Melyik gyártási folyamat a jobb - a rétegeket vagy az anyag eltávolítását? Az adalékanyagok és a szubtraktív gyártás jelentős módon különbözik egymástól. Ezen különbségek megértése kulcsfontosságú a megfelelő módszer kiválasztásához.
Ebben a bejegyzésben megvizsgáljuk azok előnyeit, korlátozásait és valós alkalmazásait. Megtanulja, hogyan lehet eldönteni a következő projekt két megközelítése között.
Mi az additív gyártás?
Az adalékanyag -gyártás (AM) egy olyan folyamat, amely objektumokat hoz létre az anyagréteg rétegre történő hozzáadásával, jellemzően egy 3D modell alapján. A hagyományos módszerekkel ellentétben, amelyek eltávolítják az anyagot, az AM alkatrészeket a semmiből készít, lehetővé téve a bonyolult terveket és az anyaghatékonyságot.
Az adalékanyag -gyártás rövid története
Az AM fogalma az 1980 -as évekre nyúlik vissza, amikor a 3D nyomtatási technológiákat először vezették be. A korai innovációk célja a gyors prototípus készítése, amely gyorsabb, megfizethetőbb módszereket biztosít a termék prototípusok létrehozásához. Azóta az AM ipari alkalmazások széles skálájává fejlődött, beleértve a repülőgépet, az autóiparot és az orvosi pályákat.
Hogyan működik az additív gyártás
Az adalékanyag -gyártás CAD modellel kezdődik. A modell szoftver segítségével vékony rétegekre szeletelve van. Az AM gép ezután hozzáadja az anyagot, rétegenként, amíg a végső objektum ki nem alakul. A használt anyagok a műanyagoktól a fémekig terjednek. A folyamattól függően az alkatrész befejezéséhez utólagos feldolgozást, például tisztítást vagy kikeményedést igényelhet.
Általános adalékanyag -gyártási technikák
Számos technika esik az AM égisze alá, mindegyik egyedi előnyöket kínál:
3D -s nyomtatás
A 3D nyomtatás a legismertebb AM módszer. Tárgyakat épít az olyan anyagok rétegezésével, mint a műanyag vagy a fém. Ideális egyedi alkatrészekhez és prototípusokhoz, ez széles körben elérhető és költséghatékony a kisebb alkalmazásokhoz.
Szelektív lézer -szinterelés (SLS)
Az SLS lézert használ a poros anyag, jellemzően műanyag vagy fém szinterjének szilárd részekbe történő szinterjéhez. Az ismert, hogy tartós, funkcionális prototípusokat készít komplex geometriával.
Olvasztott lerakódási modellezés (FDM)
Az FDM úgy működik, hogy a hőre lágyuló szálakat fűtött fúvókán keresztül extrudálja. Általában olcsó műanyag alkatrészek prototípus készítéséhez és előállításához használják.
Sztereolitográfia (SLA)
Az SLA ultraibolya fényt használ a folyékony gyantaréteg rétrétegének gyógyítására, nagyon pontos alkatrészeket hozva létre, sima felületekkel. Ez alkalmas bonyolult mintákra és finom részletekre.
Közvetlen fém lézer -szinterelés (DMLS)
A DMLS fém alkatrészeket készít, finom fémporokat lézerrel. Ez a technika ideális komplex, erős fém alkatrészek előállításához olyan iparágak számára, mint a repülőgépek.
További adalékanyag -gyártási technikák
A közismert módszerek mellett számos más fejlett technika is elérhető:
Binder Jeting : A kötőanyag szelektíven lerakódik a porrétegek között, komplex szerkezeteket hozva létre.
Irányított energia lerakódás (DED) : Ez a technika fókuszált hőtörvényt használ az anyagok megolvadásához, mivel azokat lerakják, gyakran használják a meglévő alkatrészekhez való szolgáltatások javításához vagy hozzáadásához.
Anyag Extrudálás : Az anyagot szelektíven extrudálják egy fúvókán keresztül, hogy rétegeket készítsenek, amelyeket általában hőre lágyuló műanyagokkal használnak.
Anyagsugaras : Az anyagcseppek rétegenként lerakódnak, hogy pontos alkatrészeket hozzanak létre, gyakran fotopolimerek felhasználásával.
Lamlamináció : Az anyaglapok rétegenként vannak kötve, fémekhez és kompozitokhoz.
HÉA fotopolimerizáció : A folyékony gyantát szelektíven gyógyítják meg a fény, hogy szilárd alkatrészeket képezzenek, mind prototípus, mind termelés alkalmazásával.
Az adalékanyag -gyártás előnyei
Az adalékanyag -gyártás (AM) számos előnyt kínál az iparágakban. Ezek az előnyök a modern produkcióban játékváltóvá teszik.
Csökkentett anyagveszteség
Az AM csak a végtermékhez szükséges anyagot használja. Ez a megközelítés jelentősen csökkenti a hulladékot a hagyományos módszerekhez képest.
Komplex geometriák és bonyolult tervek
Az AM kitűnő az összetett formák létrehozásában. A hagyományos technikákkal lehetetlen alkatrészeket hozhat létre.
Belső csatornák
Rácsszerkezetek
Organikus formák
Gyorsabb prototípus és rövidebb átfutási idő
A gyors prototípus készítése az AM -vel valósággá válik. Ez lehetővé teszi a gyors iterációkat és a gyorsabb termékfejlesztési ciklusokat.
| Hagyományos prototípus készítése | AM prototípus készítése |
| Hetekről hónapokra | Óráktól napoktól |
| Több lépés | Egyetlen folyamat |
| Magas szerszámköltségek | Nincs szerszámolás |
Költséghatékony kis tételgyártás
Ragyog a kis mennyiségek előállításában. Ez kiküszöböli a drága formák vagy a szerszámok szükségességét.
Javított fenntarthatóság
A hulladék csökkentése javítja a fenntarthatóságot. Az AM konzerválja az erőforrásokat és az energiát.
Kevesebb nyersanyagfogyasztás
Csökkent szállítási igények
Alacsonyabb energiafelhasználás a termelésben
A tömeges testreszabás lehetősége
Az AM lehetővé teszi a termékek testreszabását az egyéni igényekhez. Ez új lehetőségeket nyit meg a különböző területeken:
Az adalékanyag -gyártás hátrányai
Míg az Additív gyártás (AM) számos előnyt kínál, ennek korlátozásai is vannak. Ezeknek a hátrányoknak a megértése elengedhetetlen a hatékony alkalmazásához.
Korlátozott anyagi lehetőségek
Az AM kevesebb anyagot használ, mint a szubtraktív módszerek. Ez a korlátozás korlátozhatja annak felhasználását bizonyos iparágakban.
Közös AM anyagok:
Hőre lágyuló műanyag
Néhány fém
Bizonyos kerámia
Lassabb nagy mennyiségű termelés
Az AM kitűnő kis tételekben, de elmarad a tömegtermelésben. A hagyományos módszerek gyakran felülmúlják azt nagy mennyiségben.
| Termelési mennyiség | AM AM sebesség | hagyományos sebesség |
| Kicsi (1-100) | Gyors | Lassú |
| Közepes (100-1000) | Mérsékelt | Gyors |
| Nagy (1000+) | Lassú | Nagyon gyorsan |
Magasabb nagyszabású termelési költségek
A tömegtermeléshez az AM drágább lehet. Az egységenkénti költség nem csökken jelentősen a mennyiségnél.
Alsó rész pontossága és felületi kivitele
Az AM -alkatrészeknél lehetnek alacsonyabb pontosság, mint a megmunkáltak. Felszíni felületük gyakran javulást igényel.
Szoros tolerancia kihívások
A szűk tűrésök elérése nehéz az AM -nél. Ez problematikus lehet azoknál a részeknél, amelyek pontos illesztéseket igényelnek.
Utófeldolgozási követelmények
A legtöbb AM alkatrész nyomtatás után további munkára van szüksége. Ez hozzáadja az időt és a költségeket a termelési folyamathoz.
Általános utófeldolgozási lépések:
Mi a szubtraktív gyártás?
A szubtraktív gyártás (SM) objektumokat hoz létre az anyag eltávolításával a szilárd blokkból. Ez egy hagyományos módszer, amelyet a különféle iparágakban használnak.
Rövid történelem
Az SM az ősi időkbe nyúlik vissza. A korai példák a kőfaragás és a famegmunkálás. A modern SM az ipari forradalommal fejlődött, ami pontos szerszámgépekhez vezetett.
Hogyan működik
Az SM egy nagyobb anyaggal kezdődik. A gépek vagy szerszámok ezután levágják a felesleges anyagot a kívánt alak létrehozásához.
Általános technikák
CNC megmunkálás
A számítógépes numerikus vezérlő (CNC) gépek programozott utasításokat használnak az anyag eltávolításához.
Millelés: Az anyagot forgó szerszámok segítségével vágja
Fordulás: alakítja a hengeres alkatrészeket a munkadarab forgatásával
Fúrás: Lyukakat hoz létre az anyagban
Lézervágás
Ez a technika nagy teljesítményű lézert használ az anyagok vágására. Pontos és különféle anyagokon működik.
Vízsugaras vágás
A vízsugaras vágás nagynyomású vizet használ, gyakran csiszoló részecskékkel keverve az anyagok vágására.
Plazmavágás
A plazmavágás elektromosan vezetőképes gáz segítségével megolvasztja az anyagot. Hatékony a fém vágására.
Elektromos kisülési megmunkálás (EDM)
Az EDM elektromos kisüléseket használ az anyag eltávolításához. Ideális a kemény fémekhez és az összetett formákhoz.
További részletek
Megmunkálási folyamatok
Csiszolás: Csiszolókerékeket használ a finom felületi kivitelhez
REAMING: nagyítás és befejezés lyukakat
Unalmas: nagyítja a lyukakat egypontos vágószerszámokkal
EDM alapelvek
Az EDM úgy működik, hogy ellenőrzött elektromos szikrákat hoz létre egy elektród és a munkadarab között.
Lézervágási paraméterek
Teljesítmény: Határozza meg a vágási mélységet
Sebesség: befolyásolja a vágás minőségét
Fókusz: Befolyásolja a pontosságot
Vízsugaras vágási paraméterek
Nyomás: Általában 60 000 psi vagy annál magasabb
Abrazív áramlási sebesség: befolyásolja a csökkentési sebességet és a minőséget
Fúvóka átmérője: A hatások és a pontosság befolyásolása
A szubtraktív gyártás előnyei
A szubtraktív gyártás (SM) számos előnyt kínál az iparágakban. Ezek az előnyök miatt a modern termelés kritikus módszerévé teszi.
A kompatibilis anyagok széles skálája
Az SM kiterjedt anyagokkal működik:
Fémek (acél, alumínium, titán)
Műanyagok (ABS, PVC, akril)
Kompozitok (szénszál, üvegszál)
Faipari
Üveg
Kő
Ez a sokoldalúság lehetővé teszi az SM számára, hogy kielégítse a különféle gyártási igényeket.
Nagy pontosság és pontosság
Az SM kitűnő a nagyon pontos alkatrészek létrehozásában. Szoros toleranciákat ér el, gyakran akár 0,001 hüvelyk is.
| Technika | tipikus tolerancia |
| CNC őrlés | ± 0,0005 ' |
| EDM | ± 0,0001 ' |
| Lézervágás | ± 0,003 ' |
Kiváló felszíni kivitel
Az SM kiváló felületminőségű alkatrészeket termel. Ez gyakran kiküszöböli a további befejezési folyamatok szükségességét.
Gyorsabb, nagy mennyiségű termelés
A nagy volumenű előállításhoz az SM felülmúlja az additív módszereket:
A többtengelyes CNC gépek gyorsan működnek
Az automatizált szerszám megváltoztatása csökkenti a leállási időt
Egyidejű műveletek különböző részeken
Költséghatékony, nagy volumenű termelés
Az SM gazdaságosabbá válik, amikor a termelés mennyisége növekszik. A kezdeti beállítási költségeket ellensúlyozza a gyorsabb termelési arány.
Nagyméretű alkatrész-teremtés
Az SM könnyen kezelheti a nagy alkatrészeket. Ideális az iparágak számára, amelyek jelentős alkatrészeket igényelnek:
A szubtraktív gyártás hátrányai
Míg a szubtraktív gyártás (SM) számos előnyt kínál, ennek korlátozásai is vannak. Ezeknek a hátrányoknak a megértése elengedhetetlen a hatékony alkalmazáshoz.
Magasabb anyaghulladék
Az SM eltávolítja az anyagokat alkatrészek létrehozásához. Ez a folyamat jelentős hulladékot generál:
Bizonyos esetekben az anyag legfeljebb 90% -a selejté válhat
Az újrahasznosítási lehetőségek korlátozottak lehetnek bizonyos anyagok esetében
Megnövekedett környezeti hatás a hulladék ártalmatlanítása miatt
Korlátozott bonyolult geometria létrehozás
Az SM küzd a bonyolult mintákkal:
A belső üregek kihívást jelentenek a termelésre
Bizonyos alakzatokhoz több beállítást vagy speciális eszközt igényelhet
Néhány összetett funkció lehetetlen lehet a gépet.
Hosszabb beállítási idő és magasabb szerszámköltségek
Az SM gyakran kiterjedt előkészítést igényel
| Aspektushatás | : |
| Szerszámválasztás | Időigényes |
| Gépi programozás | Szakértelemre van szükség |
| Lámpatest létrehozása | Többletköltség |
Kevesebb tervezési rugalmasság
A minták SM -ben történő módosítása költséges lehet:
A változásoknak új szerszámok szükségesek lehetnek
Gyakran szükség van a gépek átprogramozására
A meglévő beállítások elavulttá válhatnak
Magasabb üzemeltetői készségkövetelmények
Az SM gépek képzett szolgáltatókat igényelnek:
Az anyagtulajdonságok megértése
A vágási sebesség és a takarmány -sebesség ismerete
Képesség az összetett műszaki rajzok értelmezésére
Szerszám kopás és csere költségei
Az SM eszközök idővel lebomlanak:
Rendszeres szerszámcsere szükséges
A kiváló minőségű eszközök drágák lehetnek
A kopott eszközök befolyásolhatják az alkatrészek minőségét
Az adalékanyagok és a szubtraktív gyártási összehasonlítása
| szempontok | gyártás | A szubtraktív |
| Folyamat | Objektumokat épít az anyagrétegek hozzáadásával | Eltávolítja az anyagot egy nagyobb darabból, hogy objektumokat hozzon létre |
| Anyaghulladék | Minimális hulladék | Magas anyaghulladék |
| Kompatibilis anyagok | Limited (főleg műanyagok és néhány fém) | Széles tartomány (fémek, műanyagok, fa, üveg, kő) |
| Bonyolultság | Rendkívül összetett és bonyolult geometriákat eredményezhet | Jobban megfelel a viszonylag egyszerű geometriáknak |
| Pontosság | Kevésbé pontos (a toleranciák akár 0,100 mm -re) | Pontosabb (a toleranciák akár 0,025 mm -re) |
| Termelési kötet | Alkalmas kis tételekhez | Ideális nagy termelési futásokhoz |
| Sebesség | Lassabb a nagy kötetekhez | Gyorsabb a nagy mennyiség esetén |
| Költség | Költséghatékonyabb kis mennyiségekre | Költséghatékonyabb nagy mennyiségekre |
| Tervezési rugalmasság | Nagy rugalmasság a tervezési változásokhoz | Kevésbé rugalmas a tervezési változásokhoz |
| Felszíni befejezés | Gyakran szükség van utófeldolgozásra | Közvetlenül képes sima felületeket előállítani |
| Üzemeltető készség | Kevesebb képzettségre van szükség | Magasan képzett operátorokat igényel |
| Felszerelés költsége | Alacsonyabb kezdeti berendezések költsége | Magasabb kezdeti berendezések költsége |
| Szerszámkészítés | Minimális szerszámkészítés szükséges | Gyakran szükség van kiterjedt szerszámokra |
| Fenntarthatóság | Fenntarthatóbb a kevesebb pazarlás miatt | Kevésbé fenntartható az anyagi pazarlás miatt |
| Belső jellemzők | Könnyen létrehozhat belső funkciókat | Nehéz belső tulajdonságok létrehozása |
| Méretkorlátozások | Általában kisebb alkatrészekre korlátozódik | Nagyszabású alkatrészeket tud előállítani |
| Utófeldolgozás | Gyakran több lépést igényel | Magasabb befejezési szint a kezdeti folyamat után |
Hibrid gyártási folyamatok
A hibrid gyártás egyesíti az additív gyártást (AM) és a szubtraktív gyártást (SM). Ez a megközelítés kihasználja mindkét módszer erősségeit, erős szinergiát hozva létre a termelésben.
Meghatározás és előnyök
A hibrid folyamatok integrálják az AM és az SM technikákat:
Az előnyök között szerepel:
Megnövekedett tervezési rugalmasság
Javított anyaghatékonyság
Fokozott alkatrészminőség
Példa a folyamatáramlásra:
3D nyomtatás egy nettó forma
CNC megmunkálás a pontos méretekhez
Lengyel a kiváló felületi kivitelhez
Közös alkalmazások
A hibrid gyártás különböző területeken kiemelkedik:
| Alkalmazási | előny |
| Szerszámkészítés | Komplex minták szoros toleranciákkal |
| Kocsik és szerelvények | Egyéni formák tartós kivitelekkel |
| Nagy tolerancia alkatrészek | Bonyolult geometriák pontos tulajdonságokkal |
A hibrid folyamatokat használó iparágak:
Űrrepülés
Autóipar
Orvostechnikai eszközök
Egyedi gyártás
Az adalékanyagok és a szubtraktív gyártás közötti választás
A megfelelő gyártási módszer kiválasztása különféle tényezőktől függ. Minden folyamat különálló előnyöket kínál, ezért döntő fontosságú, hogy az Ön választását a projektkövetelményekkel igazítsa.
A gyártási módszer kiválasztásakor figyelembe veendő tényezők
Anyagi követelmények
Az anyagválasztás jelentős szerepet játszik. Az adalékanyag -gyártás (AM) általában a legjobban működik a műanyagokkal és néhány fémmel, míg a szubtraktív gyártás (SM) széles körű anyagokat képes kezelni, beleértve a fémeket, műanyagokat, fát és üvegt. Ha nehezen gépes anyagokra vagy nagyobb tartósságra van szüksége, az SM gyakran a jobb megoldás.
Részben bonyolultság és formatervezés
A komplex geometriákkal rendelkező bonyolult tervekhez - például a belső üregek vagy az ízületek artikulációja - kiválóan szolgálnak, lehetővé téve a magas testreszabást. Az SM, bár pontos, küzdhet a rendkívül összetett mintákkal. Ez jobban megfelel az egyszerűbb vagy köztes geometriáknak, ahol szoros tűrés szükséges.
Termelési mennyiség és méretezhetőség
Az AM ideális alacsony és közepes termelési volumenhez, például gyors prototípushoz vagy kis tételű gyártáshoz. A nagyszabású termelés esetén az SM sokkal hatékonyabb, különösen akkor, ha több ezer azonos alkatrészt termel. A termelés mennyiségének növekedésével az SM költséghatékonysága világossá válik.
Átfutási idő és idő a piacra
A rövid átfutási időre szoruló projektek részesülnek az AM -től, a minimális beállítás és a tervezésről a termékre történő gyors átmenet miatt. A nagyobb termelési futásokhoz azonban az SM gyorsabb gyártási időket kínálhat, ha a beállítás befejeződött, különösen a fém alkatrészek esetében.
Költségvetés és költségkorlátozások
Az AM költséghatékonyabb a kicsi, összetett alkatrészekre, különösen a prototípus készítése esetén. Az SM azonban gazdaságosabbá válik a nagyobb alkatrészek vagy a magas termelési mennyiségek esetében. A beállítási költségek és az alkatrészenkénti költségek általában csökkennek, amikor a mennyiség növekszik az SM -ben.
Fenntarthatósági célok
Az AM kevesebb hulladékot generál, így fenntarthatóbb lehetőséget jelent. Az SM, bár gyorsabb a nagy futások esetén, jelentős anyaghulladékot eredményez chips vagy maradék formájában. Ha a fenntarthatóság kulcsfontosságú prioritás, akkor lehet, hogy jobban illeszkedik.
Döntési mátrix az adalékanyagok és a szubtraktív gyártáshoz
A következő döntési mátrix gyors összehasonlítást nyújt a megfelelő módszer kiválasztásához:
| faktor | adalékanyag -gyártás (AM) | Subtractive gyártás (SM) |
| Anyagi tartomány | Limited (többnyire műanyag, néhány fém) | Széles (fémek, műanyag, fa, üveg) |
| Rész bonyolultság | Kezeli a komplex, bonyolult mintákat | A legjobb az egyszerűbb, pontos geometriákhoz |
| Termelési kötet | Ideális kis tételhez, prototípus készítéséhez | Hatékony a tömegtermeléshez |
| Átfutási idő | Gyorsabb beállítás, gyors fordulás | Lassabb beállítás, gyorsabb a nagy futásokhoz |
| Költség | Drágább nagy alkatrészek vagy fémek esetén | Költséghatékonyabb magasabb mennyiségnél |
| Fenntarthatóság | Kevesebb hulladék, fenntarthatóbb | Jelentős hulladék, kevésbé fenntartható |
Használja ezt a mátrixot a projekt igényeinek összehangolására az egyes gyártási módszerek erősségeivel.
Az additív és szubtraktív gyártás valós alkalmazásai
Az adalékanyag -gyártás (AM) és a szubtraktív gyártás (SM) kritikus szerepet játszik a különféle iparágakban. Alkalmazásaik tovább bővülnek és fejlődnek.
Űrrepülés és repülés
AM: Könnyű alkatrészek, összetett geometriák
SM: Nagy pontosságú motor alkatrészek, szerkezeti elemek
Autóipar
AM: Gyors prototípuskészítés, egyedi alkatrészek
SM: Motorblokkok, sebességváltó alkatrészek
Orvosi és fogászati
AM: Egyéni implantátumok, protézisek
SM: Sebészeti műszerek, fogászati koronák
Fogyasztási cikkek és elektronika
AM: Személyre szabott termékek, kis tételű termékek
SM: okostelefon -burkolatok, laptop alkatrészek
Ipari gépek és szerszámok
Építészet és építkezés
AM: Méretes modellek, dekoratív elemek
SM: Strukturális alkatrészek, homlokzati elemek
Következtetés
Az adalékanyagok és a szubtraktív gyártás mindegyikének egyedi erősségei és gyengeségei vannak. Az AM kitűnő a komplex mintákban és a testreszabásban. Az SM precíz és anyagi sokoldalúságot kínál.
Ezeknek a különbségeknek a megértése elengedhetetlen a megalapozott gyártási döntések meghozatalához. Fontolja meg a projekt sajátos igényeit, amikor egy módszert választ.
Értékelje meg azokat a tényezőket, mint az anyag, a bonyolultság, a mennyiség és a költség. Ez segít kiválasztani a gyártási célok legjobb megközelítését.
