Kateri postopek izdelave je boljši - dodajanje plasti ali odstranjevanje materiala? Aditivna in odštevalna proizvodnja se na pomembne načine razlikujeta. Razumevanje teh razlik je ključnega pomena za izbiro prave metode.
V tej objavi bomo raziskali njihove prednosti, omejitve in aplikacije v resničnem svetu. Naučili se boste, kako se odločiti med tema dvema pristopoma za vaš naslednji projekt.
Kaj je proizvodnja aditiva?
Aditivna proizvodnja (AM) je postopek, ki ustvarja predmete z dodajanjem materialne plasti po plasti, običajno na podlagi 3D modela. Za razliko od tradicionalnih metod, ki odstranijo material, AM konstruira dele iz nič, kar omogoča zapletene zasnove in učinkovitost materiala.
Kratka zgodovina proizvodnje aditivov
Koncept AM sega v osemdeseta leta, ko so bile prvič predstavljene tehnologije 3D tiskanja. Zgodnje inovacije so bile namenjene hitremu prototipiranju, ki zagotavljajo hitrejše in cenovno ugodnejše načine za ustvarjanje prototipov izdelkov. Od takrat se je AM razvil v široko paleto industrijskih aplikacij, vključno z vesoljskim, avtomobilskim in medicinskim poljem.
Kako deluje aditivna proizvodnja
Aditivna proizvodnja se začne z modelom CAD. Model je narezan na tanke plasti s pomočjo programske opreme. AM stroj nato doda material, plast po plasti, dokler se končni predmet ne oblikuje. Uporabljeni materiali segajo od plastike do kovin. Odvisno od postopka bo za dokončanje dela morda potrebno za obdelavo, na primer čiščenje ali strjevanje.
Pogoste tehnike proizvodnje aditivov
Več tehnik spada pod okrilje AM, od katerih vsaka ponuja edinstvene prednosti:
3D tiskanje
3D tiskanje je najbolj prepoznana metoda AM. Izdelava predmete s plastjo materialov, kot sta plastika ali kovina. Idealen za dele in prototipe po meri, je široko dostopna in stroškovno učinkovita za manjše aplikacije.
Selektivno lasersko sintranje (SLS)
SLS uporablja laser za sintranski material v prahu, običajno plastiko ali kovino, v trdne dele. Znan je po tem, da ustvarja trajne, funkcionalne prototipe s kompleksnimi geometrijami.
Modeliranje zmrznjenega nanašanja (FDM)
FDM deluje z iztiskovanjem termoplastičnih filamentov skozi ogrevano šobo. Običajno se uporablja za prototipizacijo in proizvodnjo nizkocenovnih plastičnih delov.
Stereolitografija (SLA)
SLA uporablja ultravijolično svetlobo, da s plastjo zdravi tekočo smolo, tako da ustvari zelo natančne dele z gladkimi zaključki. Primerno je za zapletene zasnove in drobne podrobnosti.
Neposredno kovinsko lasersko sintranje (DML)
DMLS zgradi kovinske dele s sintranjem drobnih kovinskih praškov z laserjem. Ta tehnika je idealna za izdelavo zapletenih, močnih kovinskih komponent za panoge, kot je vesoljski prostor.
Dodatne tehnike proizvodnje aditivov
Poleg splošno znanih metod je na voljo še več drugih naprednih tehnik:
Binder Jetting : vezavno sredstvo selektivno nalagamo med plastmi praška, kar ustvarja zapletene strukture.
Usmerjena nalaganje energije (DED) : Ta tehnika uporablja usmerjeno toplotno energijo za zlivanje materialov, ko se odlagajo, pogosto se uporabljajo za popravilo ali dodajanje funkcij obstoječim delem.
Iztiskanje materiala : Material se selektivno ekstrudira skozi šobo za izdelavo plasti, ki se običajno uporabljajo s termoplastiko.
Materialno jet : kapljice materiala se nalagajo plast s plastjo, da ustvarijo natančne dele, pogosto z uporabo fotopolimerov.
Laminacija listov : Listi materiala so vezani plasti po plasti, primerni za kovine in kompozite.
Fotopolimerizacija DDV : Tekoča smola je selektivno ozdravljena s svetlobo, da tvori trdne dele, z uporabo tako pri prototipizaciji kot pri proizvodnji.
Prednosti proizvodnje aditivov
AdDive Manufacturing (AM) ponuja številne prednosti v industrijah. Te prednosti omogočajo menjavo iger v sodobni produkciji.
Zmanjšana izguba materiala
AM uporablja samo material, potreben za končni izdelek. Ta pristop znatno zmanjšuje odpadke v primerjavi s tradicionalnimi metodami.
Zapletene geometrije in zapleteni modeli
AM se odlikuje pri ustvarjanju zapletenih oblik. Z običajnimi tehnikami lahko ustvari dele, ki jih ni mogoče narediti.
Notranji kanali
Rešetke strukture
Organske oblike
Hitrejše prototipiranje in krajši čas svinca
Hitro prototipiranje postane resničnost z AM. Omogoča hitre iteracije in hitrejše cikle razvoja izdelkov.
| Tradicionalna prototipizacija | AM prototipizacijo |
| Tedne do mesecev | Ur do dni |
| Več korakov | En postopek |
| Visoki stroški orodja | Brez orodja |
Stroškovno učinkovita proizvodnja majhne serije
Am sije pri proizvodnji majhnih količin. Odpravlja potrebo po dragih plesni ali orodju.
Izboljšana trajnost
Zmanjšanje odpadkov pomeni izboljšano trajnost. AM ohranja vire in energijo.
Potencial za množično prilagajanje
AM omogoča krojenje izdelkov posameznim potrebam. To odpira nove možnosti na različnih področjih:
Slabosti proizvodnje aditivov
Medtem ko aditivna proizvodnja (AM) ponuja številne prednosti, ima tudi omejitve. Razumevanje teh pomanjkljivosti je ključnega pomena za njegovo učinkovito uporabo.
Omejene možnosti materiala
AM uporablja manj materialov kot odštevalne metode. Ta omejitev lahko omeji njegovo uporabo v določenih panogah.
Običajni AM materiali:
Termoplastika
Nekaj kovin
Določena keramika
Počasnejša proizvodnja velike količine
AM se odlikuje v majhnih serijah, vendar zaostaja pri množični proizvodnji. Tradicionalne metode ga pogosto presegajo za velike količine.
| Proizvodna glasnost | Am hitrost | Tradicionalna hitrost |
| Majhna (1-100) | Hitro | Počasi |
| Srednje (100-1000) | Zmerno | Hitro |
| Velik (1000+) | Počasi | Zelo hitro |
Višji obsežni proizvodni stroški
Za množično proizvodnjo je AM lahko dražji. Stroški na enoto se z obsegom znatno zmanjšajo.
Natančnost nižjega dela in površinski zaključek
Deli AM imajo lahko nižjo natančnost kot obdelani. Njihova površinska obdelava pogosto zahteva izboljšanje.
Tesni tolerančni izzivi
Z AM je težko doseči tesne tolerance. To je lahko problematično za dele, ki potrebujejo natančne prileganje.
Zahteve po obdelavi
Večina delov AM potrebuje dodatno delo po tiskanju. To dodaja čas in stroške proizvodnemu procesu.
Pogosti koraki po obdelavi:
Kaj je odštevalna proizvodnja?
Odštevanje proizvodnje (SM) ustvarja predmete z odstranjevanjem materiala iz trdnega bloka. To je tradicionalna metoda, ki se uporablja v različnih panogah.
Kratka zgodovina
SM sega v starodavne čase. Zgodnji primeri vključujejo rezbarjenje kamna in obdelavo lesa. Sodobni SM se je razvil z industrijsko revolucijo, kar je vodilo do natančnih obdelovalnih strojev.
Kako deluje
SM se začne z večjim kosom materiala. Stroji ali orodja nato odrežejo odvečen material, da ustvarite želeno obliko.
Skupne tehnike
CNC obdelava
Stroji za računalniško numerično krmiljenje (CNC) uporabljajo programirana navodila za odstranjevanje materiala.
Rezkanje: rezanje materiala z vrtljivimi orodji
Obrat: oblikuje valjaste dele z vrtenjem obdelovanja
Vrtanje: ustvari luknje v materialu
Lasersko rezanje
Ta tehnika za rezanje materialov uporablja močni laser. Natančen je in deluje na različnih materialih.
Rezanje vode
Vodno rezanje uporablja visokotlačno vodo, pogosto pomešano z abrazivnimi delci, za rezanje materialov.
Rezanje v plazmi
Material za rezanje v plazmi z električno prevodnim plinom. Učinkovit je za rezanje kovine.
Električna obdelava odvajanja (EDM)
EDM za odstranjevanje materiala uporablja električne izpuste. Idealen je za trde kovine in zapletene oblike.
Dodatne podrobnosti
Obdelovalne procese
Brušenje: uporablja abrazivna kolesa za fine površinske zaključke
REAMING: poveča in zaključi luknje
Dolgočasno: poveča luknje z orodji za rezanje z enim točkam
Načela EDM
EDM deluje z ustvarjanjem nadzorovanih električnih iskric med elektrodo in obdelovancem.
Laserski parametri rezanja
Moč: Določi globino rezanja
Hitrost: vpliva na kakovost rezanja
Osredotočenost: vpliva na natančnost
Parametri rezanja WaterJet
Tlak: Običajno 60.000 psi ali več
Abrazivni pretok: vpliva na hitrost in kakovost rezanja
Premer šobe: vpliva na razrezano širino in natančnost
Prednosti odštevalne proizvodnje
Subtractive Manufacturing (SM) ponuja številne prednosti v panogah. Te prednosti so ključna metoda v sodobni proizvodnji.
Široka paleta združljivih materialov
SM deluje z obsežno raznolikostjo materialov:
Kovine (jeklo, aluminij, titanij)
Plastika (ABS, PVC, akril)
Kompoziti (ogljikova vlakna, steklena vlakna)
Les
Kozarec
Kamen
Ta vsestranskost omogoča SM, da zadovolji različne potrebe po proizvodnji.
Visoka natančnost in natančnost
SM se odlikuje pri ustvarjanju zelo natančnih delov. Dosega tesne tolerance, pogosto kot 0,001 palca.
| Tehnika | tipična toleranca |
| CNC rezkanje | ± 0,0005 ' |
| EDM | ± 0,0001 ' |
| Lasersko rezanje | ± 0,003 ' |
Odlične površinske zaključke
SM proizvaja dele z vrhunsko kakovostjo površine. To pogosto odpravlja potrebo po dodatnih postopkih zaključka.
Hitrejša proizvodnja velikega obsega
Za proizvodnjo velikega obsega SM presega dodatne metode:
CNC stroji na več osi delujejo hitro
Samodejno spreminjanje orodja zmanjšuje izpadanje
Sočasne operacije na različnih delih
Stroškovno učinkovita proizvodnja z visoko količino
SM postane bolj ekonomičen, ko se povečuje obseg proizvodnje. Začetne stroške nastavitve izravnajo hitrejše stopnje proizvodnje.
Obsežno ustvarjanje delov
SM zlahka obravnava velike komponente. Idealen je za panoge, ki zahtevajo velike dele:
Aerospace (komponente letal)
Automotive (bloki motorja)
Gradnja (konstrukcijski elementi)
Slabosti odštevanja proizvodnje
Medtem ko odštevalna proizvodnja (SM) ponuja številne prednosti, ima tudi omejitve. Razumevanje teh pomanjkljivosti je bistvenega pomena za učinkovito uporabo.
Višji materialni odpadki
SM odstrani material za ustvarjanje delov. Ta postopek ustvarja velike odpadke:
Do 90% materiala lahko v nekaterih primerih postane ostanki
Možnosti recikliranja so lahko za določene materiale omejene
Povečan vpliv na okolje zaradi odstranjevanja odpadkov
Omejeno kompleksno ustvarjanje geometrije
SM se bori z zapletenimi modeli:
Notranje votline so zahtevne za proizvodnjo
Nekatere oblike lahko zahtevajo več nastavitev ali specializirana orodja
Nekatere zapletene funkcije bi bilo morda nemogoče
Daljši čas nastavitve in višji stroški orodja
SM pogosto zahteva obsežno pripravo:
| vidika | vpliv |
| Izbira orodja | Zamudno |
| Strojno programiranje | Zahteva strokovno znanje |
| Ustvarjanje napeljave | Dodatni stroški |
Manj oblikovalska prilagodljivost
Spreminjanje modelov v SM je lahko drago:
Spremembe lahko zahtevajo novo orodje
Pogosto so potrebni reprogramirani stroji
Obstoječe nastavitve lahko postanejo zastarele
Višje zahteve za spretnosti upravljavca
SM -ji SM zahtevajo usposobljene operaterje:
Razumevanje materialnih lastnosti
Poznavanje hitrosti rezanja in hitrosti podajanja
Sposobnost razlage zapletenih tehničnih risb
Stroški obrabe in zamenjave orodij
Orodja SM se sčasoma poslabšajo:
Redna zamenjava orodij je potrebna
Kakovostna orodja so lahko draga
Obrabljena orodja lahko vplivajo na kakovost dela
Primerjava aditiva in
| odštevanja proizvodnih aditivov | izdelava proizvodnje | odštevalne proizvodnje |
| Proces | Zgradi predmete z dodajanjem plasti materiala | Odstranjuje material iz večjega dela, da ustvarite predmete |
| Materialni odpadki | Minimalni odpadki | Visoki materialni odpadki |
| Združljivi materiali | Omejena (predvsem plastika in nekatere kovine) | Široka ponudba (kovine, plastika, les, steklo, kamen) |
| Kompleksnost | Lahko ustvari zelo zapletene in zapletene geometrije | Bolj primeren za razmeroma preproste geometrije |
| Natančnost | Manj natančne (tolerance tesne kot 0,100 mm) | Natančnejši (tolerance tesne kot 0,025 mm) |
| Količina proizvodnje | Primerno za majhne serije | Idealno za velike proizvodnje |
| Hitrost | Počasnejši za velike količine | Hitreje za velike količine |
| Stroški | Bolj stroškovno učinkovite za majhne količine | Bolj stroškovno učinkovite za velike količine |
| Prožnost oblikovanja | Velika prilagodljivost za spremembe oblikovanja | Manj prilagodljiv za spremembe oblikovanja |
| Površinski zaključek | Pogosto zahteva naknadno obdelavo | Lahko neposredno ustvari gladke zaključke |
| Spretnost operaterja | Zahteva manj usposobljene operaterje | Zahteva visoko kvalificirane operaterje |
| Stroški opreme | Nižji stroški začetne opreme | Višji začetni stroški opreme |
| Orodje | Potrebno minimalno orodje | Obsežno orodje je pogosto potrebno |
| Trajnost | Bolj trajnostno zaradi manj odpadkov | Manj trajnostno zaradi materialnih odpadkov |
| Notranje lastnosti | Lahko enostavno ustvarite notranje funkcije | Težko ustvariti notranje funkcije |
| Omejitve velikosti | Na splošno omejeno na manjše dele | Lahko proizvaja obsežne dele |
| Naknadno obdelavo | Pogosto zahteva več korakov | Višja stopnja dokončanja po začetnem postopku |
Hibridni proizvodni procesi
Hibridna proizvodnja združuje aditivno proizvodnjo (AM) in odštevanje (SM). Ta pristop izkorišča prednosti obeh metod, kar ustvarja močno sinergijo v proizvodnji.
Definicija in koristi
Hibridni procesi integrirajo tehnike AM in SM:
Prednosti vključujejo:
Primer procesa toka:
3D natisnite obliko skoraj mreže
CNC obdelava za natančne dimenzije
Lak za vrhunsko površinsko obdelavo
Skupne aplikacije
Hibridna proizvodnja se odlikuje na različnih področjih:
| aplikacije | ugodnost |
| Orodje | Zapleteni modeli s tesnimi tolerancami |
| Jigs in napeljave | Oblike po meri s trpežnimi zaključki |
| Deli z visoko toleranco | Zapletene geometrije z natančnimi lastnostmi |
Industrije, ki uporabljajo hibridne procese:
Aerospace
Avtomobil
Medicinske pripomočke
Proizvodnja po meri
Izbira med aditivnimi in odštetimi proizvodnji
Izbira pravega načina izdelave je odvisna od različnih dejavnikov. Vsak postopek ponuja različne prednosti, zato je ključnega pomena, da svojo izbiro uskladite z zahtevami projekta.
Dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri izbiri proizvodnje
Materialne zahteve
Izbira materiala ima pomembno vlogo. Aditivna proizvodnja (AM) običajno deluje najbolje s plastiko in nekaterimi kovinami, medtem ko odštevalna proizvodnja (SM) lahko obvlada široko paleto materialov, vključno s kovinami, plastiko, lesom in steklom. Če potrebujete težko strokovno materiale ali večjo trajnost, je SM pogosto boljša možnost.
Del kompleksnost in oblikovanje
Za zapletene zasnove s kompleksnimi geometrijami - na primer notranje votline ali artikulirajoči sklepi - AM se odlično odreže, kar omogoča visoko prilagoditev. SM, čeprav natančen, se lahko bori z izjemno zapletenimi modeli. Bolj je primeren za enostavnejše ali vmesne geometrije, kjer so potrebne tesne tolerance.
Proizvodni obseg in razširljivost
AM je idealen za nizko do srednje proizvodno količino, kot so hitro prototipiranje ali proizvodnja majhne serije. Za obsežno proizvodnjo je SM veliko bolj učinkovit, še posebej pri proizvodnji na tisoče enakih delov. Ko se količina proizvodnje povečuje, postane stroškovno učinkovitost SM jasna.
Vodite čas in čas na trg
Projekti, ki zahtevajo kratek čas, ki imajo koristi od AM, zaradi minimalne nastavitve in hitrega prehoda iz zasnove v izdelek. Za večje proizvodne vožnje pa lahko SM ponudi hitrejši čas izdelave, ko je nastavitev končana, še posebej za kovinske dele.
Omejitve proračuna in stroškov
AM je stroškovno učinkovitejši za majhne, zapletene dele, še posebej pri prototipiranju. Vendar pa SM postane bolj ekonomičen za večje dele ali veliko količino proizvodnje. Stroški nastavitve in stroški na del se običajno zmanjšujejo, ko se povečanje obsega v SM.
Cilji trajnosti
AM ustvarja manj odpadkov, zaradi česar je bolj trajnostna možnost. SM, čeprav hitrejši za velike vožnje, proizvaja pomembne materialne odpadke v obliki čipov ali ostankov. Če je trajnost ključna prednostna naloga, je AM morda bolj primeren.
Matrica odločanja za aditivno v primerjavi s odštevanjem proizvodnje
Naslednja matrica odločanja ponuja hitro primerjavo dejavnikov, ki vam bodo pomagali izbrati pravo metodo:
| Factor | Aditive Manufacturing (AM) | Odštevanje proizvodnje (SM) |
| RAZPOLOŽENJA | Limited (večinoma plastika, nekaj kovin) | Široke (kovine, plastika, les, steklo) |
| Kompleksnost dela | Obdeluje kompleksne, zapletene zasnove | Najboljše za enostavnejše, natančne geometrije |
| Količina proizvodnje | Idealno za majhno serijo, prototipiranje | Učinkovito za množično proizvodnjo |
| Čas svinca | Hitrejša nastavitev, hiter preobrat | Počasnejša nastavitev, hitrejša za velike vožnje |
| Stroški | Dražje za velike dele ali kovine | Bolj stroškovno učinkovit pri višjih količinah |
| Trajnost | Manj odpadkov, bolj trajnostni | Pomembni odpadki, manj trajnostni |
S to matrico uskladite potrebe svojega projekta z močmi vsake proizvodne metode.
V resničnem svetu aplikacije za aditivno in odštevanje proizvodnje
Aditivna proizvodnja (AM) in odštevanje proizvodnje (SM) igrata ključne vloge v različnih panogah. Njihove aplikacije se še naprej širijo in razvijajo.
Vesoljsko in letalstvo
AM: lahke komponente, zapletene geometrije
SM: Deli motorja z visoko natančnostjo, konstrukcijski elementi
Avtomobilska industrija
AM: Hitro prototipiranje, deli po meri
SM: bloki motorja, komponente menjalnika
Medicinski in zobni
AM: vsadki po meri, protetika
SM: kirurški instrumenti, zobne krone
Potrošniške izdelke in elektronika
AM: Prilagojeni izdelki, izdelki z majhnimi šarticami
SM: Ohišje pametnih telefonov, komponente prenosnika
Industrijski stroji in orodje
Arhitektura in gradnja
AM: Modeli lestvice, dekorativni elementi
SM: Strukturne komponente, fasadni elementi
Zaključek
Vsaka aditivna in odštevalna proizvodnja ima edinstvene prednosti in slabosti. AM se odlikuje v zapletenih modelih in prilagajanju. SM ponuja natančnost in materialno vsestranskost.
Razumevanje teh razlik je ključnega pomena za sprejemanje informiranih proizvodnih odločitev. Pri izbiri metode upoštevajte posebne potrebe vašega projekta.
Ocenite dejavnike, kot so material, zapletenost, količina in stroški. To vam bo pomagalo izbrati najboljši pristop za vaše proizvodne cilje.
