3D tiskárny jsou novým typem zpracovatelského zařízení schopného vyrábět různé tvary a jejich aplikace se v posledních letech stále více rozšiřují. Ale má také nevýhody a situace, kdy není vhodný pro zpracování. V jakých situacích mohou sehrát svou roli 3D tiskárny a v jakých situacích je vhodnější tradiční zpracování? Níže jsou uvedeny charakteristiky 3D tiskáren a jejich odlišnosti od řezacího zpracování.
Co je 3D tisk?
3D tiskárna je zařízení, které řeže 3D data na tenké plátky za účelem vytvoření dvourozměrných tvarů a poté tyto dvourozměrné tvary skládá na sebe do trojrozměrného modelu, který je identický s tvarem 3D dat. Na rozdíl od zpracování řezáním, které odstraňuje materiály, zpracování plastů, které tvaruje tvarované materiály, a deformačního zpracování, je aditivní výroba, známá také jako aditivní výroba, zvažována z pohledu zpracování s přidanými materiály. Charakteristiky zpracování 3D tiskáren se projevují jako „modelování“ a „vrstvení“, které se dělí především do následujících kategorií na základě metod modelování a typů modelovacích materiálů.
Klasifikace založená na metodě vrstvení
Fused Deposition Modeling (FDM): Jedná se o metodu vrstvení, která rozprašuje tavný materiál z trysky, od relativně levných modelů pro osobní použití až po komerční použití, se širokou škálou produktových řad. Modelovacím materiálem je především pryskyřice, ale existují i materiály na kovové fáze. Například u některých termoplastických numerických produktů lze pro lisování použít stejné materiály, jaké se skutečně používají při vstřikování.
Metoda UV formování: Je to metoda ozařování ultrafialovými paprsky na tekutou pryskyřici za účelem jejího vytvrzení a ukládání materiálů. UV záření lze dosáhnout mimo jiné pomocí UV projektorů a laserů. V zásadě se používá pouze pro tvarování pryskyřičných materiálů. Použité materiály jsou speciální materiály. Metoda slinování vrstvy po vrstvení používá laser nebo jiné metody k ozařování tenké vrstvy práškového materiálu a zahřívá ji, aby se práškový materiál rozpustil a ztuhnul. Poté na něj položte tenkou vrstvu práškového materiálu a znovu proveďte laserové ozařování. Tato metoda vrstvení se nazývá práškové slinování vrstvení modelování. Obecně se materiály a přísady pro použití míchají a funkcí přísad je roztavit a spojit materiály dohromady. Materiály použitelné pro tuto metodu jsou rovněž specializované.
Podle klasifikace materiálu
Materiál pryskyřice
Kovové materiály
3D tiskárny umí zpracovávat pryskyřice a kovové materiály. Vzhledem k různým materiálům, které mohou být zpracovány různými modely zařízení, je nutné použít různé modely zařízení podle účelu návrhu.
3D tiskárny často vyvolávají v lidech dojem, že mohou snadno zpracovat a vyrobit jakýkoli tvar, ale ve skutečnosti kvalitní modelování a zpracování vyžaduje metody a nasbírané zkušenosti. Tento typ zařízení nemůže vyrábět vše podle libosti. Navíc někdy dodatečné zpracování po formování také vyžaduje více času, jako je odstranění upínacích lisovacích částí používaných ke stabilizaci tvaru. Mnoho společností poskytuje tento typ profesionálních služeb a my bychom měli tento přístup upřednostnit, abychom toho dosáhli.
Rozdíl mezi 3D tiskem a řezáním
Největší rozdíl mezi 3D tiskem a řezáním je ve způsobu zpracování a kromě toho existuje mnoho dalších rozdílů.
Rozdíly v metodách zpracování
3D tiskárna: aditivní výroba, která přidává materiály pro dosažení požadovaného tvaru.
Zpracování řezáním: Odstranění nepotřebných dílů z materiálů podobných blokům a jejich zpracování pro rozlišení tvaru, který lze obrábět.
3D tiskárna: Naskládaná na základě 2D tvarů průřezu, dokáže zpracovat duté, závěsné, zakřivené otvory atd. Na druhou stranu tlusté maso, neduté hrudky atd. nejsou pro tento typ metody vhodné. na potřebu více materiálů.
Zpracování řezání: Duté nebo vnitřně zakřivené otvory nelze obrábět. Pro obrábění převislých a příčných otvorů je navíc nutné obrobek v průběhu obrábění vícekrát upnout a fixovat, takže míra volnosti tvaru, který lze obrábět, není příliš vysoká. Na druhou stranu tato metoda řeže tvary z blokových materiálů, což usnadňuje výrobu silnostěnných prvků.
Rozdíly v údajích potřebných pro zpracování
3D tiskárna: Jsou potřeba nejen data 3D návrhu, ale také data 3D tisku. Kromě toho může být v závislosti na tvaru nutné navrhnout podpěry, které mohou vyžadovat specializovaný software nebo 3D data, jako jsou STL, STEP, IGS jako mezilehlá data. Vytvoření dat pro tento účel může trvat dlouho.
Zpracování řezání: Pomocí obráběcích strojů pro řezání lze použít 2D výkresy. V posledních letech se postupně stalo mainstreamem NC „automatické obrábění“, pro které je hojně využíván aplikační program (CAM) pro automatickou tvorbu NC programů. Kromě běžných 2D datových formátů, jako je DXF, lze NC programy vytvářet také rozpoznáním 3D datových formátů, jako jsou STEP a IGS, zejména pro složité tvary. Z toho můžeme snadno vytvářet data pro dosažení cílů zpracování.
Rozdíl mezi obrobitelnými materiály
3D tiskárny obecně vyžadují specializované materiály. Proto kromě omezení na volitelné materiály mají specializované materiály také nevýhody, jako je to, že jsou dražší než obecné materiály.
Řezné zpracování: Dokáže zpracovávat nejen kovy, ale i různé jiné materiály, jako jsou plasty.
Příklady, které jsou vhodnější pro 3D tisk ve srovnání s řezáním
Každý způsob zpracování má své výhody a nevýhody. Níže uvádíme některé případy, kdy je 3D tisk vhodnější než třískové obrábění.
Potvrzení 3D kreativy: Pokud je nutné potvrdit vzhled produktu ve fázi plánování produktu, lze tuto metodu efektivně využít. Ve srovnání se specifikacemi, výkresy a ilustracemi může poskytnout jasnější a intuitivnější zážitek, protože jej lze zobrazit před očima jako fyzický objekt.
Dutá struktura a vnitřně zakřivené otvory: Tato metoda je velmi vhodná, pokud chcete dosáhnout duté struktury pro snížení hmotnosti, nebo pokud chcete dosáhnout složitého zakřiveného tvaru otvoru uvnitř výrobku. Zejména při vnitřním vytváření zakřivených otvorů, protože řezání zahrnuje obrábění otvorů ze dvou směrů a jejich protínání, lze vytvořit pouze přímý otvor s úhlem R. Ale 3D tiskárny mohou dosáhnout složitých zakřivených a zakřivených otvorů.
Výroba zkušebních výrobků: Zejména u plastových výrobků, aby bylo možné provést zkušební výrobu, musí být během zpracování řezáním vyrobeny zkušební formy. Protože však 3D tiskárny nevyžadují formy, lze zkušební výrobu provést s nízkými náklady. Další metodou je výstup formy použité pro vstřikování nebo lisování, spíše než samotný prototyp.
Konstrukce a modely budov: 3D tiskárny jsou vhodné pro vytváření složitých zakřivených struktur. Kromě toho je také zručný ve zpracování dutých tvarů, takže je vhodnější pro styling architektonických modelů. V procesu řezání je obtížné dosáhnout dutého tvaru, takže musí být rozdělen na více částí pro výrobu a montáž. V zahraničí se fenomén využívání 3D tisku k výrobě samotných budov postupně zvyšuje, ale problémy jako materiálové náklady a přesnost kombinací komponent stále existují.
Vícedruhová a malosériová výroba: Výhodou 3D tiskáren je, že nevyžadují formy a mohou volně vycházet. Proto jsou 3D tiskárny vhodné pro různé druhy malosériové výroby, jako je reprodukce protetiky a výrobků, které již nejsou vytištěny, a také přípravků používaných na výrobních linkách. Může být také použit ke zpracování produktů, které splňují různé potřeby zákazníků, jako jsou přizpůsobené automobilové díly. A pokud existují data, lze totéž provést okamžitě, čímž se eliminuje riziko neprodaných a přebytečných zásob.
Efektivně rozlišujte mezi 3D tiskem a řezáním
Největší výzvou 3D tisku je nízká přesnost obrábění. Pro použití v kombinaci s jinými díly je nezbytné opracování. Není vhodný tvar dílů, které jsou přesně kombinovány s jinými díly, např. šrouby. Rychlost zpracování 3D tisku je pomalejší než řezání a vysoké jsou i provozní náklady včetně materiálů, a proto je nevhodný pro velkosériovou výrobu. Proto se kromě několika typů malosériové výroby obecně používá pro zpracování a výrobu forem používaných ve vzorcích, prototypech nebo zkouškách. V posledních letech se také v automobilovém a leteckém průmyslu objevují případy, kdy jsou produkty vyrobené na 3D tiskárnách přímo instalovány jako finální produkty, ale zatím nedosáhly úrovně nahrazující tradiční zpracovatelská zařízení. Dokonce i jako prototyp stále existují problémy s přesností a drsností povrchu, stejně jako potíže s tepelnou deformací kovových materiálů.
Ideálním přístupem je proto použít 3D tisk v některých omezených aplikacích (jako je zkušební výroba) a přijmout třískové obrábění během přesné zkušební výroby a sériové výroby. Navíc v situacích, kdy je vyžadováno hodnocení výkonu na stejné úrovni jako u sériově vyráběných produktů, nemusí být 3D tiskárny schopny používat stejné materiály jako sériově vyráběné produkty. V tomto okamžiku je nutné k jeho dosažení použít řezací zařízení.
Na rozdíl od řezacích procesů, které odstraňují materiály, 3D tiskárny jsou zpracovatelská zařízení, která přidávají materiály pro dosažení požadovaného tvaru pro aditivní výrobu. Skládejte a vrstvěte 2D tvary 3D datových řezů do požadovaného tvaru. 3D tisk lze podle způsobu vrstvení rozdělit na modelování depozice taveniny (FDM), ultrafialové modelování, modelování vrstvení pomocí sintrování atd. a podle použitých materiálů lze rozdělit na pryskyřici a kov. I když je možné zpracovávat i tvary, kterých nelze dosáhnout řezáním, jako jsou přesahy, příčné otvory a vnitřní zakřivené otvory, přesnost 3D tisku je v současné době ve srovnání s řezáním nižší, vyžaduje specializované materiály a delší dobu zpracování. Ve srovnání s hromadnou výrobou jsou proto 3D tiskárny vhodnější pro speciálně omezené účely při zkušebních výrobních a plánovacích procesech.