کدام فرآیند تولید بهتر است - لایه ها یا حذف مواد؟ تولید افزودنی و تفریق از روشهای قابل توجهی متفاوت است. درک این تفاوت ها برای انتخاب روش مناسب مهم است.
در این پست ، مزایا ، محدودیت ها و برنامه های دنیای واقعی آنها را بررسی خواهیم کرد. شما یاد می گیرید که چگونه بین این دو رویکرد برای پروژه بعدی خود تصمیم بگیرید.
تولید افزودنی چیست؟
تولید افزودنی (AM) فرایندی است که با اضافه کردن لایه مواد بر اساس لایه ، اشیاء را ایجاد می کند ، به طور معمول بر اساس یک مدل سه بعدی. بر خلاف روشهای سنتی ، که مواد را از بین می برد ، قطعاتی را از ابتدا می سازد و امکان طراحی پیچیده و کارآیی مواد را فراهم می کند.
تاریخچه مختصر تولید افزودنی
مفهوم AM به دهه 1980 باز می گردد ، هنگامی که برای اولین بار فناوری های چاپ سه بعدی معرفی شدند. نوآوری های اولیه با هدف نمونه سازی سریع ، ارائه راه های سریعتر و مقرون به صرفه تر برای ایجاد نمونه های اولیه محصول انجام شد. از آن زمان ، AM به طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی ، از جمله هوافضا ، خودرو و زمینه های پزشکی تبدیل شده است.
تولید افزودنی چگونه کار می کند
تولید افزودنی با یک مدل CAD آغاز می شود. این مدل با استفاده از نرم افزار به لایه های نازک بریده می شود. دستگاه AM سپس مواد ، لایه بر روی لایه را اضافه می کند ، تا زمانی که شی نهایی شکل بگیرد. مواد مورد استفاده از پلاستیک تا فلزات متغیر است. بسته به فرآیند ، ممکن است برای تکمیل قسمت ، پس از پردازش مانند تمیز کردن یا پخت ، نیاز داشته باشد.
تکنیک های رایج تولید افزودنی
چندین تکنیک زیر چتر AM قرار می گیرند که هر کدام مزایای منحصر به فردی را ارائه می دهند:
چاپ سه بعدی
چاپ سه بعدی شناخته شده ترین روش AM است. این اشیاء را با لایه بندی موادی مانند پلاستیک یا فلز می سازد. ایده آل برای قطعات و نمونه های سفارشی ، برای برنامه های کوچکتر به طور گسترده و مقرون به صرفه است.
لیزر انتخابی (SLS)
SLS از لیزر برای مواد پودر شده پودر ، به طور معمول پلاستیکی یا فلز ، به قسمت های جامد استفاده می کند. این برای ایجاد نمونه های اولیه با دوام و کاربردی با هندسه های پیچیده شناخته شده است.
مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM)
FDM با اکسترود کردن رشته های ترموپلاستیک از طریق نازل گرم شده کار می کند. معمولاً برای نمونه سازی و تولید قطعات پلاستیکی کم هزینه استفاده می شود.
استریولیتوگرافی (SLA)
SLA از نور ماوراء بنفش برای درمان لایه رزین مایع بر اساس لایه استفاده می کند و قطعات بسیار دقیقی را با اتمام صاف ایجاد می کند. این برای طرح های پیچیده و جزئیات دقیق مناسب است.
لیزر فلزی مستقیم (DML)
DMLS با پختن پودرهای فلزی ریز با استفاده از لیزر قطعات فلزی را می سازد. این تکنیک برای تولید اجزای فلزی پیچیده و قوی برای صنایعی مانند هوافضا ایده آل است.
تکنیک های تولید افزودنی اضافی
علاوه بر روشهای متداول ، چندین تکنیک پیشرفته دیگر در دسترس است:
Binder Jetting : یک ماده اتصال دهنده به طور انتخابی بین لایه های پودر رسوب می کند و ساختارهای پیچیده ای را ایجاد می کند.
رسوب انرژی کارگردانی (DED) : این تکنیک از انرژی حرارتی متمرکز برای فیوز مواد استفاده می کند زیرا آنها رسوب می شوند ، که اغلب برای تعمیر یا افزودن ویژگی ها به قطعات موجود استفاده می شود.
اکستروژن مواد : مواد به صورت انتخابی از طریق نازل برای ساخت لایه ها ، که معمولاً با ترموپلاستیک استفاده می شود ، اکسترود می شوند.
Jetting Material : قطرات مواد برای ایجاد قطعات دقیق ، اغلب با استفاده از فتوپلیمرها ، به صورت لایه ای رسوب می شوند.
لمینیت ورق : ورق های مواد به صورت لایه ای به لایه پیوند می خورند ، مناسب برای فلزات و کامپوزیت ها.
Photopolymerization مالیات بر ارزش افزوده : رزین مایع به صورت انتخابی توسط نور برای تشکیل قطعات جامد درمان می شود و کاربردهای آن در نمونه سازی و تولید است.
مزایای تولید افزودنی
تولید افزودنی (AM) مزایای بی شماری را در سراسر صنایع ارائه می دهد. این مزایا آن را به یک تغییر دهنده بازی در تولید مدرن تبدیل می کند.
اتلاف مواد کاهش یافته
AM فقط از مواد مورد نیاز برای محصول نهایی استفاده می کند. این رویکرد به طور قابل توجهی زباله ها را در مقایسه با روشهای سنتی کاهش می دهد.
هندسه های پیچیده و طرح های پیچیده
AM در ایجاد اشکال پیچیده عالی است. این می تواند با تکنیک های معمولی قطعات غیرممکن تولید کند.
کانال های داخلی
ساختارهای مشبک
اشکال ارگانیک
نمونه سازی سریعتر و زمان سرب کوتاه تر
نمونه سازی سریع با AM به واقعیت تبدیل می شود. این اجازه می دهد تا تکرار سریع و چرخه توسعه سریعتر محصول. نمونه سازی
| نمونه سازی سنتی | AM |
| هفته ها تا ماه ها | ساعت تا روز |
| چند مرحله | یک فرایند |
| هزینه های ابزار بالا | بدون ابزار |
تولید دسته ای کوچک مقرون به صرفه
در تولید مقادیر کمی می درخشد. این نیاز به قالب های گران قیمت یا ابزار را از بین می برد.
پایداری بهبود یافته
کاهش زباله ها به بهبود پایداری ترجمه می شود. من از منابع و انرژی استفاده می کنم.
پتانسیل برای سفارشی سازی انبوه
AM محصولات خیاطی را به نیازهای فردی امکان پذیر می کند. این امکانات جدیدی را در زمینه های مختلف باز می کند:
کاشت پزشکی
جواهرات سفارشی
کالاهای مصرفی شخصی
مضرات تولید افزودنی
در حالی که تولید افزودنی (AM) مزایای بسیاری را ارائه می دهد ، محدودیت هایی نیز دارد. درک این اشکالات برای کاربرد مؤثر آن بسیار مهم است.
گزینه های محدود مواد
AM از مواد کمتری نسبت به روشهای تفریحی استفاده می کند. این محدودیت می تواند استفاده از آن در صنایع خاص را محدود کند.
مواد مشترک AM:
ترموپلاستیک
برخی از فلزات
سرامیک های خاص
کندتر تولید حجم زیاد
AM در دسته های کوچک برتری دارد اما در تولید انبوه تاخیر می کند. روشهای سنتی اغلب از آن برای حجم زیاد پیشی می گیرند.
| حجم تولید | سرعت | سنتی سرعت |
| کوچک (1-100) | سریع | آهسته |
| متوسط (100-1000) | معتاد | سریع |
| بزرگ (1000+) | آهسته | خیلی سریع |
هزینه های بالاتر تولید در مقیاس بزرگ
برای تولید انبوه ، AM می تواند گرانتر باشد. هزینه هر واحد با حجم به میزان قابل توجهی کاهش نمی یابد.
دقت قسمت پایین و پایان سطح
قطعات AM ممکن است دقت کمتری نسبت به قسمتهای ماشینکاری داشته باشند. سطح سطح آنها اغلب نیاز به پیشرفت دارد.
چالش های تحمل محکم
دستیابی به تحمل های محکم با AM دشوار است. این می تواند برای قطعاتی که نیاز به تناسب دقیق دارند ، مشکل ساز باشد.
الزامات پس از پردازش
بیشتر قطعات AM بعد از چاپ به کارهای اضافی احتیاج دارند. این باعث می شود زمان و هزینه به روند تولید اضافه شود.
مراحل مشترک پس از پردازش:
حذف ساختارهای پشتیبانی
هموار سازی سطح
عملیات حرارتی
نقاشی یا روکش
تولید تفریق چیست؟
تولید کمرنگ (SM) با از بین بردن مواد از یک بلوک جامد ، اشیاء را ایجاد می کند. این یک روش سنتی است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
تاریخ کوتاه
تاریخ SM به زمان های باستان باز می گردد. نمونه های اولیه شامل حک کردن سنگی و نجاری است. SM مدرن با انقلاب صنعتی تکامل یافت و منجر به ابزارهای دقیق ماشین شد.
چگونه کار می کند
SM با یک قطعه بزرگتر از مواد شروع می شود. ماشین ها یا ابزار سپس مواد اضافی را برای ایجاد شکل مورد نظر از بین می برند.
تکنیک های مشترک
ماشینکاری CNC
دستگاه های کنترل عددی رایانه (CNC) از دستورالعمل های برنامه ریزی شده برای حذف مواد استفاده می کنند.
فرز: با استفاده از ابزارهای چرخان ، مواد را برش می دهد
چرخش: با چرخاندن قطعه کار ، قطعات استوانه ای را شکل می دهد
حفاری: سوراخ هایی در مواد ایجاد می کند
برش لیزر
این روش از لیزر با قدرت بالا برای برش مواد استفاده می کند. این دقیق است و روی مواد مختلف کار می کند.
برش واترجت
برش Waterjet از آب پر فشار ، که اغلب با ذرات ساینده مخلوط می شوند ، برای برش مواد استفاده می کند.
برش پلاسما
برش پلاسما با استفاده از یک گاز رسانا برقی ، مواد را ذوب می کند. این برای برش فلز مؤثر است.
ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM)
EDM برای از بین بردن مواد از تخلیه های الکتریکی استفاده می کند. این برای فلزات سخت و شکل های پیچیده ایده آل است.
جزئیات بیشتر
فرآیندهای ماشینکاری
سنگ زنی: از چرخ های ساینده برای اتمام سطح ریز استفاده می کند
reaming: سوراخ ها را بزرگ می کند و به پایان می رساند
خسته کننده: سوراخ هایی را با ابزارهای برش تک نقطه ای بزرگ می کند
اصول EDM
EDM با ایجاد جرقه های الکتریکی کنترل شده بین الکترود و قطعه کار کار می کند.
پارامترهای برش لیزر
قدرت: عمق برش را تعیین می کند
سرعت: بر کیفیت برش تأثیر می گذارد
تمرکز: بر دقت تأثیر می گذارد
پارامترهای برش واترجت
فشار: به طور معمول 60،000 psi یا بالاتر
سرعت جریان ساینده: بر سرعت و کیفیت برش تأثیر می گذارد
قطر نازل: تأثیر عرض و دقت را تحت تأثیر قرار می دهد
مزایای تولید کمرنگ
تولید تفریحی (SM) مزایای بی شماری را در صنایع ارائه می دهد. این مزایا آن را به یک روش مهم در تولید مدرن تبدیل می کند.
طیف گسترده ای از مواد سازگار
SM با انواع گسترده ای از مواد کار می کند:
فلزات (فولاد ، آلومینیوم ، تیتانیوم)
پلاستیک (ABS ، PVC ، اکریلیک)
کامپوزیت ها (فیبر کربن ، فایبرگلاس)
چوب
شیشه
سنگ
این تطبیق پذیری به SM اجازه می دهد تا نیازهای متنوع تولید را برآورده کند.
دقت و دقت بالا
SM در ایجاد قطعات بسیار دقیق عالی است. این تحمل محکم ، اغلب به اندازه 0.001 اینچ.
| تکنیک | تحمل معمولی |
| آسیاب CNC | 0.0005 ' |
| EDM | ± 0.0001 ' |
| برش لیزر | 0.003 ' |
پایان سطح عالی
SM قطعاتی با کیفیت سطح برتر تولید می کند. این اغلب نیاز به فرآیندهای اضافی اضافی را از بین می برد.
تولید با حجم بزرگ سریعتر
برای تولید با حجم بالا ، روشهای افزودنی SM Outpaces:
دستگاه های CNC چند محوره به سرعت کار می کنند
تغییر ابزار خودکار باعث کاهش خرابی می شود
عملیات همزمان در بخش های مختلف
تولید با حجم بالا مقرون به صرفه
SM با افزایش حجم تولید اقتصادی تر می شود. هزینه های اولیه تنظیم با نرخ تولید سریعتر جبران می شود.
ایجاد قسمت در مقیاس بزرگ
SM به راحتی اجزای بزرگ را کنترل می کند. این برای صنایعی که به قطعات قابل توجهی نیاز دارند ایده آل است:
مضرات تولید کمرنگ
در حالی که تولید SUFPRACTIVE (SM) مزایای بسیاری را ارائه می دهد ، محدودیت هایی نیز دارد. درک این اشکالات برای کاربرد مؤثر ضروری است.
زباله های بالاتر مواد
SM برای ایجاد قطعات مواد را حذف می کند. این فرآیند زباله های قابل توجهی ایجاد می کند:
حداکثر 90 ٪ مواد در بعضی موارد می توانند به ضایعات تبدیل شوند
گزینه های بازیافت ممکن است برای مواد خاص محدود باشد
افزایش تأثیرات زیست محیطی به دلیل دفع زباله
ایجاد هندسه پیچیده محدود
مبارزات SM با طرح های پیچیده:
حفره های داخلی برای تولید چالش برانگیز است
اشکال خاص ممکن است به چندین تنظیم یا ابزار تخصصی نیاز داشته باشد
برخی از ویژگی های پیچیده ممکن است برای ماشینکاری غیرممکن باشد
زمان تنظیم طولانی تر و هزینه های ابزار بالاتر
SM اغلب نیاز به آماده سازی گسترده دارد:
| جنبه | تأثیر |
| انتخاب ابزار | وقت گیر |
| برنامه نویسی | نیاز به تخصص دارد |
| ایجاد فیکسچر | هزینه اضافی |
انعطاف پذیری کمتر طراحی
اصلاح طرح در SM می تواند پرهزینه باشد:
تغییرات ممکن است نیاز به ابزار جدید داشته باشد
ماشین های برنامه ریزی مجدد اغلب لازم است
تنظیمات موجود ممکن است منسوخ شود
الزامات مهارت بالاتر اپراتور
دستگاه های SM نیاز به اپراتورهای ماهر دارند:
هزینه های سایش و جایگزینی ابزار
ابزارهای SM با گذشت زمان تخریب می شوند:
جایگزینی منظم ابزار لازم است
ابزارهای با کیفیت بالا می توانند گران باشند
ابزارهای فرسوده می توانند بر کیفیت قسمت تأثیر بگذارند
مقایسه مواد افزودنی در مقابل تولید کمبود
| ابعاد | تولید افزودنی | تولید کمتری |
| فرآیند | با اضافه کردن لایه هایی از مواد ، اشیاء را می سازد | برای ایجاد اشیاء ، مواد را از یک قطعه بزرگتر حذف می کند |
| زباله های مادی | حداقل زباله | زباله های مادی بالا |
| مواد سازگار | محدود (عمدتا پلاستیک و برخی از فلزات) | دامنه گسترده (فلزات ، پلاستیک ، چوب ، شیشه ، سنگ) |
| پیچیدگی | می تواند هندسه های بسیار پیچیده و پیچیده ای تولید کند | مناسب تر برای هندسه های نسبتاً ساده |
| دقت | کمتر دقیق (تحمل به اندازه 0.100 میلی متر) | دقیق تر (تحمل به اندازه 0.025 میلی متر) |
| حجم تولید | مناسب برای دسته های کوچک | ایده آل برای تولید بزرگ |
| سرعت | برای حجم های بزرگ کندتر | برای حجم های بزرگ سریعتر |
| هزینه | مقرون به صرفه تر برای مقادیر کمی | مقرون به صرفه تر برای مقادیر زیاد |
| انعطاف پذیری طراحی | انعطاف پذیری بالا برای تغییرات طراحی | برای تغییرات طراحی کمتر انعطاف پذیر است |
| پایان سطح | اغلب نیاز به پردازش پس از | می تواند به طور مستقیم به پایان برسد |
| مهارت اپراتور | به اپراتورهای ماهر کمتری نیاز دارد | به اپراتورهای بسیار ماهر نیاز دارد |
| هزینه تجهیزات | هزینه تجهیزات اولیه پایین | هزینه تجهیزات اولیه بالاتر |
| ابزار | حداقل ابزار مورد نیاز | ابزار گسترده ای که اغلب مورد نیاز است |
| پایداری | پایدارتر به دلیل زباله کمتر | به دلیل زباله های مادی کمتر پایدار است |
| ویژگی های داخلی | به راحتی می تواند ویژگی های داخلی ایجاد کند | ایجاد ویژگی های داخلی دشوار است |
| محدودیت های اندازه | به طور کلی محدود به قطعات کوچکتر | می تواند قطعات در مقیاس بزرگ را تولید کند |
| پس از فرآیند | اغلب به چندین مرحله نیاز دارد | سطح تکمیل بالاتر پس از فرآیند اولیه |
فرآیندهای تولید ترکیبی
تولید هیبریدی ترکیب مواد افزودنی (AM) و تولید کمرنگ (SM) را ترکیب می کند. این رویکرد از نقاط قوت هر دو روش استفاده می کند و باعث ایجاد هم افزایی قدرتمند در تولید می شود.
تعریف و مزایا
فرآیندهای هیبریدی تکنیک های AM و SM را ادغام می کنند:
مزایا شامل:
جریان فرآیند مثال:
چاپ سه بعدی یک شکل نزدیک به شبکه
ماشینکاری CNC برای ابعاد دقیق
لهستانی برای پایان سطح برتر
برنامه های مشترک
تولید ترکیبی در مناطق مختلف برتری دارد:
| کاربردی | سود |
| ابزار | طرح های پیچیده با تحمل های محکم |
| جیگ ها و وسایل | اشکال سفارشی با اتمام بادوام |
| قطعات تحمل بالا | هندسه های پیچیده با ویژگی های دقیق |
صنایع با استفاده از فرآیندهای ترکیبی:
هوا و فضا
خودرو
دستگاه های پزشکی
ساخت سفارشی
انتخاب بین تولید افزودنی و تفریق
انتخاب روش تولید مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد. هر فرآیند مزایای مشخصی را ارائه می دهد ، بنابراین تراز کردن انتخاب خود با نیازهای پروژه بسیار مهم است.
عواملی که باید هنگام انتخاب روش تولید در نظر بگیرید
الزامات مادی
انتخاب مواد نقش مهمی ایفا می کند. تولید مواد افزودنی (AM) به طور معمول با پلاستیک و برخی از فلزات بهتر کار می کند ، در حالی که تولید کمرنگ (SM) می تواند طیف گسترده ای از مواد از جمله فلزات ، پلاستیک ، چوب و شیشه را اداره کند. اگر به مواد سخت دستگاه یا دوام بالاتر احتیاج دارید ، SM اغلب گزینه بهتری است.
پیچیدگی و طراحی جزئی
برای طرح های پیچیده با هندسه های پیچیده - از جمله حفره های داخلی یا اتصالات مفصل - در مورد عالی ، امکان سفارشی سازی بالا را فراهم می کند. SM ، در حالی که دقیق است ، ممکن است با طرح های بسیار پیچیده مبارزه کند. برای هندسه های ساده تر یا میانی که در آن تحمل های محکم لازم است ، مناسب تر است.
حجم تولید و مقیاس پذیری
AM برای حجم تولید کم و متوسط مانند نمونه سازی سریع یا تولید دسته کوچک ایده آل است. برای تولید در مقیاس بزرگ ، SM به مراتب کارآمدتر است ، به خصوص هنگام تولید هزاران قسمت یکسان. با افزایش حجم تولید ، مقرون به صرفه بودن SM مشخص می شود.
زمان و زمان به بازار
پروژه هایی که نیاز به زمان کوتاه سرب دارند به دلیل حداقل راه اندازی و انتقال سریع از طراحی به محصول ، از AM بهره مند می شوند. با این حال ، برای اجرای بیشتر تولید ، SM می تواند زمان تولید سریعتر را پس از اتمام تنظیم ، به خصوص برای قطعات فلزی ارائه دهد.
محدودیت های بودجه و هزینه
AM برای قطعات کوچک و پیچیده ، به ویژه هنگام نمونه سازی ، مقرون به صرفه تر است. با این حال ، SM برای قطعات بزرگتر یا حجم تولید بالا اقتصادی تر می شود. هزینه های تنظیم و هزینه هر قسمت به طور معمول با افزایش حجم در SM کاهش می یابد.
اهداف پایداری
AM زباله های کمتری تولید می کند و آن را به گزینه ای پایدار تر تبدیل می کند. SM ، در حالی که برای اجرای بزرگ سریعتر ، زباله های قابل توجهی را به صورت تراشه یا ضایعات تولید می کند. اگر پایداری اولویت اصلی باشد ، ممکن است AM مناسب تر باشد.
ماتریس تصمیم گیری برای افزودنی در مقابل تولید تفریق
ماتریس تصمیم گیری زیر مقایسه سریع فاکتورها را برای کمک به شما در انتخاب روش مناسب فراهم می کند: تولید افزودنی
| فاکتور | (AM) | تولید تفریق (SM) |
| دامنه مواد | محدود (بیشتر پلاستیک ، برخی از فلزات) | گسترده (فلزات ، پلاستیک ، چوب ، شیشه) |
| پیچیدگی جزئی | طرح های پیچیده و پیچیده | بهترین ها برای هندسه های ساده تر و دقیق |
| حجم تولید | ایده آل برای دسته کوچک ، نمونه سازی نمونه | برای تولید انبوه کارآمد است |
| زمان پیشرو | تنظیم سریعتر ، چرخش سریع | تنظیم کندتر ، سریعتر برای اجرای بزرگ |
| هزینه | برای قطعات بزرگ یا فلزات گران تر است | مقرون به صرفه تر در حجم بالاتر |
| پایداری | زباله های کمتر ، پایدارتر | زباله های قابل توجه ، پایدار کمتر |
از این ماتریس برای تراز کردن نیازهای پروژه خود با نقاط قوت هر روش تولید استفاده کنید.
کاربردهای دنیای واقعی تولید افزودنی و تفریحی
تولید مواد افزودنی (AM) و تولید تفریحی (SM) نقش مهمی در صنایع مختلف ایفا می کند. برنامه های آنها همچنان گسترش و تکامل می یابد.
هوافضا و هوانوردی
صنعت خودرو
پزشکی و دندانپزشکی
کالاهای مصرفی و الکترونیک
ماشین آلات صنعتی و ابزار
معماری و ساخت و ساز
پایان
تولید افزودنی و تفریحی هر یک از نقاط قوت و ضعف منحصر به فرد دارند. AM در طرح های پیچیده و سفارشی سازی عالی است. SM با دقت و تطبیق پذیری مواد را ارائه می دهد.
درک این اختلافات برای تصمیم گیری در مورد تولید آگاهانه بسیار مهم است. نیازهای خاص پروژه خود را هنگام انتخاب یک روش در نظر بگیرید.
عواملی مانند مواد ، پیچیدگی ، حجم و هزینه را ارزیابی کنید. این به شما کمک می کند بهترین روش را برای اهداف تولید خود انتخاب کنید.
