Koji je postupak proizvodnje bolji - dodavanje slojeva ili uklanjanje materijala? Aditivna i oduzimajuća proizvodnja razlikuju se na značajne načine. Razumijevanje tih razlika ključno je za odabir prave metode.
U ovom ćemo postu istražiti njihove prednosti, ograničenja i aplikacije u stvarnom svijetu. Naučit ćete kako odlučiti između ova dva pristupa za svoj sljedeći projekt.
Što je aditivna proizvodnja?
Aditivna proizvodnja (AM) je postupak koji stvara predmete dodavanjem sloja materijala prema sloju, obično se temelji na 3D modelu. Za razliku od tradicionalnih metoda koje uklanjaju materijal, AM konstruira dijelove ispočetka, omogućujući zamršene dizajne i učinkovitost materijala.
Kratka povijest proizvodnje aditiva
Koncept AM datira iz 1980 -ih, kada su prvi put uvedene tehnologije 3D ispisa. Rane inovacije bile su usmjerene na brzo prototipiranje, pružajući brže, pristupačnije načine stvaranja prototipa proizvoda. Od tada se AM razvio u širok spektar industrijskih primjena, uključujući zrakoplovna, automobilska i medicinska područja.
Kako funkcionira aditivna proizvodnja
Aditivna proizvodnja započinje CAD modelom. Model je narezan u tanke slojeve pomoću softvera. AM stroj zatim dodaje materijal, sloj prema sloju, sve dok se ne formira konačni objekt. Korišteni materijali kreću se od plastike do metala. Ovisno o procesu, može zahtijevati da se obrada, poput čišćenja ili izlječenja, dovrši dio.
Uobičajene tehnike proizvodnje aditiva
Nekoliko tehnika spada pod kišobran AM, a svaka nudi jedinstvene prednosti:
3D ispis
3D ispis je najpoznatija AM metoda. Izgrađuje predmete slojevim materijalima poput plastike ili metala. Idealno za prilagođene dijelove i prototipe, on je široko dostupan i isplativi za manje aplikacije.
Selektivno lasersko sintering (SLS)
SLS koristi laser za sinteriranu materijal u prahu, obično plastični ili metal, u čvrste dijelove. Poznat je po stvaranju izdržljivih, funkcionalnih prototipa sa složenim geometrijama.
Spojeno modeliranje taloženja (FDM)
FDM djeluje ekstrudirajući termoplastične filamente kroz grijanu mlaznicu. Obično se koristi za prototipiranje i proizvodnju jeftinih plastičnih dijelova.
Stereolitografija (SLA)
SLA koristi ultraljubičasto svjetlo za liječenje sloja tekućih smola prema sloju, stvarajući vrlo točne dijelove s glatkim završnim obradama. Prikladan je za zamršene dizajne i fine detalje.
Izravni metalni laserski sintering (DMLS)
DMLS gradi metalne dijelove sinteriranjem finih metalnih praha pomoću lasera. Ova je tehnika idealna za proizvodnju složenih, jakih metalnih komponenti za industrije poput Aerospace.
Dodatne tehnike proizvodnje aditiva
Pored općenito poznatih metoda, dostupno je i nekoliko drugih naprednih tehnika:
Veze mlaznice : Agent za povezivanje selektivno naslanja između slojeva praha, stvarajući složene strukture.
Usmjereno taloženje energije (DED) : Ova tehnika koristi usredotočenu toplinsku energiju za spajanje materijala jer se deponiraju, često se koristi za popravak ili dodavanje značajki postojećim dijelovima.
Estruzija materijala : Materijal se selektivno ekstrudira kroz mlaznicu za izgradnju slojeva, koji se obično koriste s termoplastikom.
MATERIJALNO JEDING : Kapljice materijala deponiraju sloj slojem kako bi se stvorile precizne dijelove, često koristeći fotopolimere.
Laminacija lima : Listovi materijala su spojeni sloj prema sloju, pogodni za metale i kompozite.
PDV fotopolimerizacija : Tekuća smola selektivno se izliječi svjetlom kako bi se formirala čvrsti dijelovi, s primjenama i u prototipiranju i u proizvodnji.
Prednosti proizvodnje aditiva
Aditivna proizvodnja (AM) nudi brojne prednosti u svim industrijama. Ove prednosti čine ga promjenom igara u modernoj produkciji.
Smanjeno otpad od materijala
AM koristi samo materijal potreban za konačni proizvod. Ovaj pristup značajno smanjuje otpad u usporedbi s tradicionalnim metodama.
Složene geometrije i zamršeni dizajni
Izvrsno je u stvaranju složenih oblika. Može proizvesti dijelove nemoguće napraviti konvencionalnim tehnikama.
Unutarnji kanali
Rešetke strukture
Organski oblici
Brže prototipiranje i kraća vremena olova
Brzo prototipiranje postaje stvarnost s AM. Omogućuje brze iteracije i brže cikluse razvoja proizvoda.
| Tradicionalno prototipiranje | AM prototipiranje |
| Tjednima do mjeseci | Sati do dana |
| Više koraka | Pojedinačni postupak |
| Visoki troškovi alata | Nema alata |
Ekonomična proizvodnja male serije
AM sjaji u proizvodnji malih količina. Eliminira potrebu za skupim kalupima ili alatima.
Poboljšana održivost
Smanjenje otpada znači poboljšanu održivost. AM sačuva resurse i energiju.
Manje konzumacije sirovina
Smanjene potrebe za transportom
Niža potrošnja energije u proizvodnji
Potencijal za masovnu prilagodbu
AM omogućava prilagođavanje proizvoda individualnim potrebama. Ovo otvara nove mogućnosti u različitim poljima:
Nedostaci aditivne proizvodnje
Iako aditivna proizvodnja (AM) nudi mnoge prednosti, ona također ima ograničenja. Razumijevanje ovih nedostataka ključno je za njegovu učinkovitu primjenu.
Opcije ograničenih materijala
AM koristi manje materijala od oduzimanja metoda. Ovo ograničenje može ograničiti njegovu upotrebu u određenim industrijama.
Sporija proizvodnja velikog volumena
Ja sam izvrsno u malim serijama, ali zaostaje u masovnoj proizvodnji. Tradicionalne metode često ga nadmašuju za velike količine.
| Volumen proizvodnje | AM Brzina | tradicionalna brzina |
| Mali (1-100) | Brzo | Usporiti |
| Srednji (100-1000) | Umjeren | Brzo |
| Veliki (1000+) | Usporiti | Vrlo brzo |
Viši troškovi proizvodnje velikih razmjera
Za masovnu proizvodnju AM može biti skuplji. Trošak po jedinici ne smanjuje se značajno s volumenom.
Donji dio točnost i završna obrada površine
AM dijelovi mogu imati nižu preciznost od obrađenih. Njihov površinski završetak često zahtijeva poboljšanje.
Izazovi tijesnih tolerancija
Postizanje čvrstih tolerancija teško je s AM -om. To može biti problematično za dijelove koji trebaju precizno uklapanje.
Zahtjevi za naknadnu obradu
Većina dijelova AM trebaju dodatni rad nakon tiskanja. To dodaje vrijeme i troškove proizvodnom procesu.
Uobičajeni koraci nakon obrade:
Što je subtraktivna proizvodnja?
Subtractive Manufacturing (SM) stvara predmete uklanjanjem materijala iz čvrstog bloka. To je tradicionalna metoda koja se koristi u raznim industrijama.
Kratka povijest
SM datira iz davnih vremena. Rani primjeri uključuju rezbarenje kamena i obradu drva. Moderni SM evoluirao je s industrijskom revolucijom, što je dovelo do preciznih strojnih alata.
Kako to funkcionira
SM započinje s većim komadom materijala. Strojevi ili alati zatim odrezuju višak materijala kako bi se stvorio željeni oblik.
Uobičajene tehnike
CNC obrada
Računalni uređaji Numerička kontrola (CNC) koriste programirane upute za uklanjanje materijala.
Mledanje: reže materijal pomoću rotirajućih alata
Okretanje: oblikuje cilindrične dijelove rotiranjem radnog komada
Bušenje: stvara rupe u materijalu
Lasersko rezanje
Ova tehnika koristi laserski laser za rezanje materijala. Precizno je i radi na raznim materijalima.
Rezanje vode
Rezanje Waterjet koristi vodu visokog tlaka, često pomiješanu s abrazivnim česticama, za rezanje materijala.
Rezanje plazme
Rezanje plazme topi materijal pomoću električnog vodljivog plina. Učinkovit je za rezanje metala.
Električna obrada pražnjenja (EDM)
EDM koristi električne pražnjenja za uklanjanje materijala. Idealan je za tvrde metale i složene oblike.
Dodatni detalji
Procesi obrade
Mržinje: Koristi abrazivne kotače za fine površinske završne obrade
Reaming: povećava i završava rupe
Dosadno: Povećava rupe s alatima za rezanje u jednoj točki
Načela EDM -a
EDM djeluje stvarajući kontrolirane električne iskre između elektrode i radnog komada.
Parametri laserskog rezanja
Snaga: određuje dubinu rezanja
Brzina: utječe na kvalitetu rezanja
Fokus: utječe na preciznost
Parametri rezanja vode
Tlak: obično 60.000 psi ili više
Brzina abrazivnog protoka: utječe na brzinu rezanja i kvalitetu
Promjer mlaznice: Utjecaj širine i preciznosti rezanja
Prednosti oduzimanja proizvodnje
Subtractive Manufacturing (SM) nudi brojne prednosti u svim industrijama. Te prednosti čine to ključnom metodom u modernoj proizvodnji.
Širok raspon kompatibilnih materijala
SM radi s velikim brojem materijala:
Metali (čelik, aluminij, titanij)
Plastika (ABS, PVC, akril)
Kompoziti (ugljična vlakna, stakloplastika)
Drvo
Čaša
Kamen
Ova svestranost omogućava SM -u da zadovoljava različite proizvodne potrebe.
Visoka točnost i preciznost
SM se ističe u stvaranju vrlo točnih dijelova. Postiže uske tolerancije, često čak 0,001 inča.
| Tehnika | tipična tolerancija |
| CNC mljevenje | ± 0,0005 ' |
| EDM | ± 0,0001 ' |
| Lasersko rezanje | ± 0,003 ' |
Izvrsne površinske završne obrade
SM proizvodi dijelove s vrhunskom kvalitetom površine. To često eliminira potrebu za dodatnim procesima dorade.
Brži proizvodnja velikog volumena
Za proizvodnju visokog volumena, SM Outpaces Aditive Methods:
CNC strojevi s više osi brzo djeluju
Automatizirani promjena alata smanjuje prekid vremena
Istodobne operacije na različitim dijelovima
Ekonomična proizvodnja velikog volumena
SM postaje ekonomičniji kako se povećava količina proizvodnje. Početni troškovi postavljanja nadoknađuju se bržim stopama proizvodnje.
Stvaranje velikog dijela
SM lako obrađuje velike komponente. Idealan je za industrije koje zahtijevaju značajne dijelove:
Zrakoplovstvo (komponente zrakoplova)
Automotive (blokovi motora)
Konstrukcija (strukturni elementi)
Nedostaci subtraktivne proizvodnje
Iako subtraktivna proizvodnja (SM) nudi mnoge prednosti, ona također ima ograničenja. Razumijevanje ovih nedostataka neophodno je za učinkovitu primjenu.
Viši materijalni otpad
SM uklanja materijal za stvaranje dijelova. Ovaj postupak stvara značajan otpad:
Do 90% materijala može u nekim slučajevima postati otpad
Opcije recikliranja mogu biti ograničene za određene materijale
Povećani utjecaj na okoliš zbog odlaganja otpada
Ograničeno stvaranje složene geometrije
SM se bori s zamršenim dizajnom:
Unutarnje šupljine su izazovne za proizvodnju
Određeni oblici mogu zahtijevati više postavki ili specijaliziranih alata
Neke složene značajke moglo bi biti nemoguće stroj
Duža vremena postavljanja i veći troškovi alata
SM često zahtijeva opsežnu pripremu:
| aspekta | Utjecaj |
| Odabir alata | Dugotrajan |
| Programiranje stroja | Zahtijeva stručnost |
| Stvaranje učvršćenja | Dodatni trošak |
Manje fleksibilnosti dizajna
Izmjena dizajna u SM može biti skupa:
Promjene mogu zahtijevati nove alate
Strojevi za reprogramiranje često su neophodni
Postojeće postavke mogu postati zastarjele
Viši zahtjevi vještine operatora
SM strojevi zahtijevaju vješti operatori:
Razumijevanje svojstava materijala
Poznavanje brzine rezanja i stope hrane
Sposobnost tumačenja složenih tehničkih crteža
Troškovi trošenja i zamjene alata
SM alati se degradiraju s vremenom:
Potrebna je redovna zamjena alata
Visokokvalitetni alati mogu biti skupi
Istrošeni alati mogu utjecati na kvalitetu dijela
Usporedba aditiva nasuprot subtraktivnom proizvodnom
| aspektu | Aditivna proizvodnja | oduzeta proizvodnja |
| Proces | Izgrađuje predmete dodavanjem slojeva materijala | Uklanja materijal iz većeg komada za stvaranje predmeta |
| Materijalni otpad | Minimalan otpad | Visoki materijalni otpad |
| Kompatibilni materijali | Ograničeno (uglavnom plastika i neki metali) | Širok raspon (metali, plastika, drvo, staklo, kamen) |
| Složenost | Može proizvesti vrlo složene i zamršene geometrije | Bolje prikladnije za relativno jednostavne geometrije |
| Točnost | Manje precizno (tolerancije u tijesnim od 0,100 mm) | Precizniji (tolerancije su tijesne od 0,025 mm) |
| Proizvodni volumen | Pogodno za male serije | Idealno za velike proizvodne vožnje |
| Ubrzati | Sporiji za velike količine | Brže za velike količine |
| Koštati | Isplativije za male količine | Isplativije za velike količine |
| Fleksibilnost dizajna | Velika fleksibilnost za promjene dizajna | Manje fleksibilno za promjene dizajna |
| Površinski završetak | Često zahtijeva post-obradu | Može izravno proizvesti glatke završne obrade |
| Vještina operatera | Zahtijeva manje kvalificirane operatere | Zahtijeva visoko kvalificirane operatere |
| Trošak opreme | Niži troškovi početne opreme | Veći početni trošak opreme |
| Alati | Potrebno minimalno alat | Često potreban opsežan alat |
| Održivost | Održiviji zbog manjeg otpada | Manje održiv zbog materijalnog otpada |
| Unutarnje značajke | Lako mogu stvoriti interne značajke | Teško stvoriti unutarnje značajke |
| Ograničenja veličine | Općenito ograničeno na manje dijelove | Može proizvesti velike dijelove |
| Naknadna obrada | Često zahtijeva više koraka | Veća razina završetka nakon početnog postupka |
Hibridni proizvodni procesi
Hibridna proizvodnja kombinira aditivnu proizvodnju (AM) i subtraktivnu proizvodnju (SM). Ovaj pristup koristi snage obje metode, stvarajući snažnu sinergiju u proizvodnji.
Definicija i prednosti
Hibridni procesi integriraju AM i SM tehnike:
Prednosti uključuju:
Povećana fleksibilnost dizajna
Poboljšana učinkovitost materijala
Poboljšana kvaliteta dijela
Primjer protoka procesa:
3D ispis blizu mrežnog oblika
CNC obrada za precizne dimenzije
Poljski za vrhunsku površinsku završnu obradu
Uobičajene primjene
Hybrid Manufacturing izvrsno se ističe u raznim područjima:
| PRIJAVU | PRIJAVU |
| Alati | Složeni dizajni s tijesnim tolerancijama |
| Jigs i čvora | Prilagođeni oblici s izdržljivim završnim obradama |
| Dijelovi visoke tolerancije | Zamršene geometrije s preciznim značajkama |
Industrije koje koriste hibridne procese:
Zrakoplovstvo
Automobilski
Medicinski uređaji
Prilagođena proizvodnja
Odabir između aditiva i subtraktivne proizvodnje
Odabir prave metode proizvodnje ovisi o različitim čimbenicima. Svaki postupak nudi različite prednosti, pa je ključno uskladiti svoj izbor sa zahtjevima projekta.
Čimbenici koje treba uzeti u obzir pri odabiru metode proizvodnje
Materijalni zahtjevi
Izbor materijala igra značajnu ulogu. Aditivna proizvodnja (AM) obično najbolje funkcionira s plastikom i nekim metalima, dok subtraktivna proizvodnja (SM) može podnijeti širok raspon materijala, uključujući metale, plastiku, drvo i staklo. Ako su vam potrebni materijali za stroj ili veću izdržljivost, SM je često bolja opcija.
Dio složenost i dizajn
Za zamršene dizajne s složenim geometrijama - poput unutarnjih šupljina ili zglobnih zglobova - AM Excels, što omogućava visoku prilagodbu. SM, iako precizan, može se boriti s izuzetno složenim dizajnom. To je bolje prikladnije za jednostavnije ili srednje geometrije gdje su potrebne uske tolerancije.
Volumen proizvodnje i skalabilnost
AM je idealan za niske i srednje količine proizvodnje, poput brzog prototipa ili male serije. Za veliku proizvodnju SM je daleko učinkovitiji, posebno kada proizvodi tisuće identičnih dijelova. Kako se volumen proizvodnje povećava, isplativost SM postaje jasna.
Vrijeme i vrijeme na tržište
Projekti koji zahtijevaju kratko vrijeme od AM -a zbog minimalnog postavljanja i brzog prijelaza s dizajna na proizvod. Za veće proizvodne vožnje, međutim, SM može ponuditi brže vrijeme proizvodnje nakon što je postavljanje dovršeno, posebno za metalne dijelove.
Ograničenja proračuna i troškova
AM je isplativija za male, složene dijelove, posebno kada prototipira. Međutim, SM postaje ekonomičniji za veće dijelove ili velike količine proizvodnje. Troškovi postavljanja i troškovi po dijelu obično se smanjuju kako se volumen povećava u SM.
Ciljevi održivosti
AM stvara manje otpada, što ga čini održivijom opcijom. SM, iako brži za velike vožnje, proizvodi značajan materijalni otpad u obliku čipsa ili ostataka. Ako je održivost ključni prioritet, možda bih mogao bolje uklopiti.
Matrica odluke za aditiv u odnosu na subtraktivnu proizvodnju
Sljedeća matrica odlučivanja pruža brzu usporedbu faktora koja će vam pomoći da odaberete pravu metodu:
| Faktor | Additive Manufacturing (AM) | Subtractive Manufacturing (SM) |
| Materijal | Ograničeno (uglavnom plastika, neki metali) | Širok (metali, plastika, drvo, staklo) |
| Složenost dijela | Obrađuje složene, zamršene dizajne | Najbolje za jednostavnije, precizne geometrije |
| Proizvodni volumen | Idealno za malu seriju, prototipiranje | Učinkovito za masovnu proizvodnju |
| Vrijeme olova | Brže postavljanje, brzi zaokret | Sporije postavljanje, brže za velike vožnje |
| Koštati | Skuplje za velike dijelove ili metale | Isplativije pri većim količinama |
| Održivost | Manje otpada, održiviji | Značajan otpad, manje održiv |
Upotrijebite ovu matricu da biste uskladili potrebe vašeg projekta s jačinama svake metode proizvodnje.
Primjene aditiva i oduzimanja u stvarnom svijetu
Aditivna proizvodnja (AM) i subtraktivna proizvodnja (SM) igraju ključnu ulogu u različitim industrijama. Njihove se prijave i dalje šire i razvijaju.
Zrakoplovstvo i zrakoplovstvo
AM: Lagane komponente, složene geometrije
SM: Visoko precizni dijelovi motora, strukturni elementi
Automobilska industrija
AM: Brzo prototipiranje, prilagođeni dijelovi
SM: Blokovi motora, komponente mjenjača
Medicinski i stomatološki
AM: Prilagođeni implantati, protetika
SM: Kirurški instrumenti, zubne krune
Potrošačka roba i elektronika
AM: Personalizirani proizvodi, predmeti s malim sjenicama
SM: Kućišta pametnih telefona, komponente prijenosnog računala
Industrijski strojevi i alat
Arhitektura i konstrukcija
AM: modeli razmjera, ukrasni elementi
SM: Strukturne komponente, elementi fasade
Zaključak
Aditivna i oduzimajuća proizvodnja ima jedinstvene snage i slabosti. Am Excels u složenim nacrtima i prilagodbi. SM nudi preciznost i svestranost materijala.
Razumijevanje tih razlika ključno je za donošenje informiranih proizvodnih odluka. Razmislite o specifičnim potrebama vašeg projekta pri odabiru metode.
Ocijenite čimbenike poput materijala, složenosti, volumena i troškova. Ovo će vam pomoći da odaberete najbolji pristup za vaše proizvodne ciljeve.
