Знаете ли вы, какой производственный процесс лучше для вашего продукта: субтрактивный или аддитивный? Понимание различий между этими двумя процессами поможет вам принять обоснованные решения относительно вашего следующего проекта. Мы изучим их различия и посмотрим, как они могут повлиять на ваши производственные цели.
Субтрактивное производство предполагает удаление материала из блока для достижения определенной формы. Напротив, аддитивное производство создает объекты слой за слоем, обычно с использованием технологии 3D-принтера. У каждого есть свои сильные стороны: субтрактивный метод обеспечивает точность, а аддитивный позволяет создавать сложные геометрии с меньшими отходами материала.
Основы аддитивного производства
Аддитивное производство, или АП, часто является синонимом 3D-печать. Этот метод создает сложные, легкие и подробные структуры путем создания цифровых проектов слой за слоем.
Что такое процесс аддитивного производства?
Этот процесс начинается с цифрового дизайна, обычно создаваемого с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования. Затем модель разрезается на тонкие слои и печатается индивидуально, чтобы создать трехмерный объект. Слои соединяются до тех пор, пока объект не будет завершен.
Виды технологий аддитивного производства
Аддитивное производство включает в себя несколько технологий, каждая из которых подходит для разных материалов и областей применения.
Стереолитография (SLA)
Технология SLA использует ультрафиолетовый лазер для отверждения фотополимера слой за слоем. Этот метод известен как высокоточная и гладкая отделка.
Моделирование наплавленного осаждения
FDM — это процесс, который включает в себя экструзию нитей термопласта через нагретое сопло и укладку материала слоями.
Селективное лазерное спекание
SLS использует лазер для спекания порошкообразных материалов, образуя твердую структуру.
Прямое лазерное спекание металлов
DMLS похож на SLS, поскольку в нем используется лазерное спекание порошкообразных металлов для создания плотных и сложных металлических компонентов.
Основы субтрактивного производства
Субтрактивное производство предполагает выдалбливание или удаление частей материала из твердого объекта, такого как металл или пластик, для создания конечного продукта.
Что такое субтрактивный производственный процесс?
Процесс начинается с твердого стержня, листа или блока материала, которому затем придается точная форма с использованием различных режущих и фрезерных инструментов. Машины с числовым программным управлением часто используются для управления этими инструментами. Это обеспечивает высокую точность, эффективность и повторяемость.
Общие методы
Субтрактивное производство включает в себя множество методов, каждый из которых адаптирован к конкретным материалам и приложениям.
обработка с ЧПУ
обработка с ЧПУ использует машины с компьютерным управлением для удаления материала с высокой точностью.
Лазерная резка
Лазерная резка резка или гравировка материала с помощью лазерного луча.
Фрезерование
Процесс фрезерования включает вращающиеся режущие инструменты, удаляющие материал. Фрезерование позволяет создавать множество элементов, включая контуры, пазы и отверстия.
Токарный станок
Материалу придают форму путем вращения его против режущего инструмента. Этот метод используется в основном для цилиндрических деталей и дает точные и стабильные результаты.
Электроэрозионная обработка (EDM)
Электроэрозионная обработка удаляет материал с помощью электрических разрядов. Этот метод весьма эффективен при работе со сложными или замысловатыми материалами.
Преимущества и недостатки аддитивного производства
Преимущества
- Сокращение отходов: При аддитивном производстве детали создаются слой за слоем, что значительно сокращает количество отходов по сравнению с традиционными методами производства.
- Уменьшенная оснастка: Используя этот метод, вам понадобится меньше инструментов. Вам не потребуется какой-либо специальный инструмент. Это сокращает время и затраты на установку.
- Производство по требованию: Позволяет производить по мере необходимости, без обширных складских запасов. Это снижает затраты на хранение и накладные расходы.
- Время выполнения: Ускоряет разработку, позволяя быстро создавать прототипы и вносить более быстрые корректировки.
- Устойчивость: Использование биоразлагаемого материала и меньшего количества отходов повысит экологичность производственных процессов.
- Сложные детали: Облегчает создание замысловатых и сложных конструкций, которые трудно реализовать субтрактивными методами.
Недостатки
- Отделка поверхности: Гладкость и точность, необходимые для деталей, изготовленных субтрактивным способом, часто требуют дополнительных процессов отделки.
- Объем производства: Хотя это подходит для прототипирования, небольшие партии и масштабирование до больших объемов производства могут быть менее рентабельными.
- Контроль качества: Вариативность может привести к нестабильному производству, что требует строгого контроля качества.
- Ограничение материала: Для аддитивного производства можно использовать только ограниченное количество материалов.
Субтрактивное производство: преимущества и недостатки
Преимущества
- Высокая точность: Субтрактивные методы известны своей точностью и способностью достигать более жестких допусков.
- Чистота поверхности: Обеспечивает превосходное качество поверхности прямо после машины. Это исключает необходимость дополнительной обработки.
- Сложность: Способен создавать сложные детали, включая внутренние конструкции и поднутрения, с точным контролем.
- Скорость: Дедуктивное производство выполняется быстрее для конкретных материалов и геометрий деталей.
- Универсальность: Может использоваться со многими материалами, включая металлы и пластики.
- Модификации: Модификации доступны, особенно если начать с цельного блока.
Недостатки
- Напрасно тратить: Это характеризуется удалением значительного количества материала. Это приводит к увеличению количества отходов сырья.
- Расходы: Высокие затраты на оборудование, инструменты и настройку для мелкосерийного производства.
- Износ инструмента: Инструменты изнашиваются в результате механических процессов и требуют замены и обслуживания.
- Безопасность: Удаление материала и острых инструментов может создать угрозу безопасности.
- Материал пыли: Пыль и частицы, образующиеся при использовании материала, могут потребовать применения уникальных решений по удалению пыли для поддержания безопасной рабочей среды.
- Потребление энергии: В целом аддитивные методы потребляют больше энергии на единицу продукции.
Аддитивное производство против субтрактивного производства: применение
Аддитивное производство: применение
Аддитивное производство подходит для конкретных отраслей и приложений, требующих индивидуальной настройки, сложности и создания прототипов.
- Прототипирование: Быстрое повторение концепций дизайна без дорогостоящих инструментов.
- Изготовленные на заказ медицинские приборы: Изготовление индивидуальных стоматологических и ортопедических изделий для индивидуальных пациентов.
- Аэрокосмические компоненты: Сложные, легкие компоненты, которые уменьшают вес самолета и повышают топливную экономичность.
- Автоматизированная индустрия: Индивидуальные компоненты для моделей, выпущенных ограниченным тиражом, и сложные компоненты, которые слишком сложны для традиционного производства.
- Ювелирные изделия и искусство: Позволяет создавать сложные узоры и конструкции, которые невозможно или трудно реализовать традиционными методами.
- Архитектура: Сложные архитектурные компоненты и модели, требующие мельчайших деталей.
Субтрактивное производство: Применение
Субтрактивное производство — идеальное решение для применений, требующих высокой точности, превосходной обработки поверхности и свойств материала, чего трудно достичь с помощью АМ.
- Массовое производство: Эффективно производите большие объемы деталей, обеспечивая стабильное качество и точность.
- Промышленное оборудование: Компоненты, требующие долговечности и высокой точности, такие как шестерни, приспособления и другие компоненты.
- Бытовая электроника Такие детали, как корпуса и крепления, отвечающие высоким эстетическим и функциональным стандартам.
- Автомобильное производство: Высокопрочные детали для автомобилей, такие как компоненты двигателя и элементы конструкции.
- Аэрокосмическая промышленность: Высокопрочные критически важные компоненты, такие как узлы шасси и лопасти.
- Медицинские имплантаты: Титановые имплантаты для ортопедии, требующие отличных свойств материала.
Сравните аддитивное производство и субтрактивное производство
Вот таблица, в которой быстро сравниваются аддитивное производство и субтрактивное производство.
| Особенность | Производство добавок | Субтрактивное производство |
|---|---|---|
| Используемые материалы | Пластмассы, металлы, керамика, смолы | Любой твердый материал, преимущественно металлы. |
| Образование отходов | Минимальный, строится из ничего | Высокая, поскольку материал удаляется из более крупного блока. |
| Стоимость оснастки | От низкого до нулевого, поскольку специальные инструменты не требуются. | Высокая из-за необходимости использования специальных режущих инструментов |
| Сложность деталей | Высокий, позволяет легко создавать сложную геометрию. | Ограничено доступными областями с помощью режущих инструментов |
| Скорость производства | Медленнее для массового производства, быстрее для прототипов | Быстрее для больших объемов работ, медленнее для прототипов |
| Качество отделки | Может потребоваться постобработка для гладкости. | Высококачественная отделка, достигнутая напрямую |
| Экономическая эффективность | Более экономично для небольших партий или нестандартных изделий. | Более экономично при больших объемах производства. |
| Точность | Менее точна, улучшения продолжаются | Высокая точность, подходит для критически важных деталей |
| Гибкость | Высокая, легко изменить дизайн в цифровом виде | Низкий, требует переоснащения для внесения изменений в конструкцию |
| Потребление энергии | Во многих случаях ниже, но зависит от материала и станка. | Обычно выше из-за работы инструмента и отходов материала. |
| Идеальные приложения | Прототипирование, индивидуальные медицинские устройства, детали для аэрокосмической отрасли. | Массовое производство, промышленные детали, товары народного потребления |
Выбирайте между аддитивным или субтрактивным производством.
Когда следует использовать технологию аддитивного производства?
Аддитивное производство является лучшим решением во многих сценариях.
- Быстрое прототипирование: AM — отличный инструмент для быстрого прототипирования. Это позволяет вносить изменения и итерации без смены инструментов.
- Сложная геометрия: AM превосходно производит детали сложной и сложной геометрии.
- Настройка: AM предлагает необходимую вам гибкость без каких-либо дополнительных затрат.
- Уменьшение веса: В таких отраслях, как аэрокосмическая и автомобильная промышленность, снижение веса может существенно повлиять на производительность и эффективность.
- Инструменты и приспособления: Я могу быстро создать специализированные инструменты и приспособления.
Когда следует использовать субтрактивные методы производства?
В таких обстоятельствах предпочтительным методом является субтрактивное производство.
- Высокообъемное производство: При больших объемах производства SM может быть более экономичным и эффективным благодаря более высокой скорости удаления материала и уменьшению количества отходов.
- Свойства материала: SM часто более эффективен, когда необходимы свойства материала.
- Чистота поверхности и точность: SM обычно предпочтительнее, если требуется, чтобы деталь имела высококачественную поверхность с жесткими допусками.
- Простота и скорость для определенных проектов: SM быстрее устанавливает и собирает детали простой геометрической сложности.
- Важные компоненты: Теперь SM может более эффективно обрабатывать важные компоненты.
Стоимость аддитивного производства по сравнению с субтрактивным производством
При сравнении затрат между аддитивным и субтрактивным производством на общую стоимость каждого метода влияет несколько факторов. Чтобы помочь вам понять финансовое влияние каждого метода, вот разбивка:
Первоначальные инвестиции
- Производство добавок: Как правило, субтрактивные инструменты требуют более высоких первоначальных инвестиций.
- Субтрактивное производство: ЧПУ и другие субтрактивные машины могут быть дорогими, особенно для высокой точности или крупномасштабных возможностей.
Материальные затраты
- Производство добавок: Стоимость единицы материала может быть выше из-за необходимости использования уникальных материалов (например, металлических порошков и специальных полимеров). Это также может снизить затраты на отходы, поскольку более эффективно использует материалы.
- Субтрактивное производство: Хотя сыпучие материалы могут стоить меньше за единицу, в общей стоимости необходимо учитывать значительное количество отходов материала.
Затраты на оплату труда
- Производство добавок требует меньше труда, поскольку машины могут выполнять большую часть процесса самостоятельно после начала печати.
- Субтрактивное производство требует квалифицированной рабочей силы для эксплуатации машин, установок и непрерывных операций.
Операционные затраты
- Производство добавок: Эксплуатационные затраты могут быть снижены, поскольку производство включает меньше этапов.
- Субтрактивное производство: Повышенное энергопотребление из-за характера процессов резания, сверления или фрезерования. Кроме того, стоимость замены инструментов и их износ увеличивают эксплуатационные расходы.
Объем и скорость производства
- Производство добавок: Более экономично для небольших или сложных производственных тиражей.
- Субтрактивное производство: Более экономичный в масштабе, поскольку стоимость единицы изделия резко снижается при более значительных объемах производства.
Срок выполнения и гибкость
- Производство добавок: Может предложить более короткие сроки выполнения заказа и быстро адаптироваться к изменениям конструкции без дополнительных затрат.
- Субтрактивное производство: Время выполнения может быть больше при настройке нового процесса или когда изменения конструкции требуют новых приспособлений или инструментов.
Затраты в долгосрочной перспективе
- Производство добавок: Возможность производить легкие конструкции с минимальными отходами может со временем сэкономить деньги.
- Субтрактивное производство: Обеспечивает долговечность, надежность и стабильность, особенно при больших объемах печати. Это может снизить производственные затраты на стандартную продукцию в долгосрочной перспективе.
Заключение
Конкретные требования вашего проекта будут определять, выберете ли вы аддитивное или субтрактивное производство. АМ идеально подходит для изделий сложной геометрии, индивидуальной настройки и мелкосерийного производства. Он обеспечивает гибкость и эффективность при изменении конструкции при минимизации отходов. Это идеальное решение для аэрокосмической, медицинской и автомобильной промышленности, где инновации имеют решающее значение.
СМ – лучшее в крупносерийном производстве. Он обеспечивает непревзойденную точность, последовательность и экономическую эффективность. Он лучше подходит для проектов, требующих более жестких допусков, и позволяет производить детали с превосходной поверхностью.
Вам нужен надежный производитель деталей из листового металла? Шенген – это то место, куда стоит поехать. Мы специализируемся на лазерной резке листового металла, гибке, отделке поверхности и обработке на станках с ЧПУ. Обратитесь в Шенген Сегодня и обратитесь за помощью к профессионалам!
Часто задаваемые вопросы
Какой метод быстрого прототипирования является лучшим?
Аддитивное производство лучше подходит для быстрого прототипирования. Это позволяет быстро выполнять итерации проектирования без необходимости менять инструменты или настройки. AM может производить детали непосредственно на основе цифровых проектов, сокращая время между проектированием и созданием прототипа.
Каковы затраты, связанные с каждым методом?
Затраты на субтрактивное и аддитивное производство варьируются в зависимости от масштаба и сложности. АМ, как правило, более экономически эффективен и имеет более низкие первоначальные затраты для небольших партий или сложных нестандартных деталей. СМ изначально дороже из-за первоначальных инвестиций в оборудование и инструменты. Тем не менее, с увеличением объемов производства он становится дешевле из-за эффективности использования материалов и более высоких темпов производства.
Каково воздействие аддитивного и субтрактивного производства на окружающую среду?
Аддитивное производство (АП) часто считается более экологически чистым, чем субтрактивное производство. AM может сократить количество отходов, используя только те материалы, которые необходимы для изготовления детали. Он также использует переработанные материалы.
Дополнительные ресурсы:
Материалы для 3D-печати – Источник: Formlabs
Устойчивые практики в производстве – Источник: Предсказание
Сравнительный справочник по технологиям производства – Источник: Treatstock
Привет, я Кевин Ли
Последние 10 лет я занимался различными формами изготовления листового металла и делился здесь интересными идеями из своего опыта работы в различных мастерских.
Связаться
Кевин Ли
У меня более десяти лет профессионального опыта в производстве листового металла, специализирующегося на лазерной резке, гибке, сварке и методах обработки поверхности. Как технический директор Shengen, я стремлюсь решать сложные производственные задачи и внедрять инновации и качество в каждом проекте.
