Ktorý výrobný proces je lepší - pridávajte vrstvy alebo odstraňovanie materiálu? Aditívna a subtraktívna výroba sa výrazne líši. Pochopenie týchto rozdielov je kľúčom k výberu správnej metódy.
V tomto príspevku preskúmame ich výhody, obmedzenia a aplikácie v reálnom svete. Dozviete sa, ako sa rozhodnúť medzi týmito dvoma prístupmi pre váš ďalší projekt.
Čo je výroba aditív?
Výroba aditív (AM) je proces, ktorý vytvára objekty pridaním vrstvy materiálu podľa vrstvy, zvyčajne založenej na 3D modele. Na rozdiel od tradičných metód, ktoré odstraňujú materiál, AM konštruuje diely od nuly, čo umožňuje zložité vzory a účinnosť materiálu.
Stručná história výroby aditív
Koncept AM sa datuje do osemdesiatych rokov, keď sa prvýkrát predstavili technológie 3D tlače. Včasné inovácie boli zamerané na rýchle prototypovanie, poskytovali rýchlejšie a dostupnejšie spôsoby vytvorenia prototypov produktov. Odvtedy sa AM vyvinula v širokú škálu priemyselných aplikácií vrátane leteckého, automobilového a lekárskeho polia.
Ako funguje výroba aditív
Výroba aditív začína modelom CAD. Model je nakrájaný na tenké vrstvy pomocou softvéru. Stroj AM potom pridá materiál, vrstvu po vrstve, až kým sa nevytvorí konečný objekt. Použité materiály siahajú od plastov po kovy. V závislosti od procesu môže na dokončenie časti vyžadovať následné spracovanie, ako je čistenie alebo vytvrdenie.
Bežné výrobné techniky prísad
Niekoľko techník spadá pod záštitu AM, z ktorých každá ponúka jedinečné výhody:
3D tlač
3D tlač je najuznávanejšia metóda AM. Vytvára predmety vrstvením materiálov ako plast alebo kov. Ideálne pre vlastné diely a prototypy, je široko prístupný a nákladovo efektívny pre menšie aplikácie.
Selektívne laserové sintrovanie (SLS)
SLS používa laser na spekaný práškový materiál, zvyčajne plast alebo kov, do tuhých častí. Je známe, že vytvára odolné, funkčné prototypy s komplexnými geometriami.
Fúzované modelovanie depozície (FDM)
FDM pracuje extrudovaním termoplastických vlákien cez vyhrievanú dýzu. Bežne sa používa na prototypovanie a výrobu lacných plastových častí.
Stereolitografia (SLA)
SLA používa ultrafialové svetlo na vyliečenie vrstvy tekutej živice podľa vrstvy, čím vytvára vysoko presné diely s hladkými povrchovými úpravami. Je vhodný pre zložité vzory a jemné detaily.
Priamy kovový laserový spekanie (DML)
DMLS stavia kovové časti spekaním jemných kovových práškov pomocou lasera. Táto technika je ideálna na výrobu zložitých, silných kovových komponentov pre priemyselné odvetvia, ako je Aerospace.
Ďalšie techniky výroby aditív
Okrem bežne známych metód je k dispozícii niekoľko ďalších pokročilých techník:
Trénovanie spojiva : Spojovacie činidlo selektívne usadzuje medzi práškovými vrstvami a vytvárajú zložité štruktúry.
Riadené ukladanie energie (DID) : Táto technika využíva zameranú tepelnú energiu na polievanie materiálov pri ich ukladaní, ktoré sa často používajú na opravu alebo pridávanie funkcií do existujúcich častí.
Materiál : Materiál sa selektívne extruduje cez dýzu na zostavenie vrstiev, ktoré sa bežne používajú s termoplastmi.
Trénovanie materiálu : Kvapky materiálu sú uložené vrstvou podľa vrstvy, aby sa vytvorili presné časti, často s použitím fotopolymérov.
Laminácia plechu : Listy materiálu sú viazané vrstvou podľa vrstvy, vhodné pre kovy a kompozity.
Fotopolymerizácia DPH : tekutá živica sa selektívne vylieči svetlom na vytvorenie tuhých častí, s aplikáciami v prototypovaní a výrobe.
Výhody výroby aditív
Aditívna výroba (AM) ponúka početné výhody v priemyselných odvetviach. Vďaka týmto výhodám je z neho menič hry v modernej produkcii.
Znížené plytvanie materiálom
AM používa iba materiál potrebný pre konečný produkt. Tento prístup významne znižuje odpad v porovnaní s tradičnými metódami.
Zložité geometrie a zložité vzory
Vynikne pri vytváraní zložitých tvarov. Dokáže vyrobiť diely, ktoré je možné vyrobiť z konvenčných techník.
Interné kanály
Mriežka
Organické formy
Rýchlejšie prototypovanie a kratšie dodacie lehoty
Rýchle prototypovanie sa stáva realitou s AM. Umožňuje rýchle iterácie a rýchlejšie cykly vývoja produktov.
| Tradičné prototypovanie | AM prototypovanie |
| Týždne do mesiacov | Hodiny až dni |
| Viac krokov | Jednorazový proces |
| Vysoké náklady na náradie | Žiadne náradie |
Nákladovo efektívna malá dávková výroba
Svieti pri výrobe malých množstiev. Eliminuje potrebu drahých foriem alebo náradia.
Zlepšená udržateľnosť
Zníženie odpadu sa premieta do zlepšenej udržateľnosti. Am zachováva zdroje a energiu.
Potenciál pre hromadné prispôsobenie
AM umožňuje prispôsobenie výrobkov individuálnym potrebám. Tým sa otvára nové možnosti v rôznych oblastiach:
Nevýhody výroby aditív
Zatiaľ čo výroba aditív (AM) ponúka mnoho výhod, má tiež obmedzenia. Pochopenie týchto nevýhod je rozhodujúce pre jeho efektívne uplatňovanie.
Obmedzené materiálne možnosti
AM používa menej materiálov ako subtraktívne metódy. Toto obmedzenie môže obmedziť jeho použitie v určitých odvetviach.
Bežné materiály AM:
Termoplasty
Niektoré kovy
Určitá keramika
Pomalšia veľká objemová výroba
Vyniká v malých dávkach, ale zaostáva v hromadnej výrobe. Tradičné metódy ich často predávajú pre veľké objemy.
| Objem výroby | Am rýchlosť | Tradičná rýchlosť |
| Malý (1-100) | Rýchly | Pomaly |
| Médium (100-1000) | Mierny | Rýchly |
| Veľké (1 000+) | Pomaly | Veľmi rýchlo |
Vyššie veľké výrobné náklady
Na hromadnú výrobu môže byť AM drahšia. Náklady na jednotku sa s objemom výrazne neznižujú.
Presnosť dolnej časti a povrchová úprava
Časti AM môžu mať nižšiu presnosť ako opracované. Ich povrchová úprava si často vyžaduje zlepšenie.
Tesné tolerančné výzvy
Dosiahnutie prísnych tolerancií je s AM ťažké. To môže byť problematické pre časti, ktoré si vyžadujú presné záchvaty.
Požiadavky po spracovaní
Väčšina častí AM potrebuje po tlači ďalšiu prácu. To zvyšuje čas a náklady do výrobného procesu.
Bežné kroky po spracovaní:
Čo je subtraktívna výroba?
Podrobná výroba (SM) vytvára objekty odstránením materiálu z pevného bloku. Je to tradičná metóda používaná v rôznych odvetviach.
Stručná história
SM sa datuje do staroveku. Medzi prvé príklady patrí rezbárstvo kameňa a spracovanie dreva. Modern SM sa vyvíjal s priemyselnou revolúciou, čo viedlo k presným strojovým strojom.
Ako to funguje
SM začína väčším kusom materiálu. Stroje alebo náradie potom odrežte prebytočný materiál na vytvorenie požadovaného tvaru.
Bežné techniky
CNC obrábanie
Stroje počítača Numerical Control (CNC) používajú naprogramované pokyny na odstránenie materiálu.
Frézovanie: Rezy materiálu pomocou rotujúcich nástrojov
Otočenie: Tvary valcových častí otáčaním obrobku
Vŕtanie: Vytvára diery v materiáli
Laserové rezanie
Táto technika používa na rezanie materiálov vysoko výkonný laser. Je to presné a pracuje na rôznych materiáloch.
Rezanie
Rezanie vodných látok využíva na rezanie materiálov vysokotlakovú vodu, často zmiešané s abrazívnymi časticami.
Rezanie plazmy
Rezanie plazmy topí materiál pomocou elektricky vodivého plynu. Je to efektívne na rezanie kovu.
Elektrické výstupné obrábanie (EDM)
EDM používa na odstránenie materiálu elektrické výboje. Je ideálny pre tvrdé kovy a komplexné tvary.
Ďalšie podrobnosti
Obrábanie procesov
Brúsenie: Používa abrazívne kolesá pre jemné povrchové úpravy
Vystupovanie: zväčšuje a dokončuje diery
Nudné: zväčšuje diery pomocou jednotlivých nástrojov na rezanie
EDM princípy
EDM funguje tak, že vytvára riadené elektrické iskry medzi elektródou a obrobkom.
Parametre rezania laserom
Výkon: Určuje hĺbku rezania
Rýchlosť: Ovplyvňuje kvalitu rezu
Zameranie: Vplyv presnosti
Parametre rezania vodných látok
Tlak: zvyčajne 60 000 psi alebo vyššia
Arrasívny prietok: ovplyvňuje rýchlosť a kvalitu rezania
Priemer dýzy: Vplyvy šírky a presnosť
Výhody subtraktívnej výroby
Podrobná výroba (SM) ponúka početné výhody v priemyselných odvetviach. Tieto výhody z neho robia zásadnú metódu v modernej výrobe.
Široká škála kompatibilných materiálov
SM pracuje s veľkým množstvom materiálov:
Kovy (oceľ, hliník, titán)
Plasty (ABS, PVC, akryl)
Kompozity (uhlíkové vlákna, sklo vlákien)
Drevo
Pohár
Kameň
Táto univerzálnosť umožňuje SM splniť rôzne výrobné potreby.
Vysoká presnosť a presnosť
SM vyniká pri vytváraní vysoko presných častí. Dosahuje tesné tolerancie, často malé ako 0,001 palca.
| Technika | typická tolerancia |
| Mletie | ± 0,0005 “ |
| Edm | ± 0,0001 “ |
| Laserové rezanie | ± 0,003 “ |
Vynikajúce povrchové úpravy
SM produkuje diely s vynikajúcou kvalitou povrchu. To často eliminuje potrebu ďalších procesov dokončovania.
Rýchlejšia veľkoobjemová výroba
V prípade výroby s vysokou objemom SM predbehne aditívne metódy:
Mullixové CNC stroje fungujú rýchlo
Automatizovaná zmena nástroja znižuje prestoje
Súčasné operácie na rôznych častiach
Nákladovo efektívna veľkoobjemová výroba
SM sa stáva ekonomickejším, keď sa zvyšuje objem výroby. Počiatočné náklady na nastavenie sú kompenzované rýchlejšími výrobnými sadzbami.
Tvorba rozsiahleho dielu
SM ľahko spracováva veľké komponenty. Je ideálny pre priemyselné odvetvia, ktoré si vyžadujú podstatné časti:
Nevýhody subtraktívnej výroby
Aj keď subtraktívna výroba (SM) ponúka mnoho výhod, má tiež obmedzenia. Pochopenie týchto nevýhod je nevyhnutné pre efektívne uplatňovanie.
Odpad
SM odstraňuje materiál, aby vytvoril diely. Tento proces vytvára významný odpad:
V niektorých prípadoch sa môže stať šrot až 90% materiálu
Možnosti recyklácie môžu byť obmedzené pre určité materiály
Zvýšený vplyv na životné prostredie v dôsledku likvidácie odpadu
Tvorba obmedzenej komplexnej geometrie
SM bojuje so zložitými vzormi:
Vnútorné dutiny sú náročné na výrobu
Niektoré tvary môžu vyžadovať viac nastavení alebo špecializovaných nástrojov
Niektoré zložité vlastnosti môžu byť nemožné strojom
Dlhšie časy nastavenia a vyššie náklady na náradie
SM si často vyžaduje rozsiahlu prípravu:
| aspektu | dopad |
| Výber | Časovo náročný |
| Programovanie strojov | Vyžaduje odbornosť |
| Tvorba príslušenstva | Dodatočné náklady |
Menšia flexibilita dizajnu
Modifikácia návrhov v SM môže byť nákladná:
Zmeny si môžu vyžadovať nové náradie
Často sú potrebné preprogramovanie strojov
Existujúce nastavenia môžu byť zastarané
Vyššie požiadavky na zručnosti operátora
Stroje SM požadujú kvalifikovaných operátorov:
Pochopenie materiálových vlastností
Znalosť rýchlosti rezania a rýchlosti kŕmenia
Schopnosť interpretovať zložité technické výkresy
Náklady na opotrebenie nástroja
Nástroje SM sa časom degradujú:
Je potrebná pravidelná výmena nástroja
Kvalitné nástroje môžu byť drahé
Opotrebované nástroje môžu ovplyvniť kvalitu dielu
Porovnanie aditív vs. subtraktívna výrobná
| aspekt | aditív výroba | subtraktívna výroba |
| Spracovanie | Vytvára objekty pridaním vrstiev materiálu | Odstraňuje materiál z väčšieho kusu, aby ste vytvorili objekty |
| Odpadový odpad | Minimálny odpad | Odpadový odpad |
| Kompatibilné materiály | Obmedzené (hlavne plasty a niektoré kovy) | Široký rozsah (kovy, plasty, drevo, sklo, kameň) |
| Zložitosť | Môže produkovať vysoko komplexné a zložité geometrie | Lepšie vhodné pre relatívne jednoduché geometrie |
| Presnosť | Menej presné (tolerancie tak tesné ako 0,100 mm) | Presnejšie (tolerancie tak tesné ako 0,025 mm) |
| Objem výroby | Vhodný pre malé dávky | Ideálne pre veľké výroby |
| Rýchlosť | Pomalšie pre veľké zväzky | Rýchlejšie pre veľké zväzky |
| Náklady | Nákladovo efektívnejšie pre malé množstvá | Nákladovo efektívnejšie pre veľké množstvá |
| Flexibilita dizajnu | Vysoká flexibilita pre zmeny návrhu | Menej flexibilné pre zmeny návrhu |
| Povrchová úprava | Často vyžaduje následné spracovanie | Dokáže priamo vyrábať hladké povrchové úpravy |
| Zručnosť prevádzkovateľa | Vyžaduje menej kvalifikovaných operátorov | Vyžaduje vysoko kvalifikovaných operátorov |
| Náklady na vybavenie | Nižšie počiatočné náklady na vybavenie | Vyššie počiatočné náklady na vybavenie |
| Náradie | Vyžaduje sa minimálne náradie | Často potrebné rozsiahle náradie |
| Udržateľnosť | Udržateľnejšie kvôli menšiemu odpadu | Menej udržateľné kvôli materiálnemu odpadu |
| Vnútorné funkcie | Môže ľahko vytvárať interné funkcie | Ťažko vytvárať vnútorné funkcie |
| Obmedzenia veľkosti | Všeobecne obmedzené na menšie časti | Dokáže vyrábať rozsiahle diely |
| Po spracovaní | Často vyžaduje viac krokov | Vyššia úroveň dokončenia po počiatočnom procese |
Hybridné výrobné procesy
Hybridná výroba kombinuje výrobu aditív (AM) a subtraktívnu výrobu (SM). Tento prístup využíva silné stránky oboch metód a vytvára silnú synergiu vo výrobe.
Definícia a výhody
Hybridné procesy integrujú techniky AM a SM:
Medzi výhody patrí:
Príklad procesu procesu:
3D vytlačte tvar takmer siete
Obrábanie CNC pre presné rozmery
Lesk pre vynikajúcu povrchovú úpravu
Bežné aplikácie
Hybridná výroba vyniká v rôznych oblastiach:
| aplikácie | Prínos |
| Náradie | Zložité vzory s prísnymi toleranciami |
| Prípravky a príslušenstvo | Vlastné tvary s odolnými povrchovými úpravami |
| Vysoko tolerančné diely | Zložité geometrie s presnými vlastnosťami |
Priemyselné odvetvia využívajúce hybridné procesy:
Letectvo
Automobilový
Zdravotníctvo
Vlastná výroba
Výber medzi prísadou a subtraktívnou výrobou
Výber správnej výrobnej metódy závisí od rôznych faktorov. Každý proces ponúka výrazné výhody, takže je nevyhnutné zosúladiť váš výber s požiadavkami projektu.
Faktory, ktoré je potrebné zvážiť pri výbere výrobnej metódy
Materiálne požiadavky
Výber materiálu hrá významnú úlohu. Aditívna výroba (AM) zvyčajne funguje najlepšie s plastmi a niektorými kovmi, zatiaľ čo subtraktívna výroba (SM) dokáže zvládnuť širokú škálu materiálov vrátane kovov, plastov, dreva a skla. Ak potrebujete ťažko machínové materiály alebo vyššiu trvanlivosť, SM je často lepšou možnosťou.
Komplexnosť a dizajn
Pre zložité vzory so zložitými geometriami - napríklad ako vnútorné dutiny alebo kĺbové kĺby - vyniká, čo umožňuje vysoké prispôsobenie. SM, hoci je presný, môže zápasiť s mimoriadne zložitými návrhmi. Je to vhodnejšie pre jednoduchšie alebo stredne pokročilé geometrie, kde sú potrebné prísne tolerancie.
Objem výroby a škálovateľnosť
AM je ideálny pre objemy nízkej a strednej výroby, ako je rýchle prototypovanie alebo výroba malých šarží. Pre rozsiahlu výrobu je SM oveľa efektívnejšia, najmä pri výrobe tisícov rovnakých častí. Keď sa zvyšuje objem výroby, je jasná nákladová efektívnosť SM.
Čas a čas na trh
Projekty, ktoré vyžadujú krátku dodaciu lehotu, majú úžitok z AM z dôvodu minimálneho nastavenia a rýchleho prechodu z dizajnu k produktu. Pre väčšie výrobné behy však SM môže ponúkať rýchlejšie výrobné časy po dokončení nastavenia, najmä pre kovové diely.
Rozpočtové a nákladové obmedzenia
AM je nákladovo efektívnejší pre malé, zložité časti, najmä pri prototypovaní. SM sa však stáva ekonomickejším pre väčšie časti alebo objem výroby. Náklady na nastavenie a náklady na časť sa zvyčajne znižujú so zvyšovaním objemu SM.
Ciele udržateľnosti
AM vytvára menej odpadu, vďaka čomu je udržateľnejšou možnosťou. SM, zatiaľ čo rýchlejšie pre veľké behy, produkuje významný odpad z materiálu vo forme čipov alebo kúskov. Ak je udržateľnosť kľúčovou prioritou, AM sa môže lepšie hodiť.
Matica rozhodnutia pre aditív vs. subtraktívnu výrobu
Nasledujúca matica rozhodnutia poskytuje rýchle porovnanie faktorov, ktoré vám pomôžu zvoliť správnu metódu:
| Faktor | Aditive Manufacturing (AM) | Subtraktívna výroba (SM) |
| Materiál | Obmedzené (väčšinou plasty, niektoré kovy) | Široké (kovy, plasty, drevo, sklo) |
| Zložitosť | Zvláda komplexné, zložité vzory | Najlepšie pre jednoduchšie a presné geometrie |
| Objem výroby | Ideálne pre malé dávky, prototypovanie | Efektívne na hromadnú výrobu |
| Dodací čas | Rýchlejšie nastavenie, rýchly obrat | Pomalšie nastavenie, rýchlejšie pre veľké behy |
| Náklady | Drahšie pre veľké časti alebo kovy | Nákladovo efektívnejšie pri vyšších objemoch |
| Udržateľnosť | Menej odpadu, udržateľnejšie | Významný odpad, menej udržateľný |
Použite túto maticu na zosúladenie potrieb vášho projektu so silnými stránkami každej výrobnej metódy.
Aplikácie aditív a subtraktívnej výroby v reálnom svete
Výroba aditív (AM) a subtraktívna výroba (SM) zohrávajú rozhodujúcu úlohu v rôznych odvetviach. Ich aplikácie sa naďalej rozširujú a vyvíjajú.
Letectvo a letectvo
AM: Ľahké komponenty, zložité geometrie
SM: Vysoko presné časti motora, konštrukčné prvky
Automobilový priemysel
AM: Rýchle prototypovanie, vlastné diely
SM: Bloky motora, komponenty prevodovky
Lekársky a zubný
AM: Vlastné implantáty, protetika
SM: Chirurgické nástroje, zubné koruny
Spotrebný tovar a elektronika
AM: Personalizované výrobky, malé dávky
SM: Smartphone Cloinsings, Komponenty notebooku
Priemyselné stroje a náradie
Architektúra a výstavba
AM: Modely mierky, dekoratívne prvky
SM: Štrukturálne komponenty, fasádne prvky
Záver
Aditívna a subtraktívna výroba má jedinečné silné a slabé stránky. Vyniká v zložitých dizajnoch a prispôsobení. SM ponúka presnosť a všestrannosť materiálu.
Pochopenie týchto rozdielov je rozhodujúce pre prijímanie informovaných výrobných rozhodnutí. Pri výbere metódy zvážte konkrétne potreby svojho projektu.
Vyhodnotiť faktory, ako je materiál, zložitosť, objem a náklady. Pomôže vám to vybrať najlepší prístup pre vaše výrobné ciele.
