Na czym polega wytwarzanie addytywne i jakie są jego rodzaje?

Dodano: 21 wrz 2023

Na czym polega wytwarzanie addytywne i jakie są jego rodzaje?

Wytwarzanie addytywne to sposób produkcji, w którym element powstaje poprzez stopniowe dodawanie materiału na podstawie cyfrowego modelu 3D. Najbardziej znaną grupą procesów addytywnych jest druk 3D.

Jeśli potrzebujesz wykonania konkretnych elementów, sprawdź usługi druku 3D P3DRC dla prototypów, części użytkowych i krótkich serii.

W zależności od technologii kolejne warstwy mogą powstawać z filamentu termoplastycznego, proszku polimerowego albo ciekłej żywicy światłoutwardzalnej.

Poszczególne metody różnią się materiałami, dokładnością, wyglądem powierzchni, sposobem przygotowania produkcji i możliwymi zastosowaniami.

Wytwarzanie addytywne a tradycyjne metody produkcji

W produkcji można wykorzystywać różne sposoby nadawania materiałowi oczekiwanego kształtu.

W przypadku obróbki ubytkowej, takiej jak frezowanie lub toczenie CNC, część powstaje przez usuwanie materiału z większego półfabrykatu.

W formowaniu wtryskowym tworzywo jest natomiast wprowadzane do wcześniej wykonanej formy.

Wytwarzanie addytywne działa inaczej. Model jest dzielony cyfrowo na kolejne warstwy, a urządzenie buduje część zgodnie z przygotowanymi danymi.

Nie oznacza to, że jedna z tych metod jest zawsze lepsza od pozostałych. Wybór zależy od:

• geometrii części,
• materiału,
• liczby sztuk,
• wymaganej dokładności,
• powierzchni,
• czasu realizacji,
• kosztu całego procesu.

W wielu projektach druk 3D, CNC i formowanie wtryskowe są wykorzystywane na różnych etapach rozwoju tego samego produktu.

Jak przebiega proces wytwarzania addytywnego?

Niezależnie od konkretnej technologii proces rozpoczyna się od cyfrowego modelu części.

Najczęściej kolejne etapy wyglądają następująco:

1. przygotowanie modelu 3D,
2. sprawdzenie geometrii,
3. dobór technologii i materiału,
4. przygotowanie modelu do procesu,
5. podział geometrii na warstwy,
6. wykonanie części,
7. oczyszczenie i ewentualna obróbka końcowa.

Szczegóły każdego z tych etapów zależą od zastosowanej technologii.

Wytłaczanie materiału – FFF/FDM

Jedną z najbardziej rozpowszechnionych metod wytwarzania addytywnego jest FFF/FDM.

Materiał w postaci filamentu jest podawany do rozgrzanej głowicy, gdzie zostaje uplastyczniony. Następnie dysza nanosi tworzywo zgodnie z zaplanowaną ścieżką.

Po wykonaniu jednej warstwy urządzenie przechodzi do kolejnej aż do zbudowania całej części.

W technologii FFF stosuje się wiele rodzajów tworzyw, między innymi:

• PLA,
• PET-G,
• ABS,
• ASA,
• TPU,
• poliamidy,
• materiały wzmacniane włóknem.

FFF jest wykorzystywany między innymi do prototypów, obudów, uchwytów, oprzyrządowania oraz części użytkowych.

Charakterystyczną cechą jest widoczna struktura warstw, a właściwości mechaniczne części mogą zależeć od kierunku jej ułożenia podczas druku.

Fotopolimeryzacja – SLA, mSLA i DLP

Drugą grupą są technologie wykorzystujące ciekłe żywice światłoutwardzalne.

Materiał znajduje się w zbiorniku i jest selektywnie utwardzany światłem.

W zależności od technologii sposób naświetlania jest inny.

SLA

W stereolitografii SLA kolejne fragmenty warstwy są utwardzane za pomocą lasera.

mSLA

W mSLA źródło światła przechodzi przez ekran LCD, który wyznacza kształt całej warstwy.

DLP

W technologii DLP obraz warstwy jest projektowany na powierzchnię żywicy za pomocą układu optycznego.

Technologie żywiczne stosuje się między innymi tam, gdzie istotne są:

• niewielkie detale,
• cienkie elementy,
• dobre odwzorowanie szczegółów,
• określona jakość powierzchni.

W wielu geometriach potrzebne są podpory, które stabilizują model podczas wykonywania kolejnych warstw.

Po zakończeniu procesu część wymaga oczyszczenia oraz końcowego utwardzenia.

Spiekanie proszku – SLS

SLS, czyli Selective Laser Sintering, wykorzystuje proszek polimerowy rozprowadzany cienkimi warstwami w komorze roboczej.

Laser selektywnie oddziałuje na obszary odpowiadające przekrojowi wykonywanej części.

Po zakończeniu jednej warstwy nakładana jest kolejna warstwa proszku i proces się powtarza.

Jedną z istotnych cech SLS jest to, że wykonywane części są podczas procesu otoczone niespieczonym proszkiem. Dzięki temu w wielu przypadkach nie trzeba stosować klasycznych podpór.

Pozwala to wykonywać:

• złożone geometrie,
• zatrzaski,
• kanały,
• elementy wzajemnie zagnieżdżone,
• wiele części w jednym zadaniu produkcyjnym.

Po zakończeniu procesu cały wsad musi odpowiednio wystygnąć, a gotowe elementy są następnie wydobywane z proszku i oczyszczane.

Popularnym materiałem w SLS jest PA12, ale dostępne są również inne proszki o zmodyfikowanych właściwościach.

Multi Jet Fusion – MJF

MJF również wykorzystuje proszek polimerowy, jednak sposób łączenia materiału różni się od SLS.

Na kolejne warstwy proszku nanoszone są odpowiednie środki procesowe, a następnie powierzchnia jest poddawana działaniu energii cieplnej.

Pozwala to selektywnie tworzyć kolejne przekroje modelu.

MJF jest często wykorzystywany do:

• części technicznych,
• elementów z PA12,
• złożonych geometrii,
• krótkich i średnich serii,
• projektów wymagających dobrej powtarzalności.

Podobnie jak w SLS, części są otoczone proszkiem, dzięki czemu zazwyczaj nie wymagają klasycznych podpór.

Czym różnią się technologie wytwarzania addytywnego?

Nie ma jednej technologii najlepszej dla wszystkich projektów.

FFF pozwala korzystać z szerokiego wyboru filamentów i dobrze sprawdza się przy prototypach, większych elementach, obudowach i oprzyrządowaniu.

SLS umożliwia wykonywanie złożonych części z proszków polimerowych bez klasycznych podpór.

MJF jest przydatny między innymi przy częściach technicznych z PA12 i większej liczbie powtarzalnych elementów.

SLA, mSLA i DLP pozwalają uzyskać drobne szczegóły oraz określoną jakość powierzchni.

Wybór technologii powinien wynikać z wymagań konkretnej części, a nie z samej nazwy procesu.

Jakie materiały stosuje się w wytwarzaniu addytywnym?

Zakres dostępnych materiałów zależy od technologii.

W procesach FFF stosuje się między innymi:

• PLA,
• PET-G,
• ABS,
• ASA,
• TPU,
• poliamidy,
• materiały kompozytowe.

W SLS wykorzystywane są przede wszystkim proszki polimerowe, między innymi PA12 oraz materiały o specjalnych właściwościach.

MJF jest często stosowany z PA12.

W SLA, mSLA i DLP wykorzystuje się żywice światłoutwardzalne o różnych właściwościach mechanicznych, cieplnych i wizualnych.

Sam wybór nazwy materiału nie wystarcza jednak do określenia właściwości gotowej części. Znaczenie ma również sposób jej wykonania.

Do czego wykorzystuje się wytwarzanie addytywne?

Technologie addytywne mogą być wykorzystywane na różnych etapach rozwoju i produkcji części.

Typowe zastosowania obejmują:

• prototypowanie,
• części użytkowe,
• krótkie serie,
• obudowy,
• uchwyty i adaptery,
• oprzyrządowanie produkcyjne,
• części zamienne,
• modele testowe,
• elementy o nietypowej geometrii.

W niektórych projektach druk 3D służy wyłącznie do wykonania pierwszego prototypu. W innych może być metodą produkcji części końcowej.

Jakie są ograniczenia wytwarzania addytywnego?

Druk 3D nie eliminuje ograniczeń technologicznych.

Przy projektowaniu trzeba uwzględnić między innymi:

• minimalne grubości ścianek,
• wielkość otworów i szczelin,
• pasowania,
• kierunek budowy,
• wymagania dotyczące podpór,
• możliwość usunięcia proszku z zamkniętych przestrzeni,
• właściwości materiału,
• wymagania dotyczące powierzchni,
• tolerancje wymiarowe.

Przy dużych i stabilnych seriach inna technologia produkcji może również zapewnić niższy koszt jednostkowy.

Dlatego decyzję o wykorzystaniu druku 3D warto podejmować na podstawie konkretnego modelu i jego zastosowania.

Wytwarzanie addytywne w P3DRC

W P3DRC realizujemy druk 3D dla firm i klientów indywidualnych w technologiach FFF/FDM, SLS, MJF oraz SLA, mSLA i DLP.

Technologię oraz materiał dobieramy do geometrii części, liczby sztuk i warunków jej późniejszej pracy.

Jeżeli masz gotowy model STL, STEP lub STP, możesz przesłać go przez formularz wyceny wraz z liczbą sztuk i krótkim opisem zastosowania.