3D tlačiarne sú novým typom spracovateľského zariadenia schopného vyrábať rôzne tvary a ich aplikácie sú v posledných rokoch čoraz rozšírenejšie. Má však aj nevýhody a situácie, kedy nie je vhodný na spracovanie. V akých situáciách môžu 3D tlačiarne zohrať svoju úlohu a v ktorých situáciách je vhodnejšie tradičné spracovanie? Nižšie sú uvedené charakteristiky 3D tlačiarní a ich rozdiely od spracovania rezaním.
Čo je 3D tlač?
3D tlačiareň je zariadenie, ktoré reže 3D údaje na tenké plátky, aby vytvorilo dvojrozmerné tvary, a potom tieto dvojrozmerné tvary naskladá na trojrozmerný model, ktorý je identický s tvarom 3D údajov. Na rozdiel od spracovania rezaním, ktoré odstraňuje materiály, spracovania plastov, ktoré tvaruje tvarované materiály, a deformačného spracovania, aditívna výroba, známa aj ako aditívna výroba, sa posudzuje z hľadiska spracovania s pridanými materiálmi. Spracovateľské charakteristiky 3D tlačiarní sa prejavujú ako „modelovanie“ a „vrstvenie“, ktoré sú rozdelené najmä do nasledujúcich kategórií na základe metód modelovania a typov modelovacích materiálov.
Klasifikácia založená na metóde vrstvenia
Fused Deposition Modeling (FDM): Ide o metódu vrstvenia, ktorá rozprašuje tavný materiál z dýzy, od relatívne lacných modelov na osobné použitie až po komerčné použitie, so širokou škálou produktových radov. Modelovacím materiálom je najmä živica, ale existujú aj materiály na kovové fázy. Napríklad v niektorých termoplastických numerických výrobkoch možno na tvarovanie použiť rovnaké materiály, aké sa skutočne používajú pri vstrekovaní.
Metóda UV formovania: Je to metóda ožarovania ultrafialovými lúčmi na tekutú živicu, aby sa vytvrdila a nanášali materiály. UV ožarovanie je možné dosiahnuť okrem iného pomocou UV projektorov a laserov. V zásade sa používa iba na tvarovanie živicových materiálov. Použité materiály sú špeciálne materiály. Vrstva spekania prášku metódou formovania vrstiev používa laser alebo iné metódy na ožarovanie tenkej vrstvy práškového materiálu a zahrieva sa, aby sa práškový materiál rozpustil a stuhol. Potom naň položte tenkú vrstvu práškového materiálu a znova vykonajte laserové ožarovanie. Táto metóda vrstvenia sa nazýva práškové spekanie vrstvenie modelovanie. Vo všeobecnosti sa materiály a prísady miešajú na použitie a funkciou prísad je roztavenie a spojenie materiálov dohromady. Použiteľné materiály pre túto metódu sú tiež špecializované.
Podľa klasifikácie materiálu
Živicový materiál
Kovové materiály
3D tlačiarne dokážu spracovať živicu a kovové materiály. Vzhľadom na rôzne materiály, ktoré môžu byť spracované rôznymi modelmi zariadení, je potrebné použiť rôzne modely zariadení podľa účelu konštrukcie.
3D tlačiarne často vyvolávajú v ľuďoch dojem, že dokážu jednoducho spracovať a vyrobiť akýkoľvek tvar, no v skutočnosti si kvalitné modelovanie a spracovanie vyžaduje metódy a nazbierané skúsenosti. Tento typ zariadenia nemôže vyrábať všetko podľa vlastného uváženia. Okrem toho niekedy dodatočné spracovanie po formovaní tiež vyžaduje viac času, ako je napríklad odstránenie upínacích lisovacích častí používaných na stabilizáciu tvaru. Mnoho spoločností poskytuje tento typ profesionálnych služieb a tento prístup by sme mali uprednostniť, aby sme to dosiahli.
Rozdiel medzi 3D tlačou a rezaním
Najväčší rozdiel medzi 3D tlačou a rezaním je spôsob spracovania a okrem toho existuje mnoho ďalších rozdielov.
Rozdiely v metódach spracovania
3D tlačiareň: aditívna výroba, ktorá pridáva materiály na dosiahnutie požadovaného tvaru.
Spracovanie rezaním: Odstránenie nepotrebných častí z materiálov podobných blokom a ich spracovanie na rozlíšenie tvaru, ktorý možno obrábať.
3D tlačiareň: Naskladaná na základe 2D tvarov prierezu dokáže spracovať duté, závesné, zakrivené otvory atď. Na druhej strane hrubé mäso, neduté hrudky atď. na potrebu väčšieho množstva materiálov.
Spracovanie rezaním: Duté alebo vnútorne zakrivené otvory nemožno obrábať. Okrem toho pri obrábaní previsnutých a priečnych otvorov je potrebné obrobok počas procesu obrábania viackrát upnúť a zafixovať, takže miera voľnosti tvaru, ktorý je možné opracovať, nie je príliš vysoká. Na druhej strane táto metóda reže tvary z blokových materiálov, čo uľahčuje výrobu hrubostenných prvkov.
Rozdiely v údajoch potrebných na spracovanie
3D tlačiareň: Potrebné sú nielen údaje o 3D návrhu, ale aj údaje o 3D tlači. Okrem toho, v závislosti od tvaru, môže byť potrebné navrhnúť podpery, ktoré môžu vyžadovať špecializovaný softvér alebo 3D dáta ako STL, STEP, IGS ako prechodné dáta. Vytváranie údajov na tento účel môže trvať dlho.
Spracovanie rezania: Pomocou obrábacích strojov na rezanie je možné použiť 2D výkresy. V posledných rokoch sa postupne stalo mainstreamom NC „automatické obrábanie“, pre ktoré sa vo veľkej miere využíva aplikačný program (CAM) na automatickú tvorbu NC programov. Okrem bežných 2D dátových formátov, ako je DXF, je možné NC programy vytvárať aj rozpoznávaním 3D dátových formátov ako STEP a IGS, najmä pre zložité tvary. Z toho môžeme ľahko vytvárať údaje na dosiahnutie cieľov spracovania.
Rozdiel medzi obrobiteľnými materiálmi
3D tlačiarne vo všeobecnosti vyžadujú špeciálne materiály. Preto okrem obmedzení na voliteľné materiály majú špecializované materiály aj nevýhody, ako napríklad, že sú drahšie ako bežné materiály.
Spracovanie rezaním: Dokáže spracovať nielen kovy, ale aj rôzne iné materiály, ako sú plasty.
Príklady, ktoré sú vhodnejšie pre 3D tlač v porovnaní so spracovaním rezaním
Každá metóda spracovania má svoje výhody a nevýhody. Nižšie sú uvedené niektoré prípady, kedy je 3D tlač vhodnejšia ako rezanie.
Potvrdenie 3D kreatívy: Ak je potrebné potvrdiť vzhľad produktu vo fáze plánovania produktu, možno túto metódu efektívne využiť. V porovnaní so špecifikáciami, nákresmi a ilustráciami môže poskytnúť jasnejší a intuitívnejší zážitok, pretože ho možno zobraziť pred očami ako fyzický objekt.
Dutá štruktúra a vnútorne zakrivené otvory: Táto metóda je veľmi vhodná, ak chcete dosiahnuť dutú štruktúru na zníženie hmotnosti, alebo ak chcete dosiahnuť zložitý zakrivený tvar otvoru vo vnútri výrobku. Najmä pri vytváraní zakrivených otvorov vo vnútri, keďže rezanie zahŕňa obrábanie otvorov z dvoch smerov a ich pretínanie, je možné vytvoriť iba rovný otvor s R-uhlom. Ale 3D tlačiarne môžu dosiahnuť zložité zakrivené a zakrivené otvory.
Výroba skúšobných výrobkov: Predovšetkým pri plastových výrobkoch, aby bolo možné vykonať skúšobnú výrobu, musia byť počas rezania vyrobené skúšobné formy. Keďže však 3D tlačiarne nevyžadujú formy, skúšobná výroba môže byť vykonaná s nízkymi nákladmi. Ďalšou metódou je výstup formy použitej na vstrekovanie alebo razenie, a nie samotného prototypu.
Konštrukčné a stavebné modely: 3D tlačiarne sú vhodné na vytváranie zložitých zakrivených štruktúr. Okrem toho je tiež zručný v spracovaní dutých tvarov, vďaka čomu je vhodnejší na styling architektonických modelov. V procese rezania je ťažké dosiahnuť dutý tvar, preto ho treba rozdeliť na viacero častí na výrobu a montáž. V zahraničí sa fenomén využívania 3D tlače na výrobu samotných budov postupne zvyšuje, no problémy ako materiálové náklady a presnosť kombinácií komponentov stále existujú.
Viacfarebná a malosériová výroba: Výhodou 3D tlačiarní je, že nevyžadujú formy a môžu voľne tlačiť. Preto sú 3D tlačiarne vhodné pre rôzne druhy malosériovej výroby, ako je napríklad reprodukovanie protetiky a výrobkov, ktoré už nie sú v tlači, ako aj prípravkov používaných na výrobných linkách. Môže sa tiež použiť na spracovanie produktov, ktoré spĺňajú rôzne potreby zákazníkov, ako sú napríklad prispôsobené automobilové diely. A pokiaľ existujú údaje, to isté sa dá urobiť okamžite, čím sa eliminuje riziko nepredaných a prebytočných zásob.
Efektívne rozlišujte medzi 3D tlačou a rezaním
Najväčšou výzvou 3D tlače je nízka presnosť obrábania. Na použitie v kombinácii s inými dielmi je nevyhnutné opracovanie. Nie je vhodný tvar dielov, ktoré sú presne kombinované s inými dielmi, ako sú skrutky. Rýchlosť spracovania 3D tlače je pomalšia ako rezanie a vysoké sú aj prevádzkové náklady vrátane materiálov, vďaka čomu je pre veľkosériovú výrobu nevhodná. Preto sa okrem niekoľkých druhov malosériovej výroby vo všeobecnosti používa na spracovanie a výrobu foriem používaných vo vzorkách, prototypoch alebo skúškach. V posledných rokoch sa v automobilovom a leteckom priemysle vyskytli aj prípady, kedy sa produkty vyrobené na 3D tlačiarňach priamo inštalujú ako finálne produkty, no ešte nedosiahli úroveň nahrádzania tradičných spracovateľských zariadení. Aj keď ide o prototyp, stále existujú problémy s presnosťou a drsnosťou povrchu, ako aj problémami s tepelnou deformáciou kovových materiálov.
Preto je ideálnym prístupom použiť 3D tlač v niektorých obmedzených aplikáciách (ako je skúšobná výroba) a prijať rezné obrábanie počas presnej skúšobnej výroby a sériovej výroby. Navyše v situáciách, keď sa vyžaduje hodnotenie výkonu na rovnakej úrovni ako u sériovo vyrábaných produktov, 3D tlačiarne nemusia byť schopné používať rovnaké materiály ako sériovo vyrábané produkty. V tomto bode je potrebné použiť rezacie zariadenie na jeho dosiahnutie.
Na rozdiel od procesov rezania, ktoré odstraňujú materiály, 3D tlačiarne sú zariadenia na spracovanie, ktoré pridávajú materiály na dosiahnutie požadovaného tvaru pre aditívnu výrobu. Poskladajte a vrstvite 2D tvary 3D dátových rezov do požadovaného tvaru. 3D tlač možno podľa spôsobu vrstvenia rozdeliť na modelovanie depozície taveniny (FDM), ultrafialové modelovanie, modelovanie vrstvením práškovým spekaním atď., a podľa použitých materiálov sa dá rozdeliť na živicu a kov. Hoci je možné spracovať aj tvary, ktoré nie je možné dosiahnuť rezaním, ako sú presahy, priečne otvory a vnútorné zakrivené otvory, presnosť 3D tlače je v súčasnosti v porovnaní s rezaním nižšia, vyžaduje si špecializované materiály a dlhší čas spracovania. Preto sú 3D tlačiarne v porovnaní s hromadnou výrobou vhodnejšie na špeciálne obmedzené účely počas skúšobnej výroby a plánovacích procesov.