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    【工業科技前瞻】增材製造和減材製造



                  增(zeng)材製(zhi)造(zao)和減材(cai)製造:互(hu)補(bu)還(hai)是競爭對(dui)手(shou)?          

    雖然越來越(yue)多(duo)的(de)公(gong)司開始選(xuan)擇增材製造作為一種加(jia)工(gong)手段(duan),但(dan)減材製造仍(reng)然(ran)是(shi)目(mu)前(qian)工業界(jie)使(shi)用最廣(guang)泛(fan)的方(fang)法。同(tong)時,3D打(da)印(yin)目前仍是主(zhu)要(yao)作(zuo)為(wei)減(jian)材製造的補充(chong)而存(cun)在(zai)。

    減材製造不同於(yu)增材製造技術,它是通(tong)過(guo)去除材料(liao)以(yi)生產出(chu)所(suo)需尺(chi)寸的零件(jian)。它(ta)們現在被(bei)部署(shu)在許(xu)多行(xing)業(ye),如(ru)航(hang)空(kong)、汽(qi)車(che)、冶(ye)金等(deng)。南(nan)極(ji)熊(xiong)本期文章(zhang)仔細討(tao)論(lun)了減材製造和(he)增材製造之(zhi)間(jian)的差(cha)異,以及它們彼(bi)此之間的互補作用(yong)。



    【減材製造】

    首(shou)先(xian)減材製造方法(fa)也是擁(yong)有多種類型的,就(jiu)像增材製造包(bao)含了多種工藝.例如,你可(ke)能聽說(shuo)過"數(shu)控(kong)加工"這個術(shu)語(yu)。它是計算機(ji)數字控製的首字(zi)母(mu)縮寫(xie),涵(han)蓋了(le)基於控製機床(chuang)的數字程(cheng)序的材料去(qu)除技(ji)術,比如草莓视频app苹果下载常談(tan)論的鑽、車、銑或鏜等。數(shu)控(kong)加工現在可以兼容廣泛的材料,從塑料到金屬(shu)。也就是說,並不是所有(you)的減材製造技術都(dou)使用數字程序(xu),接(jie)下來草莓视频app苹果下载也將(jiang)介(jie)紹(shao)一(yi)些(xie)最(zui)流行的切(qie)割(ge)方法。


    數控加工包括(kuo)幾(ji)個過程,首次(ci)介紹車削(xue)和鑽孔技術,加工過程針對於旋(xuan)轉軸(zhou)上(shang)的移動部件。加工零件所需的能(neng)量(liang)是由(you)零(ling)件本身的運(yun)動(dong)提(ti)供(gong)的。這(zhe)些方法使得(de)製造任何以旋轉(zhuan)為模型(xing)的零件成(cheng)為可能。具體而(er)言(yan),它是一種(zhong)沿旋轉軸無(wu)限複製的二(er)維圖(tu)紙(zhi),從(cong)而形成一個三(san)維模型。盡管名稱(cheng)不同,但車削和鏜(tang)削是非(fei)常相似(shi)的,因(yin)為它們(men)都使用相同的原理。主要的區(qu)別(bie)是,鏜削是在零件的內部(bu)工作,而車削是在外部工作,允(yun)許對木材、金(jin)屬和某(mou)些塑料材料進行加工。車削和鏜孔機現在出現在許多行業中(zhong),如汽車、航空航天、醫(yi)療(liao)甚至(zhi)裝飾(shi)部門。


    讓(rang)草莓视频app苹果下载繼續(xu)討論另(ling)一種技術,即(ji)銑(xian)削。銑削具(ju)有極高的精確性、創(chuang)造具有內(nei)部空腔(qiang)零件的能力(li)和加工零件的能力,是一種極其(qi)重(zhong)要的製造手段。該技術使用銑刀(dao)來橫(heng)向切割材料。這意味著(zhu),當(dang)銑刀在材料中時,它可以垂(chui)直(zhi)移動並沿(yan)其路(lu)徑去除(chu)材料。由於適(shi)用於各種任(ren)務和材料加工,銑削與(yu)許多材料兼容。盡管(guan)如此(ci),這種方法也(ye)有一些缺點,會(hui)降(jiang)低(di)它的加工便捷性(xing)。例(li)如,一個(ge)零件的加工通常(chang)分為幾個步(bu)驟(zhou)/操(cao)作,這些都需要定期(qi)更(geng)換(huan)刀具。


    鑽(zuan)孔(kong)和銑削使用的工具非常相似,但不應(ying)混淆(xiao)。鑽孔隻(zhi)用於用鑽頭打圓(yuan)孔。雖(sui)然銑削提供了更大(da)的製造自(zi)由度,特(te)別是允許製作直徑大於自身的孔或形狀(zhuang),但鑽孔允許你鑽出與鑽頭直徑(jing)相等的孔。盡(jin)管有許多優(you)點,但在打孔時,銑削要比鑽孔慢(man)得多,這就是為什(shen)麽(mo)鑽孔更適合於連(lian)續進行幾個相(xiang)同的切割。雖然數控加工包含(han)了許多技術,但減材製造並(bing)不(bu)限於這些。其他方法,如切割,也被許多行業所采(cai)用。



    不同的切割技術

    有些人(ren)使用激光(guang)切割,如汽車製造業使用激(ji)光來生產刹(sha)車片等精(jing)密零件,而其他人則(ze)選擇EDM。EDM也就是放電(dian)加工,這種技術有3種形式:線(xian)切割、沉(chen)降片(pian)切割和快速(su)鑽孔,它與傳(chuan)統的鑽孔不同,能夠(gou)利(li)用電極打出更薄(bao)、更深的孔。雖然這些不同的方法相對較(jiao)慢,但它們與其他方法的區別在於精確度。放(fang)電加工可應用到(dao)混(hun)凝(ning)土、石(shi)頭、金屬和許多其他材料的零件的生(sheng)產當中。


    除了放電加工外(wai),激光切割也是一種常用的切割技術。這種技術通過功(gong)率為幾百(bai)瓦(wa)的激光器,可以快(kuai)速、精確(que)地(di)切割幾種材料。例如,切割麵(mian)積(ji)達(da)1平方毫米(mi)的零件,公差為正(zheng)負(fu)20微(wei)米。除了切割之外,激光機還能進(jin)行雕(diao)刻。激光切割機有兩(liang)種形(xing)式(shi)。二氧化碳(tan)激光器和光纖(xian)激光器,它們用於切割和雕刻(ke)金屬。盡管激光切割機有很(hen)多優點,但也有一些缺(que)點:在操作此類(lei)機器(qi)時(shi),可能會釋(shi)放出有害(hai)氣體。此外,由於激光是通過熱(re)量來切割材料的,激光器本身(shen)可能會過熱。因此,有必(bi)要對其進行冷(leng)卻,這往(wang)往需要額(e)外的輔(fu)助(zhu)設(she)備(bei)。


    最後(hou),在幾種主要的減材製造工藝(yi)和更具體(ti)的切割技術中,草莓视频app苹果下载發(fa)現水(shui)射(she)流(liu)切割。這個過程是基(ji)於使用水射流,伴隨(sui)著磨(mo)料,以高(gao)速衝(chong)擊材料的表(biao)麵。這導(dao)致(zhi)材料收(shou)縮和分(fen)離,形成所需(xu)的最終(zhong)形狀。需要一個高壓(ya)壓縮機來(lai)產生這種水射流。射流的性質(zhi)和有關(guan)材料將影響(xiang)切割的深(shen)度(du)和速度。這種技術在航空航天、汽車和機械行業很受歡迎。它具有高精度,與許多材料兼容,而且(qie)與各種減材工藝不同,它沒(mei)有危(wei)害。當其他工藝產(chan)生切屑、灰(hui)塵(chen)或(huo)煙霧時,水射流切割消(xiao)除了所有這些廢物(wu),因為水射流在其路徑上帶(dai)走(zou)了這些廢(fei)物。與增材製造相比(bi)的劣勢和優勢

     

    如前所述(shu),減材製造技術的主要優勢(shi)可能是其提供高尺寸精度的能力。與大多數依賴(lai)熱能操作的3D打印工藝不同,減材製造允許在室溫下製造零件,從而避免了與材料的工作(收縮(suo))有關的尺寸(cun)精度問(wen)題(ti)。為了確保(bao)減材製造的尺寸精度,必須對環境(jing)進行控製。例如,如果你(ni)想(xiang)用一整塊(kuai)鋼來設計一個零件,就必須(xu)至少(shao)提前3天(tian)將材料帶入要進行切割的房(fang)間,否(fou)則它將根據(ju)溫(wen)度和濕度改變(bian)工作尺寸。

    減材製造工藝還得益(yi)於更廣泛的兼容材料。與3D打印相比,如果你想使用不同的材料,就必須有幾台(tai)基於不同工藝的打印機,而在同一台機器上它是對金屬、塑(su)料或木材零件進行減材加工是可能的。

     

    【技術對比】

    然而,減材製造工藝有很大的缺點。首先,與3D打印相比,不同的減材製造生產方式會留(liu)下大量的廢料,而增材製造則具有吸(xi)引(yin)力,因為它隻使用所需的材料量。例如,在機械(xie)加工中,必須在製造過程中清(qing)除碎片和其他灰塵,以限(xian)製可能幹擾(rao)切割過程的多餘(yu)材料的數量。除了減材製造產生的粉塵外,該(gai)過程產生的煙(yan)霧也有可能對操作人員造成很大傷害,這在使用激光或電火(huo)花(hua)加工時非常常見(jian)。


    此外,減材製造不能像(xiang)3D打印那(na)樣(yang)提供製造的自由度。一個可打印的零件有時需要多次操作,使用不同的機器,拆成多個零件進行組(zu)裝(zhuang),才(cai)能被減材製造所複製。最後,用材料去除工藝實(shi)現複雜的幾何(he)形狀更加困(kun)難(nan)。增材製造在設計過程中允許更多的自由。換句(ju)話(hua)說,設計師(shi)將不必擔(dan)心所使用的機床所帶來的限製,因此能夠讓他(ta)的想象力自由馳(chi)騁(cheng),不受(shou)製造能力的限製。






    【減材和增材製造是如何互補的?】

    由於減材和增材製造兩種技術途(tu)徑不同,它們大多是以互補的方式使用。自從3D打印技術開(kai)始(shi)強(qiang)勁增長以來,它最常被用於原(yuan)型製作。憑(ping)借著3D打印本(ben)身的技術優勢,它允許快速和低成本地製造多個部件,因此提供了不同迭代(dai)的可能性。


    對於確定(ding)了形狀和材料的部件生產需求,就有可能使用減材製造方法進行大規(gui)模生產。一些工藝,如激光切割和水射流切割,可以在很短(duan)的時間內設計出大量的零件。然而,其他方法,如數控加工,可能非常耗(hao)時。這種技術需要一個重要的編程步驟,以及(ji)必要的人力成本。今(jin)天,數控加工主要用於注塑模具的製造,這是一種成型的製造技術。


    此外,雖然減材製造可以對物體進行修(xiu)複,但3D打印在這一領(ling)域(yu)提供了更多可能性。一個例子(zi)是定向(xiang)能量沉積(DED)工藝,它可以用來修複(fu)金屬零件,而不必改(gai)變它們。具體而言,該技術能夠在現有的零件上增加材料,從而避免了不必要地進行組裝或更換大型零件。在更大的範(fan)圍(wei)內,3D技術允許複製有問題或被時間磨損(sun)的零件,所有這些都是按(an)需和小(xiao)批(pi)量進行的。用戶(hu)可以修複他們的零件,而不是扔掉(diao),並將其對環(huan)境的影(ying)響降到最低。


    盡管有差異(yi)和流程,但減材製造和增材製造往往是齊頭(tou)並進的。由於它們各自的特點(dian),這兩種類型的製造相輔相成,可以快速創造出以前從未(wei)想象(xiang)過的精確零件。為了結(jie)合這些製造技術,一些投(tou)資(zi)項(xiang)目已(yi)經創建(jian),如混合(he)先進製造。通過整(zheng)合各(ge)家(jia)技術,來提供增材製造的設計(ji)自由和減材製造的精度。

     

    對於減材製造和增材製造未來的發展(zhan)方向,盧(lu)秉(bing)恒院(yuan)士(shi)給(gei)出“減材、等材、等材三分天下”觀點很是中肯(ken)。他預測(ce),不久(jiu)的將來,3D打印將從概(gai)念(nian)上的三足(zu)鼎立(li)走向價值(zhi)分享(xiang)的三分天下,即便在批量生產方麵3D打印或許沒有模(mo)具製造、切削加工那麽大,但它可以製造出一些具有高端(duan)價(jia)值的產品,在總價值的體現上必將占(zhan)有一定市(shi)場(chang)。


    文(wen)章發表時間:2022-06-22 09:52 來源(yuan):南極熊3D打印網 作者(zhe):wuping 






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