W jaki sposób produkcja addytywna uzupełnia tradycyjne wytłaczanie?

Produkcja addytywna¹ (AM), powszechnie znany jako druk 3D, i tradycyjne wytłaczanie to dwa różne, ale uzupełniające się procesy produkcyjne, które w połączeniu mogą znacznie zwiększyć możliwości produkcyjne w różnych branżach. AM buduje obiekty warstwa po warstwie z modeli cyfrowych, umożliwiając szybkie prototypowanie i tworzenie złożonych geometrii, które byłyby wyzwaniem w przypadku tradycyjnych metod. Z kolei tradycyjne wytłaczanie polega na przetłaczaniu materiału przez matrycę w celu wytworzenia ciągłych kształtów, takich jak rury, profile lub arkusze, dzięki czemu idealnie nadaje się do masowej produkcji spójnych komponentów o dużej objętości.

Produkcja addytywna zwiększa tradycyjne wytłaczanie² umożliwiając szybkie prototypowanie, niestandardową produkcję i złożone oprzyrządowanie, podczas gdy wytłaczanie wyróżnia się w wysokonakładowej, znormalizowanej produkcji, razem optymalizując wydajność i innowacyjność.

Ten wpis na blogu bada, w jaki sposób produkcja addytywna uzupełnia tradycyjne wytłaczanie, oferując wgląd w ich synergię, aspekty techniczne i praktyczne zastosowania. Wykorzystując mocne strony obu procesów, producenci mogą osiągnąć większą elastyczność, obniżyć koszty i wprowadzić innowacje do swoich strategii produkcyjnych.

Czym jest produkcja addytywna?

Produkcja addytywna (AM), często nazywana drukiem 3D, to transformacyjna technologia, która tworzy obiekty poprzez dodawanie materiału warstwa po warstwie w oparciu o model cyfrowy. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod subtraktywnych, które usuwają materiał, AM buduje części od podstaw, oferując niezrównaną elastyczność projektowania. Według Wohlers Associates, AM obejmuje procesy takie jak wytłaczanie materiału, fotopolimeryzacja kadziowa i fuzja złoża proszku, z których każdy jest odpowiedni dla określonych materiałów, takich jak polimery (np. ABS, PLA), metale (np. tytan, aluminium) i ceramika.

AM świeci w szybkie prototypowanie³Pozwala to projektantom na szybką iterację, a także na produkcję niestandardowych lub małoseryjnych części, takich jak implanty medyczne lub komponenty lotnicze. Jednak jego mniejsza prędkość i wyższe koszty jednostkowe sprawiają, że jest mniej idealny do produkcji na dużą skalę w porównaniu z tradycyjnym wytłaczaniem.

Czym jest tradycyjne wytłaczanie?

Tradycyjne wytłaczanie to proces produkcyjny, w którym materiał - często termoplastyczny, metalowy lub ceramiczny - jest podgrzewany i wtłaczany przez matrycę w celu stworzenia obiektów o stałym profilu przekroju poprzecznego. Ten ciągły proces doskonale sprawdza się w produkcji długich, jednolitych kształtów, takich jak rury, druty i profile, obsługując branże takie jak budownictwo, motoryzacja i opakowania Britannica.

Przepływ pracy obejmuje przygotowanie materiału, ogrzewanie, wytłaczanie przez matrycę, chłodzenie i cięcie. Wydajność wytłaczania w obsłudze dużych ilości przy minimalnej ilości odpadów sprawia, że jest to metoda stosowana w produkcji masowej, choć jest ograniczona do stałych przekrojów i wymaga znacznych inwestycji w projektowanie matryc.

W jaki sposób produkcja addytywna uzupełnia tradycyjne wytłaczanie?

Produkcja addytywna usprawnia tradycyjne wytłaczanie, eliminując jego ograniczenia i rozszerzając jego możliwości na kilka sposobów:

Szybkie prototypowanie matryc do wytłaczania

AM umożliwia szybką i ekonomiczną produkcję prototypowych matryc dla Procesy wytłaczania⁴. Producenci mogą testować i udoskonalać projekty matryc - takich jak te ze złożonymi kanałami chłodzenia - przed zainwestowaniem w tradycyjną produkcję matryc. Techniki Metal AM, takie jak selektywne topienie laserowe (SLM), są szczególnie skuteczne w przypadku tego rozwiązania AddUp Solutions.

Produkcja niestandardowa i małoseryjna

Podczas gdy wytłaczanie dominuje w produkcji masowej, AM wyróżnia się w produkcji niestandardowych lub niskonakładowych części, które integrują się z wytłaczanymi komponentami. W przemyśle lotniczym AM tworzy skomplikowane, lekkie części w połączeniu z wytłaczanymi elementami konstrukcyjnymi, optymalizując wydajność i zmniejszając wagę.

Produkcja hybrydowa

Niektóre produkty wykorzystują oba procesy: AM dla złożonych sekcji i wytłaczanie dla standardowych, wysokonakładowych komponentów. W zastosowaniach motoryzacyjnych, AM produkuje niestandardowe uchwyty dla linii wytłaczania, zwiększając wydajność MIT Sloan.

Oprzyrządowanie i osprzęt

AM jest coraz częściej wykorzystywany do tworzenia niestandardowe oprzyrządowanie⁵Przyrządy i uchwyty do procesów wytłaczania. Te dostosowane narzędzia skracają czas konfiguracji i poprawiają wydajność, często produkowane w opłacalny sposób przy użyciu systemów AM klasy konsumenckiej.

Zastosowania wytwarzania przyrostowego w wytłaczaniu

Synergia pomiędzy AM i wytłaczaniem jest widoczna w wielu branżach:

• Lotnictwo i kosmonautyka: AM produkuje lekkie konstrukcje kratowe lub wsporniki, które łączą się z wytłaczanymi profilami aluminiowymi, zwiększając wydajność paliwową ScienceDirect.

• Motoryzacja: AM tworzy prototypowe części i niestandardowe oprzyrządowanie dla wytłaczanie⁶ usprawniając produkcję elementów wykończeniowych lub belek.

• Budowa: AM tworzy niestandardowe formy używane z wytłaczanymi rurami PVC lub aluminiowymi ramami, łącząc elastyczność z opłacalnością.

• Urządzenia medyczne: AM produkuje specyficzne dla pacjenta implanty zawierające wytłaczane rurki, łącząc personalizację z trwałością.

Przykłady te podkreślają, w jaki sposób technologia AM usprawnia wytłaczanie, umożliwiając tworzenie innowacyjnych, wydajnych rozwiązań produkcyjnych.

Aspekty techniczne: Procesy robocze i kompatybilność materiałów

Zrozumienie przepływów pracy i kompatybilności materiałowej obu procesów jest kluczem do ich integracji.

Proces produkcji addytywnej (np. FDM)

1. Projekt: Tworzenie modelu 3D w CAD, zoptymalizowanego pod kątem budowania warstwa po warstwie.

2. Krojenie: Konwersja modelu na warstwy, ustawienie parametrów takich jak wysokość warstwy i podpory.

3. Drukowanie: Nanoszenie materiału przez dyszę, tworząc część warstwa po warstwie.

4. Przetwarzanie końcowe: Usunąć podpory i w razie potrzeby dopracować powierzchnie.

Tradycyjny proces wytłaczania

1. Konstrukcja matrycy: Stworzenie matrycy (np. aluminiowej dla tworzyw sztucznych, stalowej dla metali) do przepływu materiału.

2. Przygotowanie materiału: Podgrzać i wymieszać materiał do odpowiedniej lepkości.

3. Wytłaczanie: Przepychanie materiału przez matrycę pod ciśnieniem (30-700 MPa).

4. Chłodzenie/cięcie: Schłodzić ekstrudat i przyciąć na odpowiednią długość.

Kompatybilność materiałowa

Dostosowanie przepływów pracy i materiałów zapewnia płynną integrację AM i wytłaczania.

Praktyczne narzędzia: Projektowe listy kontrolne i ramy decyzyjne

Producenci mogą korzystać z tych narzędzi, aby zoptymalizować wykorzystanie technologii AM i wytłaczania:

Lista kontrolna projektu dla AM

• Upewnij się, że projekty są odpowiednie dla poszczególnych warstw budynku (np. zwisy <45°).

• Zaplanuj struktury wsparcia i potrzeby przetwarzania końcowego.

• Weryfikacja kompatybilność materiałowa⁷ i uwzględniają skurcz.

Lista kontrolna projektu dla wytłaczania

• Projektowanie jednolitych przekrojów zapewniających płynny przepływ materiału.

• Wbudowane kanały chłodzące matrycę zapobiegają defektom.

• W razie potrzeby zaplanuj wykończenie po wytłaczaniu.

Ramy podejmowania decyzji

Ramy te kierują wyborem procesu w oparciu o ilość, złożoność i ograniczenia czasowe.

Porównanie AM i tradycyjnego wytłaczania

Wnioski

Produkcja addytywna i tradycyjne wytłaczanie tworzą razem potężny duet produkcyjny. Mocne strony AM w zakresie prototypowania, dostosowywania i złożoności uzupełniają wydajność wytłaczania w wysokonakładowej, znormalizowanej produkcji. Od przemysłu lotniczego po motoryzacyjny, ich połączone zastosowanie napędza innowacje, obniża koszty i optymalizuje przepływy pracy. W miarę rozwoju tych technologii, ich synergia będzie nadal kształtować przyszłość produkcji.