Drukarki 3D to nowy rodzaj urządzeń przetwarzających, zdolnych do wytwarzania różnorodnych kształtów, a ich zastosowanie w ostatnich latach staje się coraz bardziej powszechne. Ale ma też wady i sytuacje, w których nie nadaje się do przetworzenia. W jakich sytuacjach drukarki 3D mogą spełnić swoją rolę, a w jakich sytuacjach tradycyjne przetwarzanie jest bardziej odpowiednie? Poniżej przedstawiono charakterystykę drukarek 3D i różnice między nimi w stosunku do obróbki skrawaniem.
Co to jest druk 3D?
Drukarka 3D to urządzenie, które tnie dane 3D na cienkie plasterki, tworząc dwuwymiarowe kształty, a następnie układa dwuwymiarowe kształty, tworząc trójwymiarowy model identyczny z kształtem danych 3D. W przeciwieństwie do obróbki skrawaniem, która usuwa materiały, obróbki plastycznej kształtującej uformowane materiały i obróbki odkształcającej, wytwarzanie przyrostowe, znane również jako wytwarzanie przyrostowe, jest rozpatrywane z perspektywy przetwarzania z dodanymi materiałami. Charakterystyka przetwarzania drukarek 3D objawia się jako „modelowanie” i „warstwowość”, które dzieli się głównie na następujące kategorie w oparciu o metody modelowania i rodzaje materiałów modelarskich.
Klasyfikacja na podstawie metody warstwowej
Modelowanie osadzania topionego (FDM): Jest to metoda warstwowa, która natryskuje materiał topliwy z dyszy, począwszy od stosunkowo niedrogich modeli do użytku osobistego po zastosowania komercyjne, z szeroką gamą linii produktów. Materiałem modelarskim jest głównie żywica, ale zdarzają się również materiały na fazy metalowe. Na przykład w niektórych termoplastycznych produktach numerycznych do formowania można zastosować te same materiały, które są faktycznie stosowane w procesie formowania wtryskowego.
Metoda formowania UV: Jest to metoda naświetlania promieniami ultrafioletowymi ciekłej żywicy w celu jej utwardzenia i osadzenia materiałów. Napromieniowanie UV można uzyskać m.in. za pomocą projektorów UV i laserów. Zasadniczo używany tylko do kształtowania materiałów żywicznych. Wykorzystane materiały są materiałami specjalistycznymi. Warstwa spiekania proszku metodą formowania warstwowego wykorzystuje laser lub inne metody do napromieniowania cienkiej warstwy materiału proszkowego i podgrzewa ją w celu rozpuszczenia i zestalenia materiału proszkowego. Następnie nałóż na niego cienką warstwę proszku materiału i ponownie wykonaj naświetlanie laserem. Ta metoda nakładania warstw nazywana jest modelowaniem warstwowym poprzez spiekanie proszkowe. Ogólnie rzecz biorąc, materiały i dodatki są mieszane do użytku, a funkcją dodatków jest stopienie i związanie materiałów ze sobą. Materiały stosowane w tej metodzie są również specjalistyczne.
Według klasyfikacji materiałów
Materiał żywiczny
Materiały metaliczne
Drukarki 3D mogą przetwarzać materiały żywiczne i metalowe. Ze względu na różne materiały, które mogą być przetwarzane przez różne modele sprzętu, konieczne jest stosowanie różnych modeli sprzętu w zależności od celu projektu.
Drukarki 3D często sprawiają ludziom wrażenie, że z łatwością mogą przetworzyć i wyprodukować dowolny kształt, ale w rzeczywistości wysokiej jakości modelowanie i przetwarzanie wymagają metod i zgromadzonego doświadczenia. Tego typu sprzęt nie jest w stanie wyprodukować wszystkiego według własnego uznania. Ponadto czasami obróbka końcowa po formowaniu również wymaga więcej czasu, np. usunięcie zaciskających części formujących stosowanych do stabilizacji kształtu. Wiele firm świadczy tego typu profesjonalne usługi i aby to osiągnąć, powinniśmy nadać priorytet temu podejściu.
Różnica pomiędzy drukiem 3D a obróbką skrawaniem
Największą różnicą między drukiem 3D a cięciem jest sposób przetwarzania, a ponadto istnieje wiele innych różnic.
Różnice w metodach przetwarzania
Drukarka 3D: produkcja przyrostowa polegająca na dodaniu materiałów w celu uzyskania pożądanego kształtu.
Obróbka cięcia: usuwanie niepotrzebnych części z materiałów blokowych i przetwarzanie ich w celu rozróżnienia kształtu, który można obrobić.
Drukarka 3D: Ułożona na podstawie kształtów przekrojów 2D, może obrabiać otwory puste, wiszące, zakrzywione itp. Z drugiej strony grube mięso, niepuste grudki itp. nie nadają się do tego typu metody ze względu na na potrzebę większej ilości materiałów.
Obróbka skrawaniem: Nie można obrabiać otworów pustych lub zakrzywionych wewnętrznie. Ponadto przy obróbce otworów wystających i poprzecznych konieczne jest wielokrotne dociśnięcie i unieruchomienie przedmiotu w trakcie procesu obróbki, dlatego stopień swobody kształtu, który można obrobić, nie jest zbyt duży. Z drugiej strony, metoda ta wycina kształty z materiałów blokowych, co ułatwia wytwarzanie elementów o grubych ściankach.
Różnice w danych wymaganych do przetwarzania
Drukarka 3D: potrzebne są nie tylko dane projektowe 3D, ale także dane do drukowania 3D. Dodatkowo w zależności od kształtu może zaistnieć konieczność zaprojektowania podpór, co może wymagać specjalistycznego oprogramowania lub danych 3D typu STL, STEP, IGS jako danych pośrednich. Tworzenie danych w tym celu może zająć dużo czasu.
Obróbka cięcia: Przy użyciu obrabiarek do cięcia można wykorzystać rysunki 2D. W ostatnich latach „automatyczna obróbka” NC stopniowo stała się głównym nurtem, dla którego powszechnie stosuje się program aplikacyjny (CAM) do automatycznego tworzenia programów NC. Oprócz popularnych formatów danych 2D, takich jak DXF, można również tworzyć programy NC, rozpoznając formaty danych 3D, takie jak STEP i IGS, szczególnie w przypadku skomplikowanych kształtów. Na tej podstawie możemy łatwo tworzyć dane w celu osiągnięcia celów przetwarzania.
Różnica pomiędzy materiałami obrabialnymi
Drukarki 3D na ogół wymagają specjalistycznych materiałów. Dlatego też, oprócz ograniczeń dotyczących materiałów opcjonalnych, materiały specjalistyczne mają również wady, takie jak wyższa cena niż materiały ogólne.
Obróbka cięcia: Może przetwarzać nie tylko metale, ale także różne inne materiały, takie jak tworzywa sztuczne.
Przykłady, które są bardziej odpowiednie dla druku 3D w porównaniu do obróbki cięcia
Każda metoda przetwarzania ma swoje zalety i wady. Poniżej przedstawiono kilka przypadków, w których druk 3D jest bardziej odpowiedni niż obróbka skrawaniem.
Potwierdzenie kreacji 3D: Jeśli na etapie planowania produktu konieczne jest potwierdzenie wyglądu produktu, można z powodzeniem wykorzystać tę metodę. W porównaniu ze specyfikacjami, rysunkami i ilustracjami może zapewnić wyraźniejsze i bardziej intuicyjne wrażenia, ponieważ można je wyświetlać przed oczami jak obiekt fizyczny.
Pusta struktura i wewnętrznie zakrzywione otwory: Ta metoda jest bardzo odpowiednia, jeśli chcesz uzyskać pustą strukturę w celu zmniejszenia masy lub jeśli chcesz uzyskać złożony, zakrzywiony kształt otworu wewnątrz produktu. Zwłaszcza podczas tworzenia zakrzywionych otworów wewnętrznie, ponieważ wycinanie obejmuje obróbkę otworów w dwóch kierunkach i przecinanie ich, można utworzyć tylko prosty otwór o kącie R. Ale drukarki 3D mogą tworzyć złożone zakrzywione i zakrzywione otwory.
Produkcja wyrobów próbnych: Zwłaszcza w przypadku wyrobów z tworzyw sztucznych, aby przeprowadzić produkcję próbną, należy wykonać formy próbne podczas obróbki skrawaniem. Ponieważ jednak drukarki 3D nie wymagają form, produkcję próbną można przeprowadzić niewielkim kosztem. Inną metodą jest wydrukowanie formy używanej do formowania wtryskowego lub tłoczenia, a nie samego prototypu.
Konstrukcja i modele budynków: Drukarki 3D nadają się do tworzenia skomplikowanych zakrzywionych konstrukcji. Ponadto ma również umiejętności w przetwarzaniu pustych kształtów, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni do stylizacji modeli architektonicznych. W procesie cięcia trudno jest uzyskać pusty kształt, dlatego należy go podzielić na wiele części w celu produkcji i montażu. Za granicą zjawisko wykorzystania druku 3D do produkcji samych budynków stopniowo narasta, jednak nadal istnieją takie kwestie, jak koszty materiałów i precyzja kombinacji komponentów.
Produkcja różnorodna i w małych partiach: Zaletą drukarek 3D jest to, że nie wymagają form i mogą swobodnie drukować. Dlatego drukarki 3D nadają się do różnego rodzaju produkcji małoseryjnej, np. reprodukcji protez i produktów, których nakład się już wyczerpał, a także osprzętów wykorzystywanych na liniach produkcyjnych. Można go również wykorzystać do przetwarzania produktów odpowiadających różnym potrzebom klientów, takich jak niestandardowe części samochodowe. I dopóki istnieją dane, to samo można zrobić natychmiast, eliminując ryzyko niesprzedanych i nadwyżek zapasów.
Skutecznie odróżniaj druk 3D od obróbki skrawaniem
Największym wyzwaniem druku 3D jest niska dokładność obróbki. Aby można było zastosować je w połączeniu z innymi częściami, niezbędna jest obróbka skrawaniem. Kształt części precyzyjnie połączonych z innymi częściami, takimi jak śruby, jest nieodpowiedni. Szybkość przetwarzania druku 3D jest wolniejsza niż cięcia, a koszty operacyjne, w tym materiałów, są również wysokie, co powoduje, że nie nadaje się do produkcji na dużą skalę. Dlatego też, poza kilkoma rodzajami produkcji małoseryjnej, powszechnie stosuje się go do przetwarzania i produkcji form stosowanych w próbkach, prototypach lub próbach. W ostatnich latach zdarzały się również przypadki w branży motoryzacyjnej i lotniczej, gdzie produkty wykonane za pomocą drukarek 3D są bezpośrednio instalowane jako produkty końcowe, ale nie osiągnęły jeszcze poziomu zastępującego tradycyjne urządzenia przetwarzające. Nawet jako prototyp nadal występują problemy z precyzją i chropowatością powierzchni, a także trudnością w odkształcaniu termicznym materiałów metalowych.
Dlatego idealnym podejściem jest wykorzystanie druku 3D w niektórych ograniczonych zastosowaniach (takich jak produkcja próbna) i zastosowanie obróbki skrawaniem podczas precyzyjnych etapów produkcji próbnej i produkcji masowej. Ponadto w sytuacjach, gdy wymagana jest ocena wydajności na tym samym poziomie, co produkty produkowane masowo, drukarki 3D mogą nie być w stanie wykorzystać tych samych materiałów, co produkty produkowane masowo. W tym momencie konieczne jest użycie sprzętu tnącego, aby to osiągnąć.
W przeciwieństwie do procesów cięcia, które usuwają materiały, drukarki 3D to urządzenia przetwarzające, które dodają materiały w celu uzyskania pożądanego kształtu na potrzeby wytwarzania przyrostowego. Ułóż i ułóż kształty 2D z wycinków danych 3D, aby uzyskać pożądany kształt. Druk 3D można podzielić na modelowanie osadzania stopu (FDM), modelowanie w ultrafiolecie, modelowanie warstwowego spiekania proszków itp. zgodnie z metodą nakładania warstw, a także można je podzielić na żywicę i metal w zależności od zastosowanych materiałów. Choć możliwa jest także obróbka kształtów, których nie da się uzyskać poprzez cięcie, takich jak nawisy, otwory poprzeczne, czy wewnętrzne zakrzywione otwory, to jednak dokładność druku 3D jest obecnie niższa w porównaniu do cięcia, wymaga specjalistycznych materiałów i dłuższego czasu obróbki. Dlatego w porównaniu z produkcją masową drukarki 3D są bardziej odpowiednie do specjalnie ograniczonych celów podczas próbnych procesów produkcyjnych i planowania.