní laserové slinování (SLS)
SLS používá laser k posílení práškového materiálu, obvykle plastového nebo kovového, do pevných částí. Je známá pro vytváření odolných funkčních prototypů s komplexními geometriemi.
Modelování fúzovaného depozice (FDM)
FDM pracuje tím, že vytlačuje termoplastická vlákna prostřednictvím vyhřívané trysky. Běžně se používá pro prototypování a produkci levných plastových dílů.
Stereolitografie (SLA)
SLA používá ultrafialové světlo k léčbě vrstvy kapalné pryskyřice po vrstvě a vytváří vysoce přesné části s hladkým povrchem. Je vhodný pro složité návrhy a jemné detaily.
Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
DML staví kovové části slinováním jemných kovových prášků pomocí laseru. Tato technika je ideální pro výrobu složitých a silných kovových komponent pro průmyslová odvětví, jako je Aerospace.
Další techniky výroby aditiv
Kromě běžně známých metod je k dispozici několik dalších pokročilých technik:
Binder Jetting : Spojovací činidlo selektivně ukládá mezi vrstvami prášku a vytváří složité struktury.
Řízená depozice energie (DED) : Tato technika používá soustředěnou tepelnou energii k pojištění materiálů, jak jsou uloženy, často používané pro opravu nebo přidávání funkcí do stávajících částí.
Extruze materiálu : Materiál je selektivně extrudován tryskou pro vytváření vrstev, běžně používaných s termoplastikami.
Materiálový tryskání : Kapičky materiálu jsou uloženy vrstvou podle vrstvy, aby se vytvořily přesné části, často pomocí fotopolymerů.
Laminování plechu : Listy materiálu jsou spojeny vrstvou po vrstvě, vhodné pro kovy a kompozity.
Fotopolymerizace DPH : Kapalinová pryskyřice je selektivně vyléčena světlem za vzniku pevných částí, přičemž aplikace v prototypu i produkci.
Výhody výroby aditiv
Aditivní výroba (AM) nabízí řadu výhod napříč odvětvími. Tyto výhody z něj činí měnič her v moderní produkci.
Snížené plýtvání materiálem
AM používá pouze materiál potřebný pro konečný produkt. Tento přístup významně snižuje odpad ve srovnání s tradičními metodami.
Komplexní geometrie a složité návrhy
Am vyniká při vytváření složitých tvarů. Může produkovat díly nemožné vyrobit s konvenčními technikami.
Interní kanály
Mřížové struktury
Organické formy
Rychlejší prototypování a kratší dodací lhůty
Rychlé prototypování se stává realitou s AM. Umožňuje rychlé iterace a rychlejší cykly vývoje produktů.
| Tradiční prototypování | prototypování |
| Týdny až měsíce | Hodiny do dnů |
| Více kroků | Jediný proces |
| Vysoké náklady na nástroje | Žádné nástroje |
Nákladově efektivní výroba malé dávky
Svítí v produkci malého množství. Eliminuje potřebu drahých forem nebo nástrojů.
Zlepšená udržitelnost
Snížení odpadu se promítá do zlepšení udržitelnosti. Am zachovává zdroje a energii.
Potenciál pro hromadné přizpůsobení
Umožňuje přizpůsobení produktů jednotlivým potřebám. To otevírá nové možnosti v různých oborech:
Nevýhody výroby aditiv
Zatímco aditivní výroba (AM) nabízí mnoho výhod, má také omezení. Porozumění těmto nevýhodám je zásadní pro jeho efektivní použití.
Omezené možnosti materiálu
AM používá méně materiálů než subtraktivní metody. Toto omezení může omezit jeho použití v určitých průmyslových odvětvích.
Obyčejné materiály AM:
Termoplastika
Některé kovy
Určitá keramika
Pomalejší výroba velkého objemu
Am vyniká v malých dávkách, ale zaostává v hromadné výrobě. Tradiční metody je často překonávají pro velké objemy.
| Objem výroby | Am Rychlost | tradiční rychlost |
| Malý (1-100) | Rychle | Pomalý |
| Střední (100-1000) | Mírný | Rychle |
| Velký (1000+) | Pomalý | Velmi rychle |
Vyšší rozsáhlé výrobní náklady
Pro hromadnou výrobu může být dražší. Náklady na jednotku se s objemem výrazně nesnižují.
Přesnost nižší části a povrchová úprava
AM díly mohou mít nižší přesnost než obrobené. Jejich povrchová úprava často vyžaduje zlepšení.
Výzvy těsné tolerance
Dosažení těsných tolerancí je obtížné s AM. To může být problematické pro díly vyžadující přesné záchvaty.
Požadavky na zpracování
Většina dílů AM potřebuje další práci po tisku. To přidává čas a náklady na výrobní proces.
Běžné kroky po zpracování:
Co je to subtraktivní výroba?
Subtractive Manufacturing (SM) vytváří objekty odstraněním materiálu z pevného bloku. Je to tradiční metoda používaná v různých průmyslových odvětvích.
Krátká historie
SM sahá až do starověku. První příklady zahrnují řezbářství a zpracování dřeva. Moderní SM se vyvinula s průmyslovou revolucí, což vedlo k přesným strojům.
Jak to funguje
SM začíná větším kusem materiálu. Stroje nebo nástroje poté odříznou přebytečný materiál a vytvoří požadovaný tvar.
Běžné techniky
CNC obrábění
Stroje počítače Numerické ovládání (CNC) používají programované pokyny k odstranění materiálu.
Frézování: Řez materiálu pomocí rotujících nástrojů
Otočení: tvary válcových částí otočením obrobku
Vrtání: Vytváří v materiálu díry
Řezání laseru
Tato technika používá pro řezání materiálů vysoce výkonný laser. Je to přesné a pracuje na různých materiálech.
Řezání vodních paprsků
Řezání vodních paprsků používá k řezání materiálů vysokotlakou vodu, často smíchanou s abrazivními částicemi.
Řezání plazmy
Řezání plazmy roztaví materiál pomocí elektricky vodivého plynu. Je to efektivní pro řezání kovu.
Obrábění elektrického vypouštění (EDM)
EDM používá elektrické výboje k odstranění materiálu. Je ideální pro tvrdé kovy a komplexní tvary.
Další podrobnosti
Procesy obrábění
Broušení: Používá abrazivní kola pro jemné povrchové úpravy
Využití: Zvětší a dokončuje díry
Nudné: zvětšuje otvory s jednobodovým řezným nástrojem
Principy EDM
EDM pracuje vytvářením ovládaných elektrických jisker mezi elektrodou a obrobkem.
Parametry řezání laseru
Síla: Určuje hloubku řezání
Rychlost: ovlivňuje kvalitu řezu
Zaměření: ovlivňuje přesnost
Parametry řezání vodních paprsků
Tlak: obvykle 60 000 psi nebo vyšší
Abrazivní průtok: Ovlivňuje rychlost a kvalitu řezání
Průměr trysky: ovlivňuje šířku a přesnost řezu
Výhody subtraktivní výroby
Subtractive Manufacturing (SM) nabízí řadu výhod napříč odvětvími. Tyto výhody z něj činí klíčovou metodu v moderní produkci.
Široký rozsah kompatibilních materiálů
SM pracuje s rozsáhlou škálou materiálů:
Kovy (ocel, hliník, titan)
Plasty (ABS, PVC, Akryl)
Kompozity (uhlíkové vlákno, skleněné vlákno)
Dřevo
Sklo
Kámen
Tato všestrannost umožňuje SM uspokojit rozmanité výrobní potřeby.
Vysoká přesnost a přesnost
SM vyniká při vytváření vysoce přesných částí. Dosahuje těsných tolerance, často až 0,001 palce.
| Technika | typická tolerance |
| CNC frézování | ± 0,0005 ' |
| EDM | ± 0,0001 ' |
| Řezání laseru | ± 0,003 ' |
Vynikající povrchové úpravy
SM produkuje díly s vynikající kvalitou povrchu. To často eliminuje potřebu dalších procesů dokončení.
Rychlejší výroba velkého objemu
Pro produkci s vysokým objemem, SM outscoves aditivní metody:
Vícesé stroje CNC fungují rychle
Automatizovaná změna nástroje snižuje prostoje
Současné operace na různých částech
Nákladově efektivní výroba s vysokým objemem
S zvyšováním výrobního objemu se stává SM ekonomičtější. Počáteční náklady na nastavení jsou kompenzovány rychlejšími produkčními sazbami.
Rozsáhlé vytváření součástí
SM snadno zpracovává velké komponenty. Je to ideální pro průmyslová odvětví vyžadující značné části:
Aerospace (komponenty letadla)
Automobilový průmysl (bloky motoru)
Konstrukce (strukturální prvky)
Nevýhody subtraktivní výroby
Zatímco subtraktivní výroba (SM) nabízí mnoho výhod, má také omezení. Porozumění těmto nevýhodám je nezbytné pro efektivní použití.
Vyšší odpad materiálu
SM odstraní materiál pro vytváření dílů. Tento proces vytváří významný odpad:
V některých případech se může stát až 90% materiálu
Možnosti recyklace mohou být pro určité materiály omezené
Zvýšený dopad na životní prostředí v důsledku likvidace odpadu
Omezená komplexní tvorba geometrie
SM bojuje se složitými návrhy:
Vnitřní dutiny jsou náročné na výrobu
Některé tvary mohou vyžadovat více nastavení nebo specializovaných nástrojů
Některé složité funkce by mohly být nemožné strojit
Delší doba nastavení a vyšší náklady na nástroje
SM často vyžaduje rozsáhlou přípravu:
| aspektu | dopad |
| Výběr nástroje | Časově náročné |
| Programování stroje | Vyžaduje odborné znalosti |
| Vytváření příslušenství | Další náklady |
Menší flexibilita designu
Úpravy návrhů v SM mohou být nákladné:
Změny mohou vyžadovat nové nástroje
Přeprogramování strojů je často nutné
Stávající nastavení by se mohla stát zastaralým
Vyšší požadavky na dovednost operátora
SM stroje vyžadují kvalifikované operátory:
Porozumění vlastnostem materiálu
Znalost řezných rychlostí a rychlostí krmiva
Schopnost interpretovat složité technické výkresy
Náklady na opotřebení nástroje a výměny
Nástroje SM v průběhu času degradují:
Je nutná pravidelná výměna nástroje
Vysoce kvalitní nástroje mohou být drahé
Opotřebované nástroje mohou ovlivnit kvalitu dílu
Porovnání aditivy vs. subtraktivní výrobní
| aspekt | aditivní výroba | Subtractive Výroba |
| Proces | Staví předměty přidáním vrstev materiálu | Odstraňuje materiál z většího kusu a vytváří objekty |
| Materiální odpad | Minimální odpad | Vysoký odpad materiálu |
| Kompatibilní materiály | Omezené (hlavně plasty a některé kovy) | Široký rozsah (kovy, plasty, dřevo, sklo, kámen) |
| Složitost | Může produkovat velmi složité a složité geometrie | Lépe se hodí pro relativně jednoduché geometrie |
| Přesnost | Méně přesné (tolerance tak těsné jako 0,100 mm) | Přesnější (tolerance tak těsné jako 0,025 mm) |
| Objem výroby | Vhodné pro malé dávky | Ideální pro velké výrobní běhy |
| Rychlost | Pomalejší pro velké objemy | Rychlejší pro velké objemy |
| Náklady | Nákladově efektivnější pro malá množství | Nákladově efektivnější pro velká množství |
| Flexibilita designu | Vysoká flexibilita pro změny designu | Méně flexibilní pro změny designu |
| Povrchová úprava | Často vyžaduje post zpracování | Může produkovat hladké povrchové úpravy přímo |
| Dovednost operátora | Vyžaduje méně kvalifikované operátory | Vyžaduje vysoce kvalifikované operátory |
| Náklady na vybavení | Nižší počáteční náklady na vybavení | Vyšší počáteční náklady na vybavení |
| Nástroje | Vyžaduje se minimální nástroje | Rozsáhlé nástroje často potřeba |
| Udržitelnost | Udržitelnější kvůli menšímu odpadu | Méně udržitelné kvůli materiálnímu odpadu |
| Vnitřní funkce | Může snadno vytvořit vnitřní funkce | Obtížné vytvořit interní funkce |
| Omezení velikosti | Obecně omezeno na menší části | Může produkovat rozsáhlé díly |
| Následné zpracování | Často vyžaduje více kroků | Vyšší úroveň dokončení po počátečním procesu |
Hybridní výrobní procesy
Hybridní výroba kombinuje výrobu aditiv (AM) a subtraktivní výrobu (SM). Tento přístup využívá silné stránky obou metod a vytváří výkonnou synergii ve výrobě.
Definice a výhody
Hybridní procesy integrují techniky AM a SM:
Mezi výhody patří:
Příklad toku procesu:
3D vytiskněte tvar téměř sítě
Obrábění CNC pro přesné rozměry
Lesk pro vynikající povrch povrchu
Běžné aplikace
Hybridní výroba vyniká v různých oblastech:
| pro aplikaci | Přínos |
| Nástroje | Složité návrhy s těsnými tolerancemi |
| Přípravky a příslušenství | Vlastní tvary s odolnými povrchovými úpravami |
| Díly s vysokou tolerací | Složité geometrie s přesnými funkcemi |
Odvětví využívající hybridní procesy:
Aerospace
Automobilový průmysl
Zdravotnické prostředky
Vlastní výroba
Výběr mezi aditivní a subtrakční výrobou
Výběr správné metody výroby závisí na různých faktorech. Každý proces nabízí zřetelné výhody, takže je zásadní sladit svůj výběr s požadavky na projekt.
Při výběru metody výroby je třeba zvážit faktory
Materiální požadavky
Volba materiálu hraje významnou roli. Aditivní výroba (AM) obvykle funguje nejlépe s plasty a některými kovy, zatímco subtraktivní výroba (SM) zvládne širokou škálu materiálů, včetně kovů, plastů, dřeva a skla. Pokud potřebujete těžko dobavitelné materiály nebo vyšší trvanlivost, SM je často lepší volbou.
Částečná složitost a design
Pro složité návrhy se složitými geometriemi - jako jsou vnitřní dutiny nebo kloubové klouby - AM vynikají, což umožňuje vysoké přizpůsobení. SM, i když přesný, může bojovat s extrémně složitými návrhy. Je vhodnější pro jednodušší nebo střední geometrie, kde jsou nutné těsné tolerance.
Objem výroby a škálovatelnost
AM je ideální pro objemy nízkého a středního výroby, jako je rychlá prototypování nebo malá dávka. Pro rozsáhlou výrobu je SM mnohem efektivnější, zejména při produkci tisíců stejných částí. Jak se zvyšuje objem výroby, je jasná nákladová efektivita SM.
Časová doba a čas na trh
Projekty vyžadující krátkou dodací lhůtu z AM z důvodu minimálního nastavení a rychlého přechodu z designu na produkt. U větších výrobních běhů však SM může nabídnout rychlejší výrobní časy, jakmile je nastavení dokončeno, zejména pro kovové díly.
Omezení rozpočtu a nákladů
AM je nákladově efektivnější pro malé, složité části, zejména při prototypování. SM se však stává ekonomičtější pro větší části nebo vysoké objemy výroby. Náklady na nastavení a náklady na část se obvykle snižují se zvyšováním objemu SM.
Cíle udržitelnosti
AM generuje méně plýtvání, což z něj činí udržitelnější možnost. SM, zatímco rychlejší pro velké běhy, produkuje významný materiál ve formě žetonů nebo kousků. Pokud je udržitelnost klíčovou prioritou, může být lepší fit.
Rozhodovací matice pro aditivum vs. subtraktivní výroba
Následující rozhodovací matice poskytuje rychlé srovnání faktorů, které vám pomohou zvolit správnou metodu:
| faktorů | (AM) (SM) | Subtraktivní výroba výroby |
| Rozsah materiálu | Omezené (většinou plasty, některé kovy) | Široký (kovy, plasty, dřevo, sklo) |
| Složitost součásti | Zpracovává složité, složité návrhy | Nejlepší pro jednodušší a přesné geometrie |
| Objem výroby | Ideální pro malé dávky, prototypování | Efektivní pro hromadnou výrobu |
| Dodací lhůta | Rychlejší nastavení, rychlé obrat | Pomalejší nastavení, rychlejší pro velké běhy |
| Náklady | Dražší pro velké části nebo kovy | Nákladově efektivnější při vyšších objemech |
| Udržitelnost | Méně plýtvání, udržitelnější | Významný odpad, méně udržitelný |
Tuto matici použijte k přizpůsobení potřeb vašeho projektu se silnými stránkami každé výrobní metody.
Aplikace aditivní a subtrakční výroby v reálném světě
Aditivní výroba (AM) a subtraktivní výroba (SM) hrají klíčové role v různých průmyslových odvětvích. Jejich aplikace se nadále rozšiřují a vyvíjejí se.
Aerospace a letectví
AM: Lehké komponenty, složité geometrie
SM: HIGH-Precision Sout Engine, strukturální prvky
Automobilový průmysl
AM: Rychlé prototypování, vlastní díly
SM: Bloky motoru, komponenty přenosu
Lékařské a zubní
AM: Vlastní implantáty, protetika
SM: Chirurgické nástroje, zubní koruny
Spotřební zboží a elektronika
AM: Personalizované výrobky, malé předměty
SM: Smartphone pouzdra, komponenty notebooku
Průmyslové stroje a nástroje
Architektura a konstrukce
AM: Modely měřítka, dekorativní prvky
SM: Strukturální komponenty, fasádové prvky
Závěr
Aditivní a subtraktivní výroba má jedinečné silné a slabé stránky. Am vyniká v komplexních návrzích a přizpůsobení. SM nabízí přesnost a všestrannost materiálu.
Porozumění těmto rozdílům je zásadní pro přijímání informovaných výrobních rozhodnutí. Při výběru metody zvažte specifické potřeby vašeho projektu.
Vyhodnoťte faktory, jako je materiál, složitost, objem a náklady. To vám pomůže vybrat nejlepší přístup pro vaše výrobní cíle.
