Mikä valmistusprosessi on parempi - kerrosten lisääminen tai materiaalin poistaminen? Lisäaine ja vähentävä valmistus eroavat toisistaan merkittävällä tavoin. Näiden erojen ymmärtäminen on avain oikean menetelmän valitsemiseen.
Tässä viestissä tutkimme heidän etujaan, rajoituksia ja reaalimaailman sovelluksia. Opit kuinka päättää näiden kahden lähestymistavan välillä seuraavalle projektillesi.
Mikä on lisäaineiden valmistus?
Lisäainevalmistus (AM) on prosessi, joka luo esineitä lisäämällä materiaalikerroksen kerroksen mukaan, tyypillisesti 3D -malliin. Toisin kuin perinteiset menetelmät, jotka poistavat materiaalia, AM rakentaa osia tyhjästä, mikä mahdollistaa monimutkaiset mallit ja materiaalitehokkuuden.
Lyhyt lisäaineiden valmistushistoria
AM: n käsite juontaa juurensa 1980 -luvulle, jolloin 3D -tulostustekniikat otettiin ensimmäisen kerran käyttöön. Varhaisten innovaatioiden tavoitteena oli nopea prototyyppiä tarjoamalla nopeampia ja edullisempia tapoja luoda tuoteprototyyppejä. Siitä lähtien AM: n on kehittynyt laaja valikoima teollisia sovelluksia, mukaan lukien ilmailu-, auto- ja lääketieteelliset alat.
Kuinka lisäaineen valmistus toimii
Lisäaineiden valmistus alkaa CAD -mallilla. Malli viipaloidaan ohuiksi kerroksiksi ohjelmistolla. AM -kone lisää sitten materiaalia, kerroksen kerroksella, kunnes lopullinen objekti muodostuu. Käytetyt materiaalit vaihtelevat muovista metalleihin. Prosessista riippuen se voi vaatia jälkikäsittelyä, kuten puhdistusta tai paranemista, osan loppuun saattamiseksi.
Yleiset lisäaineiden valmistustekniikat
Useat tekniikat kuuluvat AM: n sateenvarjoon, jokainen tarjoaa ainutlaatuisia etuja:
3D -tulostus
3D -tulostus on tunnetuin AM -menetelmä. Se rakentaa esineitä kerrostamalla materiaaleja, kuten muovia tai metallia. Ihanteellinen räätälöityihin osiin ja prototyyppeihin, se on laajalti saatavissa ja kustannustehokas pienille sovelluksille.
Selektiivinen laser sintraus (SLS)
SLS käyttää laseria jauhemateriaalin, tyypillisesti muovin tai metallin, sintraamiseksi kiinteisiin osiin. Se tunnetaan luomalla kestäviä, toiminnallisia prototyyppejä monimutkaisten geometrioiden kanssa.
Sulatettu laskeutumismallinnus (FDM)
FDM toimii suulakepuristamalla kestomuovisia filamentteja lämmitetyn suuttimen läpi. Sitä käytetään yleisesti prototyyppien määrittämiseen ja edullisten muoviosien tuottamiseen.
Stereolitografia (SLA)
SLA käyttää ultraviolettivaloa nestemäisen hartsikerroksen parantamiseksi kerroksen mukaan, mikä luo erittäin tarkkoja osia sileillä viimeistelyillä. Se sopii monimutkaisia malleja ja hienoja yksityiskohtia.
Suora metallilaser sintraus (DMLS)
DMLS rakentaa metalliosia sintraamalla hienoja metallijauheita laserilla. Tämä tekniikka on ihanteellinen monimutkaisten, vahvojen metallikomponenttien tuottamiseen teollisuudelle, kuten ilmailutila.
Lisäaineiden valmistustekniikoita
Yleisesti tunnettujen menetelmien lisäksi on saatavana useita muita edistyneitä tekniikoita:
Sideaineen suihkutus : Sidonta -aine kerrostuu selektiivisesti jauhekerrosten välillä, mikä luo monimutkaisia rakenteita.
Ohjattu energian laskeuma (DED) : Tämä tekniikka käyttää keskittynyttä lämpöenergiaa materiaalien sulattamiseen, kun ne talletetaan, jota käytetään usein olemassa oleviin osiin ominaisuuksien korjaamiseen tai lisäämiseen.
Materiaalin suulakepuristus : Materiaali suulakepuristetaan selektiivisesti suuttimen läpi kerrosten rakentamiseksi, jota käytetään yleisesti kestomuovien kanssa.
Materiaalin suihkutus : Materiaalipisarat kerrostetaan kerroksella kerroksen avulla tarkkojen osien luomiseksi, usein fotopolymeerien avulla.
Arkin laminointi : Materiaalit on kiinnitetty kerros kerroksella, sopivat metalleille ja komposiiteille.
Alv -fotopolymerointi : Nestemäinen hartsi parannetaan selektiivisesti valossa kiinteiden osien muodostamiseksi, sovelluksilla sekä prototyyppien että tuotannon kanssa.
Lisäaineiden valmistuksen edut
Lisäainevalmistus (AM) tarjoaa lukuisia etuja kaikilla toimialoilla. Nämä edut tekevät siitä pelinvaihtimen nykyaikaisessa tuotannossa.
Vähentynyt materiaalijätteet
AM käyttää vain lopputuotteeseen tarvittavaa materiaalia. Tämä lähestymistapa vähentää merkittävästi jätteitä perinteisiin menetelmiin verrattuna.
Monimutkaiset geometriat ja monimutkaiset mallit
Olen erinomainen monimutkaisten muotojen luomisessa. Se voi tuottaa osia mahdotonta tehdä tavanomaisilla tekniikoilla.
Sisäiset kanavat
Hilarakenteet
Orgaaniset muodot
Nopeampi prototyyppien ja lyhyemmät läpimenoajat
Nopeasta prototyyppistä tulee todellisuus AM: n kanssa. Se sallii nopeat iteraatiot ja nopeammat tuotekehitysjaksot.
| Perinteinen prototyyppien | AM -prototyyppi |
| Viikkoihin kuukausiin | Tunteja päiviin |
| Useita vaiheita | Yksiprosessi |
| Korkeat työkalukustannukset | Ei työkalua |
Kustannustehokas pieni erätuotanto
Am loistaa pienten määrien tuottamisessa. Se eliminoi kalliiden muottien tai työkalujen tarpeen.
Parannettu kestävyys
Jätteiden vähentäminen johtaa parempaan kestävyyteen. AM Säästä resursseja ja energiaa.
Vähemmän raaka -aineiden kulutus
Vähentynyt kuljetustarpeet
Pienempi energian käyttö tuotannossa
Massamittausmahdollisuudet
AM mahdollistaa tuotteiden räätälöinnin yksilöllisiin tarpeisiin. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia eri aloilla:
Lisäaineiden valmistuksen haitat
Vaikka lisäainevalmistus (AM) tarjoaa monia etuja, sillä on myös rajoituksia. Näiden haittojen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää sen tehokkaalle sovellukselle.
Rajoitetut materiaalivaihtoehdot
AM käyttää vähemmän materiaaleja kuin vähentyviä menetelmiä. Tämä rajoitus voi rajoittaa sen käyttöä tietyillä toimialoilla.
Yleiset AM -materiaalit:
Kesoluoto
Jotkut metallit
Tietty keramiikka
Hitaampi suuren määrän tuotanto
Olen erinomainen pieninä erissä, mutta viivästyy massatuotannossa. Perinteiset menetelmät ylittävät sen usein suurille tilavuuksille.
| Tuotannon tilavuus | on nopeus | perinteinen nopeus |
| Pieni (1-100) | Nopeasti | Hidas |
| Keskipitkä (100-1000) | Kohtuullinen | Nopeasti |
| Suuri (yli 1000) | Hidas | Erittäin nopeasti |
Korkeammat laajamittaiset tuotantokustannukset
Massatuotantoa varten AM voi olla kalliimpaa. Yksikkökustannukset eivät vähene merkittävästi tilavuuden myötä.
Alaosan tarkkuus ja pintapinta
AM -osilla voi olla alhaisempi tarkkuus kuin koneistettuja. Niiden pintapinta vaatii usein parannusta.
Tiukka toleranssihaasteet
Tiukkojen toleranssien saavuttaminen on vaikeaa AM: n kanssa. Tämä voi olla ongelmallista tarkalle sopiville osille.
Jälkikäsittelyvaatimukset
Useimmat AM -osat tarvitsevat lisätyötä tulostamisen jälkeen. Tämä lisää aikaa ja kustannuksia tuotantoprosessiin.
Yleiset jälkikäsittelyvaiheet:
Mikä on vähentävä valmistus?
Subtraktiivinen valmistus (SM) luo esineitä poistamalla materiaali kiinteästä lohkosta. Se on perinteinen menetelmä, jota käytetään eri toimialoilla.
Lyhyt historia
SM juontaa juurensa muinaisiin aikoihin. Varhaisia esimerkkejä ovat kiviveistäminen ja puuntyöstö. Moderni SM kehittyi teollisen vallankumouksen kanssa, mikä johti tarkkoihin työstötyökaluihin.
Kuinka se toimii
SM alkaa suuremmalla materiaalilla. Koneet tai työkalut leikkaavat sitten ylimääräisen materiaalin halutun muodon luomiseksi.
Yleiset tekniikat
CNC -koneistus
Tietokoneen numeerinen ohjaus (CNC) -koneet käyttävät ohjelmoituja ohjeita materiaalin poistamiseen.
Jyrsintä: Leikkaa materiaalia kiertävillä työkaluilla
Kääntyminen: muodot lieriömäiset osat kiertämällä työkappalaa
Poraus: Luo aukkoja materiaaliin
Laserleikkaus
Tämä tekniikka käyttää suuritehoista laseria materiaalien leikkaamiseen. Se on tarkka ja toimii erilaisissa materiaaleissa.
Vesileikkaus
Waterjet-leikkaus käyttää korkeapaineista vettä, usein sekoitettuna hankaavien hiukkasten kanssa, materiaalien leikkaamiseen.
Plasman leikkaus
Plasman leikkaus sulaa materiaalia sähköisesti johtavaa kaasua käyttämällä. Se on tehokas metallin leikkaamiseen.
Sähköpäästökoneiden (EDM)
EDM käyttää sähköpäästöjä materiaalin poistamiseen. Se on ihanteellinen kovametalleille ja monimutkaisille muodoille.
Lisätiedot
Koneistusprosessit
Hioma: Käyttää hiomapyöriä hienoihin pintapintaisiin
Reaming: Laajentaa ja viimeistelee reikiä
Tylsää: Laajentaa reikiä yhden pisteen leikkaustyökaluilla
EDM -periaatteet
EDM toimii luomalla ohjattuja sähköisiä kipinöitä elektrodin ja työkappaleen välillä.
Laserleikkausparametrit
Teho: Määrittää leikkaussyvyyden
Nopeus: Vaikuttaa leikatun laatuun
Keskittyminen: Vaikuttaa tarkkuutta
Waterjet -leikkausparametrit
Paine: tyypillisesti 60 000 psi tai korkeampi
Hiomavirtaus: Vaikuttaa leikkauksenopeuteen ja laatuun
Suuttimen halkaisija: vaikutteet Leikkaus ja tarkkuus
Subtraktiivisen valmistuksen edut
Subtractive Manufacturing (SM) tarjoaa lukuisia etuja kaikilla toimialoilla. Nämä edut tekevät siitä tärkeän menetelmän nykyaikaisessa tuotannossa.
Laaja valikoima yhteensopivia materiaaleja
SM toimii laajan valikoiman materiaaleja:
Metallit (teräs, alumiini, titaani)
Muovit (ABS, PVC, akryyli)
Komposiitit (hiilikuitu, lasikuitu)
Puu
Lasi
Kivi
Tämä monipuolisuus antaa SM: lle mahdollisuuden vastata erilaisiin valmistustarpeisiin.
Korkea tarkkuus ja tarkkuus
SM on erinomainen luomalla erittäin tarkkoja osia. Se saavuttaa tiukat toleranssit, usein niin pienet kuin 0,001 tuumaa.
| Tekniikka | tyypillinen suvaitsevaisuus |
| CNC -jyrsintä | ± 0,0005 ' |
| EDM | ± 0,0001 ' |
| Laserleikkaus | ± 0,003 ' |
Erinomaiset pintapintaiset
SM tuottaa osia, joilla on korkeampi pinnan laatu. Tämä eliminoi usein lisäprosessien tarpeen.
Nopeampi suuren volyymin tuotanto
Suuren määrän tuotantoa varten SM Outpaces Additive -menetelmät:
Moniakseliset CNC-koneet toimivat nopeasti
Automaattinen työkalumuutos vähentää seisokkeja
Samanaikaiset toiminnot eri osiin
Kustannustehokas suuren määrän tuotanto
SM: stä tulee taloudellisempaa, kun tuotantomäärän kasvaa. Alkuperäiset asennuskustannukset kompensoivat nopeammat tuotantotasot.
Laajamittainen osan luominen
SM käsittelee helposti suuria komponentteja. Se on ihanteellinen teollisuudenaloille, jotka vaativat merkittäviä osia:
Ilmailu- ja lentokonekomponentit)
Automotive (moottorilohkot)
Rakentaminen (rakenneelementit)
Vähentävän valmistuksen haitat
Vaikka Subtractive Manufacturing (SM) tarjoaa monia etuja, sillä on myös rajoituksia. Näiden haittojen ymmärtäminen on välttämätöntä tehokkaalle sovellukselle.
Korkeampi materiaalijäte
SM poistaa materiaalin osien luomiseksi. Tämä prosessi tuottaa merkittävää jätettä:
Joissakin tapauksissa jopa 90% materiaalista voi tulla romua
Kierrätysvaihtoehdot voivat olla rajoitettuja tietyille materiaaleille
Lisääntyneitä ympäristövaikutuksia jätteiden hävittämisestä
Rajoitettu monimutkainen geometrian luominen
SM -kamppailee monimutkaisten kuvioiden kanssa:
Sisäiset ontelot ovat haastavia tuottaa
Tietyt muodot voivat vaatia useita asetuksia tai erikoistuneita työkaluja
Joitakin monimutkaisia ominaisuuksia voi olla mahdotonta koneella
Pidemmät asennusajat ja korkeammat työkalukustannukset
SM vaatii usein laajan valmistelun
| näkövaikutus | : |
| Työkalujen valinta | Aikaa vievä |
| Koneohjelmointi | Vaatii asiantuntemusta |
| Luoma | Ylimääräiset kustannukset |
Vähemmän suunnittelun joustavuus
SM: n mallien muokkaaminen voi olla kallista:
Muutokset voivat vaatia uutta työkalua
Uudelleenohjelmointikoneet ovat usein välttämättömiä
Nykyiset asetukset saattavat vanhentua
Korkeammat operaattorin taitovaatimukset
SM -koneet vaativat ammattitaitoisia operaattoreita:
Materiaalien ominaisuuksien ymmärtäminen
Tiedot leikkausnopeuksista ja rehunopeuksista
Kyky tulkita monimutkaisia teknisiä piirroksia
Työkalujen kulumis- ja korvauskustannukset
SM -työkalut hajoavat ajan myötä:
Säännöllinen työkalujen vaihtaminen on välttämätöntä
Korkealaatuiset työkalut voivat olla kalliita
Kuluneet työkalut voivat vaikuttaa osan laatuun
Additive vs. subtraktiivisen valmistusnäkymän
| lisäaineen | valmistus | Subtraktiivinen valmistus |
| Käsitellä | Rakentaa esineitä lisäämällä kerroksia materiaalia | Poistaa materiaalin suuremmasta kappaleesta esineiden luomiseksi |
| Materiaalijäte | Minimaalinen jäte | Korkea materiaalijäte |
| Yhteensopivat materiaalit | Rajoitettu (lähinnä muovit ja jotkut metallit) | Laaja valikoima (metallit, muovit, puu, lasi, kivi) |
| Monimutkaisuus | Voi tuottaa erittäin monimutkaisia ja monimutkaisia geometrioita | Soveltuu paremmin suhteellisen yksinkertaisiin geometrioihin |
| Tarkkuus | Vähemmän tarkkoja (toleranssit niin tiukka kuin 0,100 mm) | Tarkempia (toleranssit niin tiukka kuin 0,025 mm) |
| Tuotantomäärä | Sopii pieniin eriin | Ihanteellinen suurille tuotantojoukkueille |
| Nopeus | Hitaampi suurille tilavuuksille | Nopeampi suurille tilavuuksille |
| Maksaa | Kustannustehokkaampi pienille määrille | Kustannustehokkaampi suurille määrille |
| Suunnittelun joustavuus | Suuri joustavuus suunnittelumuutoksiin | Vähemmän joustava suunnittelumuutoksille |
| Pintapinta | Vaatii usein jälkikäsittelyä | Voi tuottaa sileitä viimeistelyjä suoraan |
| Operaattorin taito | Vaatii vähemmän ammattitaitoisia operaattoreita | Vaatii korkeasti koulutettuja operaattoreita |
| Laitteiden kustannukset | Alhaisemmat alkuperäiset laitteiden kustannukset | Suuremmat alkuperäiset laitekustannukset |
| Työkalu | Vaadittava minimaalinen työkalu | Laaja työkalu usein tarvitaan |
| Kestävyys | Kestävämpi vähemmän jätteiden takia | Vähemmän kestävä materiaalijätteen takia |
| Sisäiset ominaisuudet | Voi helposti luoda sisäisiä ominaisuuksia | Vaikea luoda sisäisiä ominaisuuksia |
| Koon rajoitukset | Yleensä rajoitettu pienempiin osiin | Voi tuottaa suuria osia |
| Jälkikäsittely | Vaatii usein useita vaiheita | Korkeampi valmistumisaste alkuperäisen prosessin jälkeen |
Hybridivalmistusprosessit
Hybridivalmistus yhdistää lisäaineiden valmistuksen (AM) ja vähentävän valmistuksen (SM). Tämä lähestymistapa hyödyntää molempien menetelmien vahvuuksia luomalla tehokkaan synergian tuotannossa.
Määritelmä ja edut
Hybridiprosessit integroivat AM- ja SM -tekniikat:
Etuuksia ovat:
Esimerkki prosessivirta:
3D-tulosta lähes verkko-muoto
CNC -koneistus tarkkojen ulottuvuuksien varalta
Kiillotus ylivoimaiselle pintakäsittelylle
Yleiset sovellukset
Hybridivalmistus on erinomainen eri alueilla
| sovellusetu | : |
| Työkalu | Monimutkaiset mallit, joissa on tiukka toleranssit |
| Jigit ja kalusteet | Mukautetut muodot kestävällä viimeistelyllä |
| Korkean väestönosat | Monimutkaiset geometriat, joissa on tarkat piirteet |
Hybridiprosesseja hyödyntävät teollisuudenalat:
Ilmailu-
Autoteollisuus
Lääkinnälliset laitteet
Räätälöity valmistus
Lisäaineiden ja vähentävän valmistuksen välillä
Oikean valmistusmenetelmän valitseminen riippuu useista tekijöistä. Jokainen prosessi tarjoaa selkeitä etuja, joten on tärkeää kohdistaa valintasi projektivaatimuksiin.
Tekijät, jotka on otettava huomioon valitessasi valmistusmenetelmää
Aineelliset vaatimukset
Materiaalin valinnalla on merkittävä rooli. Lisäainevalmistus (AM) toimii tyypillisesti parhaiten muovien ja joidenkin metallien kanssa, kun taas Subtraktive Manufacturing (SM) pystyy käsittelemään laajan valikoiman materiaaleja, mukaan lukien metallit, muovit, puu ja lasi. Jos tarvitset vaikeasti koneiden materiaaleja tai suurempaa kestävyyttä, SM on usein parempi vaihtoehto.
Osan monimutkaisuus ja suunnittelu
Monimutkaisissa malleissa, joissa on monimutkaisia geometrioita - kuten sisäiset ontelot tai nivelten nivelten - AM -arvot, mikä mahdollistaa suuren räätälöinnin. SM, vaikka se on tarkka, voi kamppailemaan erittäin monimutkaisten mallien kanssa. Se sopii paremmin yksinkertaisemmille tai välituotteille, joissa tiukka toleranssit ovat tarpeen.
Tuotannon tilavuus ja skaalautuvuus
AM on ihanteellinen matala- ja keskisuurille tuotantomäärille, kuten nopeaan prototyyppien tai pienen tuotantoon. Suuren mittakaavan tuotantoa varten SM on paljon tehokkaampi, etenkin tuotettaessa tuhansia identtisiä osia. Tuotannon määrän lisääntyessä SM: n kustannustehokkuus tulee selväksi.
Laitosaika ja markkinoille saattamisaika
Hankkeet, jotka vaativat lyhyen läpimenoajan hyötyä AM: stä minimaalisen asennuksen ja nopean siirtymisen vuoksi suunnittelusta tuotteeseen. Suurempien tuotantojuoksien aikana SM voi kuitenkin tarjota nopeampia valmistusaikoja, kun asennus on valmis, etenkin metalliosille.
Budjetti- ja kustannusrajoitukset
AM on kustannustehokkaampi pienille, monimutkaisille osille, etenkin prototyyppien yhteydessä. SM: stä tulee kuitenkin taloudellisempaa suuremmille osille tai suurille tuotantomäärille. Asennuskustannukset ja osaa kohden kustannukset vähenevät tyypillisesti, kun SM: n määrän nousu.
Kestävyystavoitteet
AM tuottaa vähemmän jätettä, mikä tekee siitä kestävämmän vaihtoehdon. SM, vaikkakin nopeampi suurten ajojen suhteen, tuottaa merkittävää materiaalijätettä sirujen tai romujen muodossa. Jos kestävyys on keskeinen prioriteetti, AM saattaa olla parempi sopivuus.
Additive vs. vähentävä valmistus matriisi
Seuraava päätösmatriisi tarjoaa nopean vertailun tekijöistä, jotka auttavat sinua valitsemaan oikea menetelmä:
| tekijä | lisäaineen valmistus (AM) | vähentävä valmistus (SM) |
| Materiaalialue | Rajoitettu (enimmäkseen muovit, jotkut metallit) | Leveät (metallit, muovit, puu, lasi) |
| Osa monimutkaisuutta | Käsittelee monimutkaisia, monimutkaisia malleja | Paras yksinkertaisemmille, tarkemmille geometrioille |
| Tuotantomäärä | Ihanteellinen pienerälle, prototyyppille | Tehokas massatuotantoon |
| Läpimenoaika | Nopeampi asennus, nopea käännös | Hitaampi asennus, nopeampi suurille ajoille |
| Maksaa | Kalliimpi suurille osille tai metalleille | Kustannustehokkaampi suuremmilla määrillä |
| Kestävyys | Vähemmän jätettä, kestävämpi | Merkittävä jäte, vähemmän kestävä |
Käytä tätä matriisia kohdistaaksesi projektin tarpeet kunkin valmistusmenetelmän vahvuuksiin.
Lisäaineiden ja vähentävän valmistuksen reaalimaailman sovellukset
Lisäaineiden valmistuksella (AM) ja Subtraktive Manufacturing (SM) on tärkeä rooli eri toimialoilla. Heidän sovelluksensa laajentuvat ja kehittyvät edelleen.
Ilmailu- ja ilmailu
AM: Kevyet komponentit, monimutkaiset geometriat
SM: Korkean tarkkuuden moottorin osat, rakenneelementit
Autoteollisuus
AM: Nopea prototyypin, mukautetut osat
SM: Moottorin lohkot, voimansiirtokomponentit
Lääketieteellinen ja hammaslääketieteellinen
AM: Mukautetut implantit, proteesit
SM: Kirurgiset instrumentit, hammaslääkärit
Kulutustavarat ja elektroniikka
AM: Henkilökohtaiset tuotteet, pienerätuotteet
SM: Älypuhelinkotelot, kannettavan tietokoneen komponentit
Teollisuuskoneet ja työkalut
Arkkitehtuuri ja rakentaminen
AM: Skaalamallit, koristeelliset elementit
SM: Rakenteelliset komponentit, julkisivuelementit
Johtopäätös
Lisäaine ja vähentävä valmistus on jokaisella ainutlaatuisia vahvuuksia ja heikkouksia. Olen erinomainen monimutkaisissa malleissa ja räätälöinnissä. SM tarjoaa tarkkuutta ja aineellista monipuolisuutta.
Näiden erojen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää tietoon perustuvien valmistuspäätösten tekemisessä. Harkitse projektin erityistarpeita valittaessa menetelmää.
Arvioi tekijät, kuten materiaali, monimutkaisuus, tilavuus ja kustannukset. Tämä auttaa sinua valitsemaan parhaan lähestymistavan valmistustavoitteisiisi.
