Как аддитивное производство дополняет традиционную экструзию?

Аддитивное производство¹ (AM), известная как 3D-печать, и традиционная экструзия - два разных, но взаимодополняющих производственных процесса, которые в сочетании друг с другом могут значительно расширить производственные возможности в различных отраслях. Технология AM создает объекты слой за слоем на основе цифровых моделей, что позволяет быстро создавать прототипы и сложные геометрические формы, которые было бы сложно использовать традиционными методами. Традиционная экструзия, с другой стороны, предполагает продавливание материала через фильеру для получения непрерывных форм, таких как трубы, профили или листы, что делает ее идеальной для массового производства стабильных компонентов в больших объемах.

Аддитивное производство улучшает традиционная экструзия² благодаря возможности быстрого создания прототипов, производства на заказ и изготовления сложной оснастки, в то время как экструзия отлично подходит для крупносерийного, стандартизированного производства, что в совокупности оптимизирует эффективность и инновации.

В этой статье блога рассматривается, как аддитивное производство дополняет традиционную экструзию, предлагая взглянуть на их синергию, технические аспекты и практическое применение. Используя сильные стороны обоих процессов, производители могут добиться большей гибкости, снизить затраты и внедрить инновации в свои производственные стратегии.

Что такое аддитивное производство?

Аддитивное производство (AM), часто называемое 3D-печатью, - это революционная технология, позволяющая создавать объекты путем послойного добавления материала на основе цифровой модели. В отличие от традиционных субтрактивных методов, при которых материал вырезается, АМ создает детали с нуля, обеспечивая беспрецедентную гибкость проектирования. По данным Wohlers Associates, АМ включает в себя такие процессы, как экструзия материала, фотополимеризация в чане и плавление в порошковом слое, каждый из которых подходит для определенных материалов, таких как полимеры (например, ABS, PLA), металлы (например, титан, алюминий) и керамика.

AM сияет в быстрое прототипирование³В частности, она позволяет дизайнерам быстро повторять задуманное, а также позволяет изготавливать детали на заказ или небольшими партиями, например, медицинские имплантаты или аэрокосмические компоненты. Однако более низкая скорость и более высокая стоимость каждой детали делают его менее идеальным для крупносерийного производства по сравнению с традиционной экструзией.

Что такое традиционная экструзия?

Традиционная экструзия - это производственный процесс, в котором материал - чаще всего термопластик, металл или керамика - нагревается и продавливается через фильеру для создания объектов с фиксированным профилем поперечного сечения. Этот непрерывный процесс отлично подходит для производства длинных, однородных форм, таких как трубы, проволока и профили, обслуживая такие отрасли, как строительство, автомобилестроение и упаковка Britannica.

Рабочий процесс включает подготовку материала, нагрев, выдавливание через фильеру, охлаждение и резку. Эффективность экструзии при обработке больших объемов с минимальным количеством отходов делает ее популярной в массовом производстве, однако она ограничена постоянными сечениями и требует значительных инвестиций в проектирование фильеры.

Как аддитивное производство дополняет традиционную экструзию?

Аддитивное производство улучшает традиционную экструзию, устраняя ее ограничения и расширяя ее возможности по нескольким направлениям:

Быстрое прототипирование экструзионных фильер

AM позволяет быстро и с минимальными затратами изготавливать прототипы штампов для экструзионные процессы⁴. Производители могут тестировать и дорабатывать конструкции штампов, например, со сложными каналами охлаждения, прежде чем вкладывать средства в традиционное производство штампов. Технологии AM из металла, такие как выборочное лазерное плавление (SLM), особенно эффективны для этого AddUp Solutions.

Индивидуальное и мелкосерийное производство

Хотя экструзия доминирует в массовом производстве, АМ отлично подходит для изготовления нестандартных или малосерийных деталей, которые интегрируются с экструдированными компонентами. В аэрокосмической отрасли с помощью АМ создаются сложные, легкие детали в сочетании с экструдированными конструктивными элементами, что позволяет оптимизировать эксплуатационные характеристики и снизить вес.

Гибридное производство

В некоторых изделиях используются оба процесса: AM для сложных секций и экструзию для стандартных, крупносерийных компонентов. В автомобильной промышленности с помощью AM изготавливаются специальные приспособления для экструзионных линий, что повышает эффективность MIT Sloan.

Инструмент и приспособления

АМ все чаще используется для создания индивидуальная оснастка⁵Приспособления, оснастка и приспособления для процессов экструзии. Эти специализированные инструменты сокращают время наладки и повышают эффективность, часто производятся с минимальными затратами с помощью систем AM потребительского класса Additive Manufacturing Media.

Применение аддитивного производства в экструзии

Синергия между AM и экструзией очевидна во всех отраслях промышленности:

• Аэрокосмическая промышленность: AM производит легкие решетчатые конструкции или кронштейны, которые сочетаются с экструдированными алюминиевыми профилями, повышая топливную эффективность ScienceDirect.

• Автомобили: AM создает прототипы деталей и индивидуальные приспособления для экструзия⁶ Линии, упрощающие производство деталей отделки или балок.

• Строительство: AM изготавливает индивидуальные формы для экструдированных труб из ПВХ или алюминиевых рам, сочетая гибкость с экономичностью.

• Медицинские приборы: AM изготавливает имплантаты для конкретных пациентов, используя экструдированные трубки, сочетая индивидуальность с долговечностью.

Эти примеры показывают, как AM улучшает экструзию, позволяя создавать инновационные и эффективные производственные решения.

Технические аспекты: Технологические процессы и совместимость материалов

Понимание рабочих процессов и совместимости материалов обоих процессов является ключом к их интеграции.

Рабочий процесс аддитивного производства (например, FDM)

1. Дизайн: Создайте 3D-модель в САПР, оптимизированную для послойного построения.

2. Нарезка: Преобразуйте модель в слои, задавая такие параметры, как высота слоя и опоры.

3. Печать: Нанесение материала через сопло, создавая деталь слой за слоем.

4. Постобработка: При необходимости удалите опоры и обработайте поверхности.

Традиционный рабочий процесс экструзии

1. Дизайн штампов: Создайте штамп (например, алюминиевый для пластмасс, стальной для металлов) для подачи материала.

2. Подготовка материалов: Нагрейте и смешайте материал до нужной вязкости.

3. Экструзия: Проталкивание материала через штамп под давлением (30-700 МПа).

4. Охлаждение/резка: Охладите экструдат и отрежьте по длине.

Совместимость материалов

Согласование рабочих процессов и материалов обеспечивает бесшовную интеграцию AM и экструзии.

Практические инструменты: Контрольные списки и рамки принятия решений

Производители могут использовать эти инструменты для оптимизации использования AM и экструзии:

Контрольный список для проектирования AM

• Убедитесь в том, что конструкции соответствуют послойному строительству (например, свесы <45°).

• Планируйте вспомогательные структуры и потребности в постобработке.

• Проверьте совместимость материалов⁷ и учесть усадку.

Контрольный список для проектирования экструзии

• Создайте равномерное поперечное сечение для плавного потока материала.

• Для предотвращения дефектов используйте каналы охлаждения матрицы.

• При необходимости запланируйте постэкструзионную обработку.

Система принятия решений

Эта система позволяет выбрать процесс с учетом объема, сложности и временных ограничений.

Сравнение AM и традиционной экструзии

Заключение

Аддитивное производство и традиционная экструзия вместе образуют мощный производственный дуэт. Сильные стороны АМ в создании прототипов, кастомизации и сложности дополняют эффективность экструзии в крупносерийном стандартизированном производстве. Их совместное использование в аэрокосмической и автомобильной промышленности способствует инновациям, снижению затрат и оптимизации рабочих процессов. По мере развития этих технологий их синергия будет и дальше определять будущее производства.