Cunoștințe de bază

Fabricarea aditivă devine din ce în ce mai importantă. Turnătoriile pot beneficia, de asemenea, de imprimarea 3D. Dar cum funcționează și unde este folosită?

Procesele de fabricație aditivă deschid posibilități de proiectare complet noi.

( Sursa: / CC0 )

Fabricarea aditivă joacă un rol din ce în ce mai important în industria prelucrătoare și este folosită în principal în fabricarea de scule și în construcția de prototipuri.

Fabricarea aditivă: Definiție și explicație

Acest procedeu de fabricație este utilizat mai ales în fabricarea de scule (scule rapide), în fabricarea de produse finite (fabricație rapidă) și în producția de prototipuri (prototipare rapidă). Cum poate fi clasificată fabricarea aditivă în ceea ce privește tehnologiile de fabricație? Tehnologiile de fabricație se bazează, în general, pe trei piloni:

• Procesele substractive (se îndepărtează ceva): Frezarea, strunjirea etc.

• Procese formative (un material este reproiectat): Turnarea, forjarea, etc.

• Procese aditive (se adaugă ceva): Imprimare 3D, etc.

Fabricarea aditivă descrie procese în care piesa care urmează să fie produsă este construită prin adăugarea de material. Construcția se realizează în straturi. Aceasta implică următoarele două aspecte:

1. Componenta este alcătuită din diferite straturi. De obicei, procesul se realizează de jos în sus. Pur și simplu, se folosește același principiu ca și pentru construcția castelelor de nisip: Un nou strat este aplicat pe o platformă de construcție pentru a construi un turn.

2. Diferitele procese se desfășoară în mod repetat în straturi (adică unul după altul). Aceasta presupune alimentarea cu material, topirea (modelarea) și, în final, lipirea cu straturile anterioare. Aceste etape, numite lanțul de procese, sunt aceleași indiferent de mașina utilizată pentru fabricarea aditivă. Singura diferență constă în modul în care sunt create straturile individuale.

Fabricarea aditivă permite astfel crearea de obiecte 3D. Pentru ca acest lucru să fie posibil, mașina are nevoie mai întâi de specificațiile de proiectare 3D („CAD tridimensional”) ale piesei care urmează să fie produsă. Setul de date respectiv este format din datele de contur (lungime x, înălțime y), numărul de straturi (z) și grosimea stratului (dz). Sarcina programului informatic corespunzător este de a împărți modelul în straturi adecvate. Programul software transmite apoi setul de date către mașină sub formă de instrucțiuni de producție, de exemplu, către imprimanta pentru imprimarea 3D a metalelor.

Cum funcționează?

În aproape toate cazurile, fabricarea aditivă utilizează un pat de pulbere. Acest lucru înseamnă că un material sub formă de pulbere este introdus într-un pat unde este prelucrat ulterior. În imprimarea 3D a metalelor, de exemplu, un metal (sau mai multe metale) este redus la o pulbere înainte de a fi introdus în cameră și reconstruit. Există patru metode obișnuite de producere a straturilor din pulbere:

• Sinterizare selectivă cu laser (SLS)

• Fundare selectivă cu laser (SLM)

• Fundare cu fascicul electronic (EMD/ EBM)

• Fundare cu fascicul electronic (EMD/ EBM)

• Jecare cu liant

SLS: Sinterizarea presupune încălzirea materialelor sub presiune, dar nu până la punctul de topire a acestora. Tehnologia laser face posibilă crearea de geometrii tridimensionale prin utilizarea de subcofraje. De obicei, pentru aceasta se folosesc lasere cu CO2 sau cu fibră optică.

SLM: Pulberea este încălzită de un laser cu fibră optică de mare energie și apoi răcită. Forma componentelor este creată prin devierea direcționată a fasciculelor laser. SLM este utilizat din ce în ce mai frecvent decât SLS. Deoarece nu se aplică presiune, obiectele prezintă o rezistență mai mare și, prin urmare, sunt mai durabile. Acest proces este utilizat frecvent pentru imprimarea 3D a metalelor.

EMD/ EBM: În principiu, această metodă este similară cu SLM. Cu toate acestea, această aplicație utilizează un fascicul de electroni și nu un fascicul laser. Întregul proces are loc în vid. EMD este mai rapidă decât SLM, dar mai puțin precisă și are un volum maxim de imprimare mai mic. Mașinile EMD au un diametru mediu de 350 mm și o înălțime de 380 mm. Mașinile SLM sunt de două ori mai mari. EMD este în special sunt o tehnologie de fabricație aditivă ideală ori de câte ori trebuie să se producă piese mici în cantități mari. Acest proces este, de asemenea, adesea utilizat pentru imprimarea 3D a metalelor.

Binder Jetting: Pulberea este depozitată selectiv cu un liant lichid pentru a forma straturile. Acest proces are avantajul de a permite o construcție foarte simplă în diferite culori.

Alte procese de fabricație

Cele patru tipuri de fabricație aditivă pot fi completate sau înlocuite de alte procese. Acest lucru este valabil, de exemplu, pentru:

• Stereolitografie: Acesta este un caz clasic de fabricație aditivă. Procesul fusese deja dezvoltat de Chuck Hull în 1983. Obiectul este coborât treptat într-o baie de fotopolimer lichid. Acesta este prelucrat cu ajutorul unui laser.

• Fused Layer Modelling (FLM): Aceasta este procedura obișnuită pentru imprimarea 3D (cu materiale plastice). Acesta este un proces special de extrudare în care materialul este „presat” dintr-o duză pentru a se forma după răcire. Ca de obicei, extrudarea are loc în straturi. În industria auto sau electronică, de exemplu, FLM completează adesea obiectele SLM. Imprimarea 3D a metalelor poate fi completată de FLM, de exemplu.

Domenii de aplicare

Domeniile de aplicare ale proceselor de fabricație aditivă pot fi împărțite în trei categorii. Aceste aplicații sunt adesea asimilate în mod eronat cu tehnologiile:

• Prototipare rapidă: Fabricarea aditivă este utilizată pentru a permite construirea rapidă a unui model. Ar trebui să existe modele fizice disponibile într-o etapă timpurie a dezvoltării unui produs. Prototiparea rapidă permite ca aceste modele să fie produse într-un mod deosebit de fiabil.

• Scule rapide: În Germania, uneltele de serie mică pentru turnarea prin injecție și turnarea metalelor sunt produse, de obicei, prin intermediul imprimării 3D a metalelor.

• Fabricarea rapidă: Aceasta implică producerea rapidă a obiectelor care sunt utilizate ca produse finale sau componente. Spre deosebire de prototiparea rapidă, nu se generează modele, ci piese gata de utilizare.

Poroane și dezavantaje ale fabricării aditive

Care sunt avantajele fabricării aditive?

• Individualizare

• Libertate mai mare de proiectare

• Rapiditate

• Nu este nevoie de scule și nici de matrițe

Unul dintre cele mai importante avantaje dacă este că obiectele pot fi personalizate după cum se dorește. De exemplu, este posibil să se producă pereți cu grosimi diferite, structuri foarte fine sau dimensiuni foarte mici. În plus, este posibil să se realizeze geometrii complexe folosind imprimarea 3D a metalelor, ceea ce nu ar fi posibil folosind alte procese de fabricație. Aceasta include, de exemplu, cavități, decupaje, canale cu arcuri sau surplombe. Înainte, designul unui obiect trebuia să urmeze limitările posibilităților de fabricație. Această constrângere este în mare parte eliminată cu ajutorul fabricării aditive și, prin urmare, reprezintă un mare avantaj, în special în cazul imprimării 3D a metalelor. În plus, fabricarea aditivă a unui obiect durează, de obicei, doar câteva ore, în timp ce alte procese de fabricație durează zile sau săptămâni.

Fabricarea aditivă are, de asemenea, următoarele dezavantaje:

• Finisare inevitabilă

• Adecvare limitată pentru producția industrială de masă

Dacă un obiect necesită o anumită calitate a suprafeței, prelucrarea ulterioară este inevitabilă. Același lucru este valabil și în cazul în care trebuie menținute anumite toleranțe. Nu există încă un standard în acest sens (ISO/ASTM 52195 ar putea, totuși, să fie elaborat în mod corespunzător). În special în cazul imprimării 3D a metalelor, finisarea poate fi extrem de consumatoare de timp.

De exemplu, imprimarea 3D a metalelor permite, de obicei, producerea a maximum două obiecte în același timp într-o singură mașină. Pe de altă parte, metodele de fabricație convenționale permit producerea unor cantități mult mai mari. Pentru producția industrială de masă, fabricarea aditivă este, prin urmare, adecvată doar într-o măsură limitată. Cel mai bun exemplu în acest sens este producția de automobile: Teoretic, un întreg vehicul ar putea fi produs prin fabricație aditivă. Cu toate acestea, din cauza numărului mare de componente, acest lucru ar fi mult prea scump. Din acest motiv, majoritatea componentelor continuă să fie fabricate prin metode convenționale.

Dualitatea costurilor

Ceea a investiției este un subiect controversat, potrivit experților. Pentru că intervalul de preț al costurilor de achiziție a unei mașini variază de la 15 euro la peste 100.000 de euro. În comparație cu alte mașini, aceasta nu este deosebit de scumpă. Acest lucru este valabil și în cazul în care sunt incluse costurile de întreținere. În special în tehnologia medicală, fabricarea aditivă oferă, prin urmare, un avantaj semnificativ în materie de costuri. Lucrurile stau diferit în aplicațiile industriale. În acest domeniu, de exemplu, imprimarea 3D a metalelor completează sistemele de producție convenționale. Cu toate acestea, ele nu le pot înlocui complet. Aici, fabricarea aditivă determină costuri suplimentare.

Fabricarea aditivă în viitor

Fabricarea aditivă are un mare viitor în față. SAMG a rezumat acest lucru în felul următor: Dezvoltarea actuală a fabricației aditive a depășit deja previziunile făcute în studiile efectuate în anii anteriori. Instituții de cercetare renumite, cum ar fi ETH Zurich, sunt convinse că imprimarea 3D a metalelor va deveni din ce în ce mai importantă în ingineria mecanică și în fabricarea de scule. Obiectivul este ca fabricarea aditivă să devină suficient de rapidă și precisă pentru a fi potrivită pentru producția în serie. În prezent, posibilitățile de fabricație aditivă sunt încă în competiție cu mașinile cu comandă numerică, care sunt încă mai potrivite pentru producția în serie. Obiectivul pe termen lung este ca, în viitor, imprimarea 3D a obiectelor complexe din metal să devanseze CNC.

Industria spațială și aviatică este responsabilă pentru utilizarea cu succes a imprimării 3D. În sectorul auto, piesele de schimb, în special, sunt fabricate cu ajutorul aditivilor. Aici veți găsi informații suplimentare despre utilizarea fabricației aditive într-o prezentare generală a articolului.

Acest articol a fost publicat pentru prima dată de MM International.

.