Розмір шрифту:
Порівняння адитивних та субтрактивних технологій виготовлення металевих деталей
Остання редакція: 2021-05-24
Анотація
Адитивне виробництво, стрімко розвиваючись і постійно вдосконалюючись протягом трьох десятків років, на сьогоднішній день починає займати вагоме місце серед виробничих технологій [1]. Доцільність використання адитивних технологій для виготовлення певних класів деталей стає економічно обґрунтованою і тому відбувається їх широке впровадження в різних галузях промисловості – автомобільній, аерокосмічній, медичній тощо.
В даній роботі виконаний аналіз переваг і недоліків найсучасніших технологій адитивного виробництва металевих деталей та їх порівняння з технологіями субтрактивного виробництва, а саме з обробленням різанням на верстатах з ЧПК. Кожен з підходів має галузь, де можуть проявитись його сильні сторони. Так, процеси адитивного виробництва добре пристосовані для отримання перших прототипів виробу, а також для отримання деталей комплексної форми зі складною внутрішньою геометрією. Ще однією суттєвою відмінністю технологій є те, що при застосуванні субтрактивних технологій вартість виробу зростає при ускладненні його геометрії, а при застосуванні адитивних технологій вартість виробу не залежить від складності його форми [1]. Це відкриває нові можливості щодо скорочення виробничих витрат, пов’язаних із складанням виробу, оскільки створення деталей дуже складної форми стає доступним і економічно доцільним. Тому декілька деталей виробу можуть бути об’єднані в одну із виключенням усіх пов’язаних процесів складання.
З іншого боку, необхідно враховувати анізотропію фізико-механічних властивостей деталей, виготовлених за допомогою адитивних технологій, а також можливу недостатню щільність структури [2]. Окрім того, на даному етапі розвитку, адитивні технології не забезпечують досягнення необхідної точності, яка потрібна для відповідальних з'єднань виробів машинобудування [1].
В роботі на прикладі розглянуто застосування топологічної оптимізації, а також вплив вибору методу виготовлення деталі на її конструкцію. Так, два вироби, призначені для виконання однакових функцій, в залежності від вибору технології виготовлення можуть мати суттєві відмінності форми.
Вибір технології залежить від вимог до точності виробу, його фізико-механічних властивостей, складності форми, обсягу випуску, тощо. Важливо зазначити, що адитивні технології виготовлення металевих конструкцій наразі розвиваються і в майбутньому їх можливості будуть розширюватись. При цьому не очікується, що це призведе до усунення субтрактивних технологій, а скоріш в майбутньому обидва підходи будуть органічно доповнювати один одного.
В даній роботі виконаний аналіз переваг і недоліків найсучасніших технологій адитивного виробництва металевих деталей та їх порівняння з технологіями субтрактивного виробництва, а саме з обробленням різанням на верстатах з ЧПК. Кожен з підходів має галузь, де можуть проявитись його сильні сторони. Так, процеси адитивного виробництва добре пристосовані для отримання перших прототипів виробу, а також для отримання деталей комплексної форми зі складною внутрішньою геометрією. Ще однією суттєвою відмінністю технологій є те, що при застосуванні субтрактивних технологій вартість виробу зростає при ускладненні його геометрії, а при застосуванні адитивних технологій вартість виробу не залежить від складності його форми [1]. Це відкриває нові можливості щодо скорочення виробничих витрат, пов’язаних із складанням виробу, оскільки створення деталей дуже складної форми стає доступним і економічно доцільним. Тому декілька деталей виробу можуть бути об’єднані в одну із виключенням усіх пов’язаних процесів складання.
З іншого боку, необхідно враховувати анізотропію фізико-механічних властивостей деталей, виготовлених за допомогою адитивних технологій, а також можливу недостатню щільність структури [2]. Окрім того, на даному етапі розвитку, адитивні технології не забезпечують досягнення необхідної точності, яка потрібна для відповідальних з'єднань виробів машинобудування [1].
В роботі на прикладі розглянуто застосування топологічної оптимізації, а також вплив вибору методу виготовлення деталі на її конструкцію. Так, два вироби, призначені для виконання однакових функцій, в залежності від вибору технології виготовлення можуть мати суттєві відмінності форми.
Вибір технології залежить від вимог до точності виробу, його фізико-механічних властивостей, складності форми, обсягу випуску, тощо. Важливо зазначити, що адитивні технології виготовлення металевих конструкцій наразі розвиваються і в майбутньому їх можливості будуть розширюватись. При цьому не очікується, що це призведе до усунення субтрактивних технологій, а скоріш в майбутньому обидва підходи будуть органічно доповнювати один одного.
Ключові слова
Адитивне виробництво; 3D-друк металу; Топологічна оптимізація
Посилання
1. Пасічник В. А. Стан і перспективи адитивного виробництва / В. А. Пасічник // Резание и инструменты в технологических системах. - 2018. - Вып. 89. - С. 134-140. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/rits_2018_89_18
2. Gibson I. Additive Manufacturing Technologies. 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. 2nd ed. / Ian Gibson, David Rosen, Brent Stucker. Springer, 2015. 510 p. (DOI 10.1007/978-1-4939-2113-3).
2. Gibson I. Additive Manufacturing Technologies. 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. 2nd ed. / Ian Gibson, David Rosen, Brent Stucker. Springer, 2015. 510 p. (DOI 10.1007/978-1-4939-2113-3).