3D-printerid on uut tüüpi töötlemisseadmed, mis on võimelised tootma erinevaid kujundeid ja nende rakendused on viimastel aastatel üha laiemalt levinud. Kuid sellel on ka puudusi ja olukordi, kus see töötlemiseks ei sobi. Millistes olukordades saavad 3D-printerid oma rolli täita ja millistes olukordades on traditsiooniline töötlemine sobivam? Allpool on toodud 3D-printerite omadused ja nende erinevused lõiketöötlusest.
Mis on 3D-printimine?
3D-printer on seade, mis lõikab 3D-andmed õhukesteks viiludeks, et moodustada kahemõõtmelisi kujundeid, ja seejärel virnastab kahemõõtmelised kujundid, et moodustada kolmemõõtmeline mudel, mis on identne 3D-andmete kujuga. Erinevalt lõikamistöötlemisest, mis eemaldab materjale, plastitöötlusest, mis vormib materjale, ja deformatsioonitöötlusest, käsitletakse lisaainete tootmist, mida tuntakse ka lisaainetena, töötlemise seisukohast lisatud materjalidega. 3D-printerite töötlemisomadused avalduvad "modelleerimise" ja "kihistamisena", mis jagunevad peamiselt järgmistesse kategooriatesse lähtuvalt modelleerimismeetoditest ja modelleerimismaterjalide tüüpidest.
Klassifikatsioon kihistamise meetodil
Sulatatud sadestamise modelleerimine (FDM): see on kihistusmeetod, mis pihustab düüsist kuumsulammaterjali, ulatudes suhteliselt odavatest isiklikuks kasutamiseks mõeldud mudelitest kuni kommertskasutuseni, laia tootesarjaga. Modelleerimismaterjaliks on peamiselt vaik, kuid leidub ka metallfaaside materjale. Näiteks mõnes termoplastilises numbrilises tootes saab vormimiseks kasutada samu materjale, mida tegelikult kasutatakse survevalu puhul.
UV-vormimismeetod: see on meetod ultraviolettkiirte kiiritamiseks vedelale vaigule, et seda kõvendada ja materjale ladestada. UV-kiirgust saab saavutada muuhulgas UV-projektorite ja laserite abil. Põhimõtteliselt kasutatakse ainult vaigumaterjalide vormimiseks. Kasutatavad materjalid on spetsiaalsed materjalid. Kihtide kaupa pulbri paagutamise meetodil kasutatakse õhukese pulbrimaterjali kihi kiiritamiseks laserit või muid meetodeid ning pulbrilise materjali lahustamiseks ja tahkestamiseks kuumutatakse seda. Seejärel asetage sellele õhuke kiht materjalipulbrit ja tehke uuesti laserkiirgus. Seda kihistamismeetodit nimetatakse pulberpaagutamise kihiliseks modelleerimiseks. Üldjuhul segatakse materjale ja lisandeid kasutamiseks ning lisandite ülesanne on materjale sulatada ja omavahel siduda. Selle meetodi jaoks kasutatavad materjalid on samuti spetsialiseerunud.
Vastavalt materjali klassifikatsioonile
Vaigu materjal
Metallist materjalid
3D-printerid suudavad töödelda vaiku ja metallmaterjale. Kuna erinevate seadmemudelitega saab töödelda erinevaid materjale, on vastavalt projekteerimise eesmärgile vaja kasutada erinevaid seadmemudeleid.
3D-printerid jätavad inimestele sageli mulje, et nad suudavad kergesti töödelda ja toota mis tahes kuju, kuid tegelikkuses nõuab kvaliteetne modelleerimine ja töötlemine meetodeid ja kogutud kogemusi. Seda tüüpi seadmed ei suuda toota kõike oma äranägemise järgi. Lisaks nõuab mõnikord rohkem aega ka vormimisjärgne järeltöötlus, näiteks kuju stabiliseerimiseks kasutatavate kinnitusvormiosade eemaldamine. Paljud ettevõtted pakuvad seda tüüpi professionaalset teenust ja selle saavutamiseks peaksime seda lähenemisviisi eelistama.
Erinevus 3D-printimise ja lõikamise töötlemise vahel
Suurim erinevus 3D-printimise ja lõikamise vahel on töötlemismeetod ning lisaks on veel palju muid erinevusi.
Töötlemismeetodite erinevused
3D-printer: lisatootmine, mis lisab materjale soovitud kuju saavutamiseks.
Lõikamine: eemaldage plokitaolistest materjalidest mittevajalikud osad ja töötlege neid, et eristada kuju, mida saab töödelda.
3D-printer: virnastatud 2D-ristlõike kujundite alusel, suudab töödelda õõnsaid, rippuvaid ja kõveraid auke jne. Teisest küljest ei sobi paks liha, mitteõõnsad tükid jms seda tüüpi meetodi jaoks, kuna vajadus rohkemate materjalide järele.
Lõikamine: õõnsaid või seest kõveraid auke ei saa töödelda. Lisaks on üleulatuvate ja põikisuunaliste aukude töötlemiseks vaja töödeldavat detaili töötlemisprotsessi jooksul mitu korda klambriga kinnitada, nii et töödeldava kuju vabadusaste ei ole väga kõrge. Teisest küljest lõikab see meetod plokkmaterjalidest kujundeid, muutes paksuseinaliste detailide valmistamise lihtsamaks.
Töötlemiseks vajalike andmete erinevused
3D-printer: vaja pole mitte ainult 3D-disaini andmeid, vaid ka 3D-printimise andmeid. Lisaks võib olenevalt kujust olla vaja projekteerida tugesid, milleks võib vaheandmetena vaja minna spetsiaalset tarkvara või 3D andmeid nagu STL, STEP, IGS. Selle jaoks andmete loomine võib võtta kaua aega.
Lõikamise töötlemine: tööpinkide kasutamine lõikamiseks võib kasutada 2D jooniseid. Viimastel aastatel on NC "automaatne töötlemine" muutunud järk-järgult peavooluks, mille jaoks kasutatakse laialdaselt rakendusprogrammi (CAM) NC-programmide automaatseks loomiseks. Lisaks tavalistele 2D-andmevormingutele, nagu DXF, saab luua ka NC-programme, tuvastades 3D-andmevorminguid, nagu STEP ja IGS, eriti keerukate kujundite jaoks. Selle põhjal saame hõlpsasti luua andmeid töötlemise eesmärkide saavutamiseks.
Erinevus töödeldavate materjalide vahel
3D-printerid nõuavad tavaliselt spetsiaalseid materjale. Seetõttu on erimaterjalidel lisaks valikuliste materjalide piirangutele ka puudusi, näiteks need, mis on tavamaterjalidest kallimad.
Lõikamise töötlemine: see ei saa töödelda mitte ainult metalle, vaid ka mitmesuguseid muid materjale, näiteks plast.
Näited, mis sobivad rohkem 3D-printimiseks võrreldes lõikamistöötlusega
Igal töötlemismeetodil on oma eelised ja puudused. Allpool on mõned juhtumid, kus 3D-printimine on sobivam kui lõikamine.
3D loominguline kinnitus: kui toote väljanägemist on vaja toote planeerimise etapis kinnitada, saab seda meetodit tõhusalt kasutada. Võrreldes tehniliste andmete, jooniste ja illustratsioonidega võib see pakkuda selgemat ja intuitiivsemat kogemust, kuna seda saab kuvada silme ees nagu füüsilist objekti.
Õõnes struktuur ja seest kumerad augud: see meetod sobib väga hästi, kui soovid saavutada kaalu vähendamiseks õõnsat struktuuri või kui soovid saavutada toote sees keerulist kumera ava kuju. Eriti sisemiselt kõverate aukude loomisel, kuna lõikamine hõlmab aukude töötlemist kahest suunast ja nende lõikumist, saab luua ainult R-nurgaga sirge augu. Kuid 3D-printerid võivad saavutada keerulisi kõveraid ja kõveraid auke.
Proovitoodete valmistamine: Eriti plasttoodete puhul tuleb proovitootmise läbiviimiseks lõiketöötluse käigus valmistada proovivormid. Kuna aga 3D-printerid ei vaja vorme, saab proovitootmist teostada madalate kuludega. Teine meetod on väljastada survevalu või stantsimiseks kasutatav vorm, mitte prototüüp ise.
Ehitus- ja ehitusmudelid: 3D-printerid sobivad keerukate kumerate struktuuride loomiseks. Lisaks on see osav ka õõnsate kujundite töötlemisel, mistõttu sobib see paremini arhitektuursete mudelite kujundamiseks. Lõikamisprotsessis on raske saavutada õõnsat kuju, seetõttu tuleb see tootmiseks ja kokkupanekuks jagada mitmeks osaks. Välisriikides kasvab järk-järgult 3D-printimise kasutamine hoonete enda tootmiseks, kuid sellised küsimused nagu materjalikulu ja komponentide kombinatsioonide täpsus on endiselt olemas.
Mitu sorti ja väikeste partiide tootmine: 3D-printerite eeliseks on see, et nad ei vaja vorme ja neid saab vabalt väljastada. Seetõttu sobivad 3D-printerid erinevat tüüpi väiketootmiseks, näiteks proteeside ja juba trükist lõppenud toodete taasesitamiseks, samuti tootmisliinidel kasutatavateks kinnitusteks. Seda saab kasutada ka klientide erinevatele vajadustele vastavate toodete, näiteks kohandatud autoosade töötlemiseks. Ja seni, kuni andmeid on, saab sama asja kohe teha, välistades müümata ja üleliigse laoseisu riski.
Eristage tõhusalt 3D-printimist ja lõikamistöötlust
3D-printimise suurim väljakutse on madal töötlemistäpsus. Selleks, et seda saaks kasutada koos teiste osadega, on töötlemine hädavajalik. Teiste osadega, näiteks kruvidega täpselt kombineeritud osade kuju ei sobi. 3D-printimise töötlemiskiirus on aeglasem kui lõikamisel, samuti on kõrged tegevuskulud, sealhulgas materjalid, mistõttu see ei sobi suuremahuliseks tootmiseks. Seetõttu kasutatakse seda tavaliselt proovides, prototüüpides või katsetes kasutatavate vormide töötlemiseks ja tootmiseks, välja arvatud mõned väikeste partiide tootmise tüübid. Viimastel aastatel on ka auto- ja lennutööstuses ette tulnud juhtumeid, kus 3D-printeritega valmistatud tooted paigaldatakse otse lõpptoodetena, kuid traditsiooniliste töötlemisseadmete väljavahetamiseni pole need veel jõudnud. Isegi prototüübina on endiselt probleeme täpsuse ja pinnakaredusega ning metallmaterjalide termilise deformeerimise raskusega.
Seetõttu on ideaalne lähenemisviis kasutada 3D-printimist mõnes piiratud rakenduses (näiteks proovitootmises) ja kasutada lõikamistöötlust täpsete proovitootmise ja masstootmise etappide ajal. Lisaks ei pruugi 3D-printeritel olla võimalik kasutada samu materjale, mis masstoodetud toodete puhul, olukordades, kus on vaja jõudlust hinnata masstoodanguga samal tasemel. Siinkohal on selle saavutamiseks vaja kasutada lõikeseadmeid.
Erinevalt lõikamisprotsessidest, mis eemaldavad materjale, on 3D-printerid töötlemisseadmed, mis lisavad materjale, et saavutada lisandite tootmiseks soovitud kuju. Virnastage ja asetage 3D-andmelõikude 2D-kujud soovitud kujundisse. 3D-printimise saab kihistamismeetodi järgi jagada sulasadestamise modelleerimiseks (FDM), ultraviolettkiirguse modelleerimiseks, pulberpaagutamise kihiliseks modelleerimiseks jne ning kasutatud materjalide järgi vaiguks ja metalliks. Kuigi on võimalik töödelda ka kujundeid, mida ei ole võimalik saavutada lõikamisega, nagu üleulatuvad, põiki augud ja sisemised kumerad augud, on 3D-printimise täpsus praegu väiksem kui lõikamine, mis nõuab spetsiaalseid materjale ja pikemat töötlemisaega. Seetõttu on 3D-printerid masstootmisega võrreldes sobivamad spetsiaalselt piiratud eesmärkidel proovitootmise ja planeerimisprotsesside käigus.