制造三“魔法”:增材,减材?等材!

2024-09-30


传统制造方法有三种:减材、增材和等材制造。这也是制造技术从原理上可分为的三种类型。

01减材制造

什么是减材制造?

减材制造是传统的金属切削加工,是用刀具从工件上切除多余材料,从而获得形状、尺寸精度及表面质量等合乎要求的零件的加工过程。

这就像是厨师手中的刀,把食材一点点削去,直到变成想要的形状。

减材制造的工艺与优缺点

1. 机械加工:例如车削、铣削、钻削等。

2. 磨削:用于提高零件的表面质量和精度。

3. 切割:如火焰切割、等离子切割等。

4. 电火花加工:利用放电蚀除金属材料。

5. 线切割:通过电极丝切割工件。

6. 激光切割:可实现高精度和高效率的切割。

7. 水切割:利用高压水流进行切割。

减材制造工艺的特点是通过逐步去除原材料来达到所需的形状和尺寸。它们在制造业中广泛应用,具有以下优点:

1. 高精度:能够制造出精度要求较高的零件。

2. 适应性强:适用于各种材料。

3. 可重复性好:易于实现批量生产。

然而,减材制造也存在一些局限性,例如材料浪费、加工时间长等。

02等材制造

什么是等材制造?

等材制造通俗来说就是将一块泥巴捏成各种各样的形状,材料不多不少,比如说古代的打铁技术以及现在往模具里面注入材料等等。它主要依赖于铸造、锻造等工艺,将原材料通过模具或其他工具塑造成所需的形状。

等材制造的工艺与优缺点

1. 锻造:通过冲击力或压力使金属坯料变形。

2. 挤压:将材料在挤压模具中挤压成型。

3. 轧制:材料在轧辊间变形得到所需形状。

4. 拉拔:对材料进行拉伸变形。

5. 注塑成型:用于塑料等材料的加工。

等材制造加工工艺的优点包括:

1. 可以获得较高的强度和韧性。

2. 生产效率较高。

3. 成本相对较低。

优点是不浪费材料,缺点是铸造锻炼耗费时间长速度慢,模具注入的开模成本高。等材制造在工业生产中广泛应用,适用于大批量生产。然而,它也存在一些局限性,如难以制造复杂形状的零件。

03什么是增材制造?

增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除、切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法,这种通过逐层累积堆叠的方式来构造物体的打印方式就是3D打印。通常有三个步骤:

1、数字建模,设计形态

2、软件切片,分明层次

3、机器打印,逐层堆积

增材制造就是3D打印

3D打印本质是增材制造(AM)技术,依托计算机辅助设计(CAD)、大数据、云计算、计算机辅助制造(CAM)、物联网、虚拟现实(VR)等技术支撑,将数字化或电脑模型,通过逐层堆积的方式而直接形成3D物体的制造工艺。3D打印(增材制造)是制造业有代表性的颠覆性技术,集合了信息网络技术、先进材料技术与数字制造技术,是先进制造业的重要组成部分。

与传统制造技术(减材制造、等材制造)相比,3D打印(增材制造)不需要事先制造模具,不必在制造过程中去除大量的材料,也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品,具有“去模具、减废料、降库存”的特点。在生产上可以优化结构、节约材料和节省能源,极大地提升了制造效率,同时实现“设计引导制造”理念。

国际标准化组织辖下增材制造技术委员会发布ISO/ASTM 52900:2015标准将增材制造技术分为7大类,分别是:立体光固化(SLA)、粘结剂喷射(3DP)、定向能量沉积(DED)、薄材叠层(LOM)、材料挤出(FDM)、材料喷射(PloyJet)、粉末床熔融(SLM、SLS、EBM)。

从产业链整体来看,3D打印上游涵盖激光器、振镜、三维扫描设备、3D打印软件、粉末原材料等;中游以3D打印设备生产厂商为主,部分也同时提供打印服务及原材料供应,在整个产业链中占据主导地位;下游行业应用已覆盖航天航空、汽车工业、船舶制造、能源动力、轨道交通、电子工业、模具制造、医疗健康、文化创意、建筑等各领域。

SLA快速成型

SLA是目前国内外最深入、应用最广泛的快速成形技术之一,其技术成熟度高,也经过了市场长时间的检验,具体优势如下: 无需切削工具与模具,加工速度快,产品生产周期短;可以加工结构外形复杂或使用传统手段难于成型的原型和模具;以三维数字模型为基础进行数字化3D打印,可降低设计错误造成的高额往复制作/修复的成本;相比FDM成型工艺,SLA成型精度高,表面光滑平整、成型速度快。

常用的SLA材料

SLA材料为液体树脂,如浇注料或牙科树脂。下表总结了常用树脂的优缺点:

微信截图_20240926092403.png

后处理

SLA模型可以通过各种后处理方法,如砂光、抛光、喷涂涂层和使用矿物油等,获得非常高的品质。

SLA的主要特点总结如下表:

微信截图_20240926092423.png

近年来,随着3D打印产业的不断发展,SLA光固化3D打印机型及光敏树脂造价的逐渐走低,成为制作工业原型、展示模型、动漫手办等应用的最理想的选择之一。

增材技术(3D打印)的优缺点

优点:

成品速度快:3D打印技术可以快速、高效、低成本地将新产品推向市场,尤其适用于注塑成型等制造大量相同塑料零件的场合 。

无须机械加工:与传统制造方法不同,3D打印技术不需要机械加工或模具,直接从计算机图形数据中生成零件,缩短了产品研制周期,提高了生产效率 。

产品定制化:3D打印技术适合小批量定制化生产,如定制义肢、植入物和牙科矫正器具等,满足了个性化需求。

缺点:

打印效果受材料限制:目前,3D打印技术能够使用的材料种类有限,无法满足所有的制造需求。

产品大小受打印机限制:由于3D打印技术采用逐层累加的方式加工生产,这也就也导致所生产出来的产品大小受限制。

通过对三大制造方式的了解,我们知道各种制造方法有各自的优缺点。所以在实际生产加工过程中,我们应根据产品的特点用户需求等各种因素来选择最佳的生产方式。


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