Razvoj namiznega 3D tiskanja je bistveno spremenil pristop inženirjev, oblikovalcev in proizvajalcev k razvoju izdelkov. Namesto da bi se zanašala samo na CNC strojno obdelavo, brizganje ali zunanje izvajanje proizvodnje, lahko podjetja zdaj ustvarijo funkcionalne prototipe neposredno iz digitalnih modelov v nekaj urah.

Tradicionalni namizni 3D tiskalniki, ki temeljijo natri{0}}sistemi gibanja osi (X, Y, Z)so postali splošno sprejeti, ker so cenovno dostopni, enostavni za uporabo in primerni za številne aplikacije za izdelavo prototipov. Ker pa industrije zahtevajo bolj zapletene geometrije, večjo natančnost, boljšo kakovost površine in močnejše funkcionalne prototipe, konvencionalne tehnologije 3D tiskanja dosegajo svoje tehnične meje.

A Namizni 5-osni 3D tiskalnikv proizvodni proces uvaja dve dodatni rotacijski osi, kar omogoča več{0}}smerno tiskanje in dinamično prilagajanje kota tiskanja. To inženirjem omogoča izdelavo kompleksnih komponent z manj podporami, optimizirano orientacijo plasti in izboljšano dimenzijsko natančnostjo.

Za raziskovalne laboratorije, inženirske oddelke in proizvajalce je razumevanje razlik med pet{0}}osnim 3D-tiskalnikom in tradicionalnim 3D-tiskalnikom bistvenega pomena pri izbiri opreme za natančno izdelavo prototipov.

Ta članek primerja ti dve tehnologiji s ključnih vidikov, vključno z zmogljivostjo gibanja, natančnostjo, prilagodljivostjo, uporabo materiala, obsegom uporabe in učinkovitostjo proizvodnje.

Sistem gibanja: tri{0}}osno tiskanje v primerjavi s pet{1}}osnim tiskanjem

Največja razlika med tradicionalnimi in pet{0}}osnimi 3D-tiskalniki je svoboda gibanja.

Tradicionalni 3D-tiskalnik: fiksno tri{1}}osno gibanje

Večina namiznih 3D tiskalnikov deluje skozi tri linearne osi:

X-os:Nadzoruje levo in desno gibanje

Y-os:Nadzoruje gibanje spredaj in zadaj

Z-os:Nadzoruje višino navpične plasti

Med tiskanjem šoba nalaga material plast za plastjo na fiksno vodoravno ravnino.

Ta metoda dobro deluje za:

Preprosti mehanski deli

Modeli videza izdelka

Izobraževalni prototipi

Osnovne funkcionalne komponente

Vendar pa smer tiskanja ostane nespremenljiva skozi celoten postopek.

Kadar model vsebuje zapletene kote ali ukrivljene površine, mora stroj približati geometrijo z uporabo zloženih plasti.

Namizni 5-osni 3D-tiskalnik: več-smerno gibanje

Pet{0}}osni tiskalnik običajno doda dve rotacijski gibi:

-rotacija osi

Rotacija osi B-

Dodatna gibanja omogočajo:

Nagibanje tiskalne glave

Vrtenje gradbene platforme

Prilagoditev smeri tiska med izdelavo

Namesto da bi moral vsak del tiskati navpično, lahko stroj spremeni orientacijo glede na geometrijo.

To ustvari bolj prilagodljiv proizvodni proces, podoben napredni pet{0}}osni CNC obdelavi.

 

Natančna primerjava

Natančnost je eden najpomembnejših dejavnikov za inženirske prototipe.

Omejitve natančnosti tradicionalnih 3D tiskalnikov

Tradicionalni tiskalniki se zanašajo na vodoravno zlaganje plasti.

To ustvarja več izzivov:

Layer Stair-Učinek stopnic

Ukrivljene površine so aproksimirane z več ravnimi plastmi.

Na primer:

Zaobljena ohišja

Strukture-podobne turbinam

Medicinski modeli

lahko zahtevajo dodatno površinsko obdelavo po tiskanju.

Fiksna smer plasti

Ker se material vedno nalaga navpično, je končna natančnost močno odvisna od:

Višina plasti

Hitrost tiskanja

Kakovost podpore

Krčenje materiala

Podpora za odstranitev vpliva

Ko se podpore odstranijo, se lahko na občutljivih površinah pojavi:

praske

Dimenzijske spremembe

Površinske napake

Natančne prednosti pet{0}}osnega tiskanja

Namizni 5-osni 3D-tiskalnik izboljša natančnost z nadzorom kota nanosa.

Tiskalnik lahko:

Sledite ukrivljenim površinam bolj naravno

Prilagodite smer tiskanja glede na geometrijo

Zmanjšajte nepotrebne podporne strukture

Ohranite boljšo kontinuiteto površine

Za natančne prototipe to pomeni:

Natančnejša reprodukcija CAD modelov

Izboljšana dimenzijska skladnost

Boljši rezultati funkcionalnega testiranja

Industrije, kot so vesoljska industrija, robotika in medicinski inženiring, imajo te izboljšave veliko koristi.

 

Prilagodljivost pri izdelavi kompleksne geometrije

Zmožnost izdelave kompleksnih oblik je tisto, kar pet{0}}osno tiskanje ustvari največjo razliko.

Omejitve tradicionalnih tiskalnikov 3D

Tri{0}}osni tiskalniki imajo pogosto težave z:

Veliki previsi

Kompleksni notranji kanali

Ukrivljene strukture

Organske geometrije

Več{0}}kotne površine

Da bi premagali te omejitve, morajo inženirji običajno:

Dodajte podporne strukture

Model razdelite na več delov

Spremenite prvotno zasnovo

To lahko poveča:

Poraba materiala

Čas tiskanja

Zahteve za montažo

Naknadna obdelava-

Pet{0}}zmogljivost tiskanja

Gibanje po petih{0}}osih omogoča, da se tiskalnik približa modelu iz več smeri.

To olajša izdelavo:

Ukrivljene komponente

Prosto oblikovane površine

Lahke konstrukcije

Kompleksni mehanski deli

Topološko{0}}optimizirane zasnove

Možnost spreminjanja orientacije tiskanja med izdelavo daje inženirjem več svobode pri oblikovanju.

Namesto prilagajanja dizajna tiskalniku lahko inženirji oblikujejo bližje idealni geometriji izdelka.

 

Zmanjšanje podporne strukture

Podporni material je glavni dejavnik, ki vpliva na učinkovitost aditivne proizvodnje.

Tradicionalni postopek tiskanja

Za previsne funkcije tradicionalni tiskalniki potrebujejo opore za preprečevanje deformacij.

Podporne strukture povzročajo:

Povečana poraba materiala

Daljši cikli tiskanja

Dodatni postopki čiščenja

Višji stroški dela

Na primer, prototip z več kotnimi površinami lahko porabi veliko časa za tiskanje nosilcev, ki se pozneje zavržejo.

Pet{0}}postopek tiskanja

Pet{0}}osni tiskalniki zmanjšajo potrebo po podporah s spreminjanjem kota nanosa.

Stroj lahko zavrti obdelovanec tako, da se šoba približa površini iz ustreznejše smeri.

Prednosti vključujejo:

Manjša poraba materiala

Hitrejša proizvodnja

Čistejša površinska obdelava

Zmanjšana naknadna-obdelava

Za proizvajalce, ki izdelujejo več ponovitev prototipov, lahko to bistveno izboljša učinkovitost razvoja.

 

Primerjava kakovosti površine

Kakovost površine neposredno vpliva na oceno prototipa.

Tradicionalna zmogljivost površine tiskalnika

Ker tradicionalni tiskalniki sestavljajo dele plast za plastjo navpično, ukrivljene površine pogosto kažejo vidne črte plasti.

Pogosti načini naknadne-obdelave vključujejo:

Brušenje

Premaz

Kemično glajenje

Strojna obdelava

Ti koraki zahtevajo dodaten čas in lahko vplivajo na natančnost dimenzij.

Zmogljivost pet{0}}osne površine tiskalnika

Pet{0}}osni sistemi izboljšujejo kakovost površine z omogočanjem ne-planarnih strategij tiskanja.

Šoba lahko sledi naravni obliki komponente, namesto da ustvari preprost nabor plasti.

Prednosti:

Bolj gladke ukrivljene površine

Zmanjšana vidnost plasti

Manj zaključnih del

Boljši videz

Natančnejše funkcionalno testiranje

To je še posebej pomembno za:

Aerodinamične komponente

Prototipi potrošniških izdelkov

Medicinski modeli

Validacija industrijskega oblikovanja

 

Mehanska trdnost in orientacija plasti

Učinkovitost prototipa ni odvisna samo od oblike, ampak tudi od strukturne trdnosti.

Tradicionalno 3D tiskanje

Večina tradicionalnih tiskalnikov odlaga material v isti smeri skozi celotno izdelavo.

To ustvarja anizotropne lastnosti:

Močnejši vzdolž tiskanih plasti

Med plastmi šibkejši

Pri delih, ki so pod mehanskimi obremenitvami, lahko med plastmi pride do okvare.

Pet{0}}osno 3D tiskanje

Pet{0}}osni sistemi inženirjem omogočajo optimizacijo smeri nanašanja materiala.

Pot tiskanja lahko poravnate z:

Smer obremenitve

Porazdelitev stresa

Geometrija komponent

To izboljša:

Strukturna moč

Odpornost proti utrujenosti

Funkcionalna zanesljivost

Za inženirske prototipe, ki zahtevajo mehansko testiranje, to zagotavlja bolj realistično oceno delovanja.

 

Zahteve za programsko opremo in nadzor poti orodja

Dodatne osi zahtevajo naprednejše zmogljivosti programske opreme.

Tradicionalna programska oprema za 3D tiskanje

Standardna programska oprema za rezanje se osredotoča na:

Generiranje plasti

Nadzor polnjenja

Podpora ustvarjanju

Nastavitve temperature

Zasnovan je predvsem za planarni tisk.

Pet{0}}programska oprema za tiskanje

Pet{0}}osni sistemi zahtevajo napredno načrtovanje poti orodja.

Pomembne funkcije vključujejo:

Več{0}}osno rezanje

Programska oprema izračuna:

Smer tiskanja

Kot vrtenja

Gibanje orodja

Izogibanje trčenju

Simulacija

Pred dejanskim tiskanjem lahko inženirji analizirajo:

Poti gibanja

Možni trki

Obnašanje odlaganja materiala

To zmanjša število poskusov-in-napak med razvojem prototipa.

 

Razlike v aplikaciji

Tradicionalne aplikacije za namizni 3D tiskalnik

Tradicionalni tiskalniki so primerni za:

Oblikovanje izdelka

Prototipi videza

Konceptni modeli

Vzorci embalaže

izobraževanje

STEM projekti

Demonstracije proizvodnje

Osnovno inženirsko usposabljanje

Splošna izdelava prototipov

Preprosti oklepaji

Ovitki

Napeljave

Zagotavljajo stroškovno{0}}učinkovito rešitev za standardne aplikacije.

Aplikacije za namizni 5-osni 3D-tiskalnik

Pet{0}}osni tiskalniki so bolj primerni za napredne inženirske aplikacije.

Aerospace

Aplikacije vključujejo:

Lahke konstrukcije

Komponente pretoka zraka

Kompleksni oklepaji

Avtomobilizem

Aplikacije vključujejo:

Funkcionalni prototipi

Notranje komponente

Testiranje delov

Robotika

Aplikacije vključujejo:

Robotski sklepi

Lahke roke

Napeljave po meri

Medicinski inženiring

Aplikacije vključujejo:

Anatomski modeli

Prilagojene naprave

Kompleksne biomedicinske strukture

 

Učinkovitost proizvodnje in skupni stroški

Čeprav imajo tradicionalni tiskalniki nižje stroške nakupa, lahko pet{0}}osni sistemi zagotovijo večjo dolgoročno-vrednost za napredne aplikacije.

Stroški tradicionalnega tiskalnika

Morebitni dodatni stroški vključujejo:

Podporni materiali

Ročna končna obdelava

Zunanja obdelava

Daljši razvojni cikli

Pet{0}}prednosti tiskalnika Axis

Potencialni prihranki vključujejo:

Zmanjšana poraba materiala

Hitrejša izdelava prototipa

Manj naknadne-obdelave

Manj proizvodnih korakov

Za podjetja, ki razvijajo prototipe visoke{0}}vrednosti, lahko izboljšave produktivnosti odtehtajo začetno naložbo v opremo.

 

Primerjalna tabela

Prihodnji razvoj namiznega pet{0}}osnega tiskanja

Trend razvoja aditivne proizvodnje gre v smeri:

Inteligentno ustvarjanje poti orodij

Optimizacija tiskanja s-umetno inteligenco

Samodejna kalibracija

Napredni kompozitni materiali

Večja natančnost gibanja

Ko bodo te tehnologije dozorele, bodo namizni pet{0}}osni tiskalniki postajali vse pomembnejši za inženirske raziskave in malo{1}}napredno proizvodnjo.

Predstavljajo prehod od preproste proizvodnje modelov k bolj prilagodljivim digitalnim proizvodnim sistemom.

 

Zaključek

Razlika med aNamizni 5-osni 3D tiskalnikin tradicionalni 3D tiskalnik ni le število osi. Predstavlja dva različna pristopa k aditivni proizvodnji.

Tradicionalni namizni tiskalniki ostajajo dragoceno orodje za cenovno dostopno in učinkovito izdelavo prototipov preprostih komponent. So enostavni za uporabo in primerni za številne izobraževalne in oblikovalske aplikacije.

Kadar pa projekti zahtevajo zapletene geometrije, večjo natančnost, boljšo kakovost površine, zmanjšane podporne strukture in močnejše funkcionalne prototipe, pet{0}}osno tiskanje zagotavlja pomembne prednosti.

S kombiniranjem linearnega in rotacijskega gibanja namizni 5-osni 3D-tiskalnik inženirjem omogoča izdelavo delov z večjo svobodo in boljšo usklajenostjo z-zahtevami dejanske proizvodnje.

Za raziskovalne laboratorije, razvijalce izdelkov in proizvajalce, ki iščejo napredne zmogljivosti izdelave prototipov, postaja pet{0}}osna aditivna proizvodnja pomembna tehnologija za prihodnost natančnega inženirstva.