A 3D nyomtatók új típusú, különféle formák előállítására alkalmas feldolgozó berendezések, amelyek alkalmazása az elmúlt években egyre elterjedtebbé vált. De vannak hátrányai és olyan helyzetei is, amikor nem alkalmas feldolgozásra. Milyen helyzetekben tölthetik be szerepüket a 3D nyomtatók, és milyen helyzetekben alkalmasabb a hagyományos feldolgozás? Az alábbiakban bemutatjuk a 3D nyomtatók jellemzőit és különbségeiket a vágási feldolgozástól.
Mi az a 3D nyomtatás?
A 3D nyomtató egy olyan eszköz, amely vékony szeletekre vágja a 3D adatokat, hogy kétdimenziós alakzatokat hozzon létre, majd a kétdimenziós alakzatokat egymásra halmozva olyan háromdimenziós modellt hoz létre, amely megegyezik a 3D adatok alakjával. Ellentétben az anyagokat eltávolító forgácsolással, a formált anyagokat formáló műanyagfeldolgozással és a deformációs feldolgozással, az additív gyártást, más néven additív gyártást a hozzáadott anyagokkal történő feldolgozás szempontjából tekintjük. A 3D nyomtatók feldolgozási jellemzői a "modellezés" és a "rétegezés" formájában nyilvánulnak meg, amelyeket a modellezési módszerek és a modellező anyagok típusai alapján főként a következő kategóriákra osztanak fel.
Osztályozás rétegezési módszer alapján
Fused Deposition Modeling (FDM): Ez egy rétegezési módszer, amely a forró olvadékanyagot fúvókából permetezi, a személyes használatra szánt viszonylag olcsó modellektől a kereskedelmi felhasználásig, széles termékcsaláddal. A modellező anyag főként gyanta, de vannak fémfázisokhoz is alkalmas anyagok. Például egyes termoplasztikus numerikus termékekben a fröccsöntéshez ténylegesen használt anyagokat lehet használni.
UV fröccsöntési módszer: Ultraibolya sugarak folyékony gyantára történő besugárzásának módszere annak megkeményítésére és anyagok lerakására. Az UV-besugárzás többek között UV-projektorokkal és lézerekkel valósítható meg. Alapvetően csak gyanta anyagok formázására használják. A felhasznált anyagok speciális anyagok. A porszinterezési rétegenkénti öntési módszer lézerrel vagy más módszerekkel sugározza be a poranyag vékony rétegét, és felmelegíti a poranyag feloldásához és megszilárdulásához. Ezután fektessen rá vékony réteg anyagport, és végezzen ismét lézeres besugárzást. Ezt a rétegezési módszert porszinterezési rétegmodellezésnek nevezik. Általában az anyagokat és az adalékanyagokat felhasználás céljából összekeverik, és az adalékok funkciója az anyagok megolvasztása és összekapcsolása. Ehhez a módszerhez az alkalmazható anyagok is speciálisak.
Anyagbesorolás szerint
Gyanta anyag
Fémes anyagok
A 3D nyomtatók képesek gyanta és fém anyagok feldolgozására. A különböző berendezésekkel megmunkálható anyagok miatt a tervezés céljának megfelelően különböző típusú berendezéseket kell alkalmazni.
A 3D nyomtatók gyakran azt a benyomást keltik az emberekben, hogy könnyen meg tudnak dolgozni és bármilyen formát előállítani, a valóságban azonban a jó minőségű modellezéshez és feldolgozáshoz módszerekre és felhalmozott tapasztalatokra van szükség. Az ilyen típusú berendezések nem tudnak mindent tetszés szerint előállítani. Ezenkívül néha a formázás utáni utófeldolgozás is több időt igényel, például az alak stabilizálására használt szorító öntőalkatrészek eltávolítása. Sok cég nyújt ilyen típusú professzionális szolgáltatásokat, és ennek eléréséhez ezt a megközelítést kell előnyben részesítenünk.
A különbség a 3D nyomtatás és a vágási feldolgozás között
A 3D nyomtatás és a vágás között a legnagyobb különbség a feldolgozási módban rejlik, ezen kívül még sok más különbség is van.
A feldolgozási módszerek különbségei
3D nyomtató: additív gyártás, amely anyagok hozzáadásával eléri a kívánt formát.
Vágási feldolgozás: A szükségtelen részek eltávolítása tömbszerű anyagokból és feldolgozásuk a megmunkálható forma megkülönböztetésére.
3D nyomtató: 2D keresztmetszeti formák alapján halmozott, üreges, függő és ívelt lyukakat stb. képes feldolgozni. Másrészt a vastag hús, nem üreges csomók stb. nem alkalmasak erre a fajta módszerre, mert hogy több anyagra van szükség.
Vágás feldolgozása: Üreges vagy belül ívelt furatok nem dolgozhatók meg. Emellett a kinyúló és keresztirányú furatok megmunkálásához a megmunkálás során többszörösen kell rögzíteni és rögzíteni a munkadarabot, így a megmunkálható forma szabadságfoka nem túl magas. Másrészt ezzel a módszerrel tömbanyagokból formákat vág ki, így könnyebben készíthető vastag falú elemek.
A feldolgozáshoz szükséges adatok eltérései
3D nyomtató: Nem csak 3D tervezési adatokra, hanem 3D nyomtatási adatokra is szükség van. Ezen kívül a formától függően szükség lehet támasztékok tervezésére, amelyekhez speciális szoftverek vagy 3D adatok, például STL, STEP, IGS köztes adatként szükségesek. Az ehhez szükséges adatok létrehozása sokáig tarthat.
Vágás feldolgozása: A vágáshoz használt szerszámgépek 2D rajzokat használhatnak. Az utóbbi években az NC "automatikus megmunkálás" fokozatosan általánossá vált, amelyhez széles körben használják az NC programok automatikus létrehozására szolgáló alkalmazási programot (CAM). Az elterjedt 2D-s adatformátumok, például a DXF mellett NC-programok is létrehozhatók a 3D-s adatformátumok, például a STEP és az IGS felismerésével, különösen összetett alakzatokhoz. Ebből könnyen létrehozhatunk adatokat a feldolgozási célok eléréséhez.
Különbség a megmunkálható anyagok között
A 3D nyomtatók általában speciális anyagokat igényelnek. Ezért az opcionális anyagokra vonatkozó korlátozások mellett a speciális anyagoknak hátrányai is vannak, például drágábbak, mint az általános anyagok.
Vágási feldolgozás: Nemcsak fémeket, hanem különféle egyéb anyagokat, például műanyagokat is képes feldolgozni.
Példák, amelyek alkalmasabbak 3D nyomtatásra a vágási feldolgozáshoz képest
Minden feldolgozási módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai. Az alábbiakban bemutatunk néhány olyan esetet, amikor a 3D nyomtatás alkalmasabb, mint a vágási megmunkálás.
3D kreatív megerősítés: Ha a termék tervezése során szükséges a termék megjelenésének megerősítése, akkor ez a módszer hatékonyan alkalmazható. A specifikációkkal, rajzokkal és illusztrációkkal összehasonlítva tisztább és intuitívabb élményt nyújt, mivel fizikai tárgyként a szemek előtt jeleníthető meg.
Üreges szerkezet és belül ívelt furatok: Ez a módszer nagyon alkalmas, ha üreges szerkezetet szeretne elérni a súly csökkentése érdekében, vagy ha összetett ívelt lyukformát szeretne elérni a termék belsejében. Főleg belső íves furatok készítésekor, mivel a forgácsolás során két irányból kell furatokat megmunkálni és metszeni, így csak R-szögű egyenes furat készíthető. A 3D nyomtatók azonban összetett ívelt és ívelt lyukakat is képesek elérni.
Próbatermékek gyártása: Főleg műanyag termékeknél a próbagyártás lefolytatásához a vágási feldolgozás során próbaformákat kell készíteni. Mivel azonban a 3D nyomtatókhoz nincs szükség öntőformákra, a próbagyártás alacsony költséggel kivitelezhető. Egy másik módszer a fröccsöntéshez vagy sajtoláshoz használt öntőforma kiadása, nem pedig magát a prototípust.
Építési és épületmodellek: A 3D nyomtatók alkalmasak összetett íves szerkezetek létrehozására. Emellett jártas az üreges formák megmunkálásában is, így alkalmasabb építészeti modellek formázására. A vágási folyamat során nehéz üreges formát elérni, ezért azt több részre kell osztani a gyártáshoz és az összeszereléshez. A külföldi országokban fokozatosan növekszik a 3D nyomtatás használatának jelensége épületek előállításához, de még mindig felmerülnek olyan kérdések, mint az anyagköltségek és az alkatrészek kombinációinak pontossága.
Többféle és kis tételes gyártás: A 3D nyomtatók előnye, hogy nem igényelnek formákat és szabadon nyomtathatnak. Ezért a 3D nyomtatók alkalmasak különféle kisüzemi gyártásra, például protézisek és már elfogyott termékek, valamint gyártósorokon használt lámpatestek reprodukálására. Különböző vásárlói igényeket kielégítő termékek, például személyre szabott autóalkatrészek feldolgozására is használható. És amíg vannak adatok, ugyanaz azonnal elkészíthető, kiküszöbölve az eladatlan és felesleges készletek kockázatát.
Hatékony különbségtétel a 3D nyomtatás és a vágási feldolgozás között
A 3D nyomtatás legnagyobb kihívása az alacsony megmunkálási pontosság. Ahhoz, hogy más alkatrészekkel együtt lehessen használni, elengedhetetlen a megmunkálás. A más részekkel, például csavarokkal pontosan kombinált alkatrészek formája nem megfelelő. A 3D nyomtatás feldolgozási sebessége lassabb, mint a vágásé, és az üzemeltetési költségek, beleértve az anyagokat is, magasak, így alkalmatlan nagyüzemi gyártásra. Ezért a kis tételes gyártás néhány típusától eltekintve általában a mintákban, prototípusokban vagy kísérletekben használt formák feldolgozására és gyártására használják. Az elmúlt években az autóiparban és a légiközlekedésben is előfordultak olyan esetek, amikor a 3D nyomtatókkal készült termékeket közvetlenül beépítik végtermékként, de még nem érték el azt a szintet, hogy a hagyományos feldolgozó berendezéseket leváltsák. Még prototípusként is problémák vannak a pontossággal és a felületi érdességgel, valamint a fémanyagok termikus deformálódási nehézségeivel.
Ezért az ideális megközelítés a 3D nyomtatás használata bizonyos korlátozott alkalmazásokban (például próbagyártás), és a forgácsolási megmunkálás alkalmazása a precíz próbagyártás és a tömeggyártás szakaszaiban. Ezenkívül olyan helyzetekben, amikor a sorozatgyártású termékekkel azonos szintű teljesítményértékelést kell végezni, előfordulhat, hogy a 3D nyomtatók nem tudják ugyanazokat az anyagokat használni, mint a sorozatgyártású termékek. Ezen a ponton vágóberendezést kell használni ennek eléréséhez.
Ellentétben az anyagokat eltávolító vágási folyamatokkal, a 3D nyomtatók olyan feldolgozó berendezések, amelyek anyagokat adnak hozzá, hogy elérjék a kívánt formát az additív gyártáshoz. A 3D adatszeletek 2D-s alakzatait halmozza és rétegezze a kívánt alakzatba. A 3D nyomtatás a rétegezési módszer szerint felosztható olvadéklerakódási modellezésre (FDM), ultraibolya modellezésre, porszinterelési rétegmodellezésre stb., és a felhasznált anyagok szerint gyantára és fémre osztható. Bár lehetőség van vágással nem elérhető formák, például túlnyúló, keresztirányú lyukak, belső ívelt lyukak feldolgozására is, a 3D nyomtatás pontossága jelenleg alacsonyabb a vágáshoz képest, speciális anyagokat és hosszabb feldolgozási időt igényel. Ezért a 3D nyomtatók a tömeggyártáshoz képest alkalmasabbak speciálisan korlátozott célokra a próbagyártási és tervezési folyamatok során.