3D-printers zijn een nieuw type verwerkingsapparatuur die verschillende vormen kan vervaardigen, en hun toepassingen zijn de afgelopen jaren steeds wijdverbreider geworden. Maar het heeft ook nadelen en situaties waarin het niet geschikt is voor verwerking. In welke situaties kunnen 3D-printers hun rol spelen, en in welke situaties is traditionele verwerking geschikter? Hieronder staan de kenmerken van 3D-printers en hun verschillen met snijverwerking.
Wat is 3D-printen?
Een 3D-printer is een apparaat dat 3D-gegevens in dunne plakjes snijdt om tweedimensionale vormen te vormen, en vervolgens de tweedimensionale vormen stapelt om een driedimensionaal model te vormen dat identiek is aan de vorm van de 3D-gegevens. In tegenstelling tot snijverwerking waarbij materialen worden verwijderd, kunststofverwerking waarbij gevormde materialen worden gevormd, en vervormingsverwerking, wordt additive manufacturing, ook wel additive manufacturing genoemd, beschouwd vanuit het perspectief van verwerking met toegevoegde materialen. De verwerkingskenmerken van 3D-printers manifesteren zich als "modellering" en "gelaagdheid", die hoofdzakelijk zijn onderverdeeld in de volgende categorieën op basis van modelleringsmethoden en soorten modelleringsmaterialen.
Classificatie op basis van gelaagdheidsmethode
Fused Deposition Modeling (FDM): Dit is een gelaagdheidsmethode waarbij hotmeltmateriaal uit een spuitmond wordt gespoten, variërend van relatief goedkope modellen voor persoonlijk gebruik tot commercieel gebruik, met een breed scala aan productlijnen. Het modelleermateriaal is voornamelijk hars, maar er zijn ook materialen voor metaalfasen. In sommige thermoplastische numerieke producten kunnen bijvoorbeeld dezelfde materialen worden gebruikt als de materialen die daadwerkelijk bij het spuitgieten worden gebruikt.
UV-vormmethode: het is een methode waarbij ultraviolette stralen op vloeibare hars worden bestraald om deze te verharden en materialen af te zetten. UV-bestraling kan onder meer worden bereikt met behulp van UV-projectoren en lasers. In principe alleen gebruikt voor het vormgeven van harsmaterialen. De gebruikte materialen zijn specialistische materialen. De poedersinterlaag-voor-laag-vormmethode maakt gebruik van laser of andere methoden om een dunne laag poedermateriaal te bestralen, en verwarmt deze om het poedermateriaal op te lossen en te laten stollen. Leg er vervolgens een dun laagje materiaalpoeder op en voer opnieuw de laserbestraling uit. Deze gelaagdheidsmethode wordt poedersinterlaagmodellering genoemd. Over het algemeen worden materialen en additieven gemengd voor gebruik, en de functie van additieven is om de materialen te smelten en aan elkaar te hechten. De toepasselijke materialen voor deze methode zijn ook gespecialiseerd.
Volgens materiaalclassificatie
Hars materiaal
Metalen materialen
3D-printers kunnen hars- en metalen materialen verwerken. Vanwege de verschillende materialen die door verschillende apparatuurmodellen kunnen worden verwerkt, is het noodzakelijk om verschillende apparatuurmodellen te gebruiken, afhankelijk van het doel van het ontwerp.
3D-printers geven mensen vaak de indruk dat ze elke vorm gemakkelijk kunnen verwerken en produceren, maar in werkelijkheid vereist modellering en verwerking van hoge kwaliteit methoden en opgebouwde ervaring. Dit type apparatuur kan niet alles naar wens produceren. Daarnaast vergt de nabewerking na het gieten soms ook meer tijd, zoals het verwijderen van de klemmende vormdelen die gebruikt worden om de vorm te stabiliseren. Veel bedrijven bieden dit soort professionele diensten aan, en we moeten prioriteit geven aan deze aanpak om dit te bereiken.
Het verschil tussen 3D-printen en snijbewerking
Het grootste verschil tussen 3D-printen en snijden is de verwerkingsmethode, en daarnaast zijn er nog veel meer verschillen.
Verschillen in verwerkingsmethoden
3D-printer: additive manufacturing waarbij materialen worden toegevoegd om de gewenste vorm te bereiken.
Snijverwerking: het verwijderen van onnodige onderdelen uit blokachtige materialen en deze verwerken om de vorm te onderscheiden die kan worden bewerkt.
3D-printer: Gestapeld op basis van 2D-dwarsdoorsnedevormen kan hij holle, hangende en gebogen gaten etc. verwerken. Dik vlees, niet-holle stukken etc. zijn daarentegen niet geschikt voor dit soort methoden vanwege aan de behoefte aan meer materialen.
Snijbewerking: Holle of inwendig gebogen gaten kunnen niet worden bewerkt. Bovendien is het voor het bewerken van overhangende en dwarsgaten noodzakelijk om het werkstuk tijdens het bewerkingsproces meerdere keren vast te klemmen en vast te zetten, waardoor de mate van vrijheid van de te bewerken vorm niet erg hoog is. Aan de andere kant snijdt deze methode vormen uit blokmaterialen, waardoor het gemakkelijker wordt om dikwandige elementen te produceren.
Verschillen in gegevens die nodig zijn voor de verwerking
3D-printer: Er zijn niet alleen 3D-ontwerpgegevens nodig, maar ook 3D-printgegevens. Bovendien kan het, afhankelijk van de vorm, nodig zijn om ondersteuningen te ontwerpen, waarvoor mogelijk gespecialiseerde software of 3D-gegevens zoals STL, STEP, IGS als tussengegevens nodig zijn. Het aanmaken van gegevens hiervoor kan lang duren.
Snijverwerking: Het gebruik van gereedschapswerktuigen voor het snijden kan 2D-tekeningen gebruiken. De afgelopen jaren is NC "automatische bewerking" geleidelijk mainstream geworden, waarvoor het applicatieprogramma (CAM) voor het automatisch maken van NC-programma's veel wordt gebruikt. Naast de gebruikelijke 2D-gegevensformaten zoals DXF kunnen NC-programma's ook worden gemaakt door 3D-gegevensformaten zoals STEP en IGS te herkennen, vooral voor complexe vormen. Hieruit kunnen we eenvoudig gegevens creëren om verwerkingsdoelstellingen te bereiken.
Het verschil tussen bewerkbare materialen
3D-printers vereisen over het algemeen gespecialiseerde materialen. Daarom hebben gespecialiseerde materialen, naast beperkingen op optionele materialen, ook nadelen, zoals dat ze duurder zijn dan algemene materialen.
Snijbewerking: Het kan niet alleen metalen verwerken, maar ook diverse andere materialen zoals kunststoffen.
Voorbeelden die meer geschikt zijn voor 3D-printen dan voor snijbewerking
Elke verwerkingsmethode heeft zijn voor- en nadelen. Hieronder staan enkele gevallen waarin 3D-printen geschikter is dan snijbewerking.
3D creatieve bevestiging: Als het nodig is om het uiterlijk van het product te bevestigen tijdens de productplanningsfase, kan deze methode effectief worden gebruikt. Vergeleken met specificaties, tekeningen en illustraties kan het een duidelijkere en intuïtievere ervaring bieden, omdat het als een fysiek object voor de ogen kan worden weergegeven.
Holle structuur en inwendig gebogen gaten: Deze methode is zeer geschikt als u een holle structuur wilt bereiken om het gewicht te verminderen, of als u een complexe gebogen gatvorm in het product wilt bereiken. Vooral bij het intern maken van gebogen gaten, omdat bij het snijden gaten vanuit twee richtingen worden bewerkt en deze worden doorgesneden, kan alleen een recht gat met een R-hoek worden gemaakt. Maar 3D-printers kunnen complexe gebogen en gebogen gaten realiseren.
Productie van proefproducten: Speciaal voor kunststofproducten moeten, om een proefproductie uit te voeren, tijdens het snijproces proefmatrijzen worden gemaakt. Omdat 3D-printers echter geen mallen nodig hebben, kan proefproductie tegen lage kosten worden uitgevoerd. Een andere methode is om de mal uit te voeren die wordt gebruikt voor het spuitgieten of stempelen, in plaats van het prototype zelf.
Constructie- en bouwmodellen: 3D-printers zijn geschikt voor het maken van complexe gebogen structuren. Daarnaast is het ook bedreven in het bewerken van holle vormen, waardoor het beter geschikt is voor de styling van architectonische modellen. Bij het snijproces is het moeilijk om een holle vorm te verkrijgen, dus moet deze in meerdere delen worden verdeeld voor productie en montage. In het buitenland neemt het fenomeen van het gebruik van 3D-printen om gebouwen zelf te produceren geleidelijk toe, maar kwesties als materiaalkosten en nauwkeurigheid van componentcombinaties bestaan nog steeds.
Multivariëteit en productie in kleine batches: Het voordeel van 3D-printers is dat ze geen mallen nodig hebben en vrij kunnen printen. Daarom zijn 3D-printers geschikt voor verschillende soorten kleinschalige productie, zoals het reproduceren van protheses en producten die al uitverkocht zijn, maar ook armaturen die op productielijnen worden gebruikt. Het kan ook worden gebruikt om producten te verwerken die aan verschillende klantbehoeften voldoen, zoals op maat gemaakte auto-onderdelen. En zolang er gegevens zijn, kan hetzelfde onmiddellijk worden gemaakt, waardoor het risico van onverkochte en overtollige voorraad wordt geëlimineerd.
Maak effectief onderscheid tussen 3D-printen en snijverwerking
De grootste uitdaging van 3D-printen is de lage bewerkingsnauwkeurigheid. Om in combinatie met andere onderdelen te kunnen worden gebruikt, is machinale bewerking essentieel. De vorm van onderdelen die nauwkeurig gecombineerd worden met andere onderdelen, zoals schroeven, is niet geschikt. De verwerkingssnelheid van 3D-printen is langzamer dan die van snijden en ook de bedrijfskosten, inclusief materialen, zijn hoog, waardoor het ongeschikt is voor grootschalige productie. Daarom wordt het, met uitzondering van enkele soorten productie in kleine series, over het algemeen gebruikt voor de verwerking en productie van mallen die worden gebruikt in monsters, prototypes of proeven. De afgelopen jaren zijn er ook gevallen geweest in de auto- en luchtvaartindustrie waar producten die met 3D-printers zijn gemaakt, direct als eindproduct worden geïnstalleerd, maar nog niet het niveau hebben bereikt waarop traditionele verwerkingsapparatuur wordt vervangen. Zelfs als prototype zijn er nog steeds problemen met de precisie en oppervlakteruwheid, evenals de moeilijkheid dat metalen materialen thermisch worden vervormd.
Daarom is de ideale aanpak om 3D-printen te gebruiken in een aantal beperkte toepassingen (zoals proefproductie) en snijbewerking toe te passen tijdens nauwkeurige proefproductie- en massaproductiefasen. Bovendien kunnen 3D-printers in situaties waarin prestatie-evaluatie op hetzelfde niveau als bij in massa geproduceerde producten vereist is, mogelijk niet dezelfde materialen gebruiken als in massa geproduceerde producten. Op dit punt is het noodzakelijk om snijapparatuur te gebruiken om dit te bereiken.
In tegenstelling tot snijprocessen waarbij materialen worden verwijderd, verwerken 3D-printers apparatuur die materialen toevoegen om de gewenste vorm voor additieve productie te bereiken. Stapel en laag de 2D-vormen van de 3D-gegevensplakken in de gewenste vorm. 3D-printen kan worden onderverdeeld in smeltdepositiemodellering (FDM), ultraviolette modellering, poedersinterlaagmodellering, enz. volgens de gelaagdheidsmethode, en kan worden onderverdeeld in hars en metaal, afhankelijk van de gebruikte materialen. Hoewel het ook mogelijk is om vormen te verwerken die niet door snijden kunnen worden bereikt, zoals overhangende gaten, dwarsgaten en inwendig gebogen gaten, is de nauwkeurigheid van 3D-printen momenteel lager vergeleken met snijden, waardoor gespecialiseerde materialen en een langere verwerkingstijd nodig zijn. Daarom zijn 3D-printers, vergeleken met massaproductie, geschikter voor bijzonder beperkte doeleinden tijdens proefproductie- en planningsprocessen.