Pöytäkoneen 3D-tulostuksen kehitys on muuttanut merkittävästi insinöörien, suunnittelijoiden ja valmistajien suhtautumista tuotekehitykseen. Sen sijaan, että luottaisivat vain CNC-koneistukseen, ruiskuvaluun tai ulkoistettuun valmistukseen, yritykset voivat nyt luoda toimivia prototyyppejä suoraan digitaalisista malleista muutamassa tunnissa.

Perinteiset työpöydän 3D-tulostimet perustuvatkolmen-akselin liikejärjestelmät (X, Y, Z)ovat yleistyneet, koska ne ovat edullisia, helppokäyttöisiä ja soveltuvat moniin prototyyppisovelluksiin. Teollisuuden vaatiessa monimutkaisempia geometrioita, parempaa tarkkuutta, parempaa pinnanlaatua ja vahvempia toiminnallisia prototyyppejä, perinteiset 3D-tulostustekniikat ovat saavuttamassa tekniset rajansa.

A 5-akselinen 3D-pöytätulostintuo kaksi lisäkiertoakselia valmistusprosessiin, mikä mahdollistaa monisuuntaisen tulostuksen ja tulostuskulman dynaamisen säätämisen. Tämän ansiosta insinöörit voivat tuottaa monimutkaisia ​​komponentteja vähemmällä tuella, optimoidulla kerrosten suuntauksella ja parannetulla mittatarkkuudella.

Tutkimuslaboratorioille, suunnitteluosastoille ja valmistajille on tärkeää ymmärtää erot viiden{0}}akselisen 3D-tulostimen ja perinteisen 3D-tulostimen välillä valittaessa laitteita tarkkuusprototyyppien valmistukseen.

Tässä artikkelissa verrataan näitä kahta tekniikkaa keskeisistä näkökulmista, mukaan lukien liikekyky, tarkkuus, joustavuus, materiaalin käyttö, sovellusalue ja tuotannon tehokkuus.

Liikejärjestelmä: kolmi-akselitulostus vs. viisi{1}}akselitulostus

Suurin ero perinteisten ja viiden{0}}akselisten 3D-tulostimien välillä on liikkumisvapaus.

Perinteinen 3D-tulostin: kiinteä kolmen{1}}akselin liike

Useimmat pöytätietokoneiden 3D-tulostimet toimivat kolmen lineaarisen akselin kautta:

X--akseli:Ohjaa liikettä vasemmalle ja oikealle

Y--akseli:Ohjaa liikettä eteen ja taakse

Z-akseli:Ohjaa pystysuoran kerroksen korkeutta

Tulostuksen aikana suutin levittää materiaalia kerros kerrokselta kiinteälle vaakatasolle.

Tämä menetelmä toimii hyvin:

Yksinkertaiset mekaaniset osat

Tuotteiden ulkonäkömallit

Koulutusprototyypit

Toiminnalliset peruskomponentit

Tulostussuunta pysyy kuitenkin kiinteänä koko prosessin ajan.

Kun malli sisältää monimutkaisia ​​kulmia tai kaarevia pintoja, koneen on lähennettävä geometria pinottujen kerrosten avulla.

5-akselinen 3D-pöytätulostin: moni-suuntainen liike

Viiden-akselin tulostin lisää kaksi kiertoliikettä, yleensä:

A-akselin kierto

B-akselin kierto

Lisäliikkeet mahdollistavat:

Tulostuspään kallistus

Rakennusalustan kierto

Painatussuunnan säätö valmistuksen aikana

Sen sijaan, että jokainen osa painettaisiin pystysuoraan, kone voi muuttaa suuntausta geometrian mukaan.

Tämä luo joustavamman valmistusprosessin, joka muistuttaa edistynyttä viisi{0}}akselista CNC-työstöä.

 

Tarkka vertailu

Tarkkuus on yksi prototyyppien suunnittelun tärkeimmistä tekijöistä.

Perinteisten 3D-tulostimien tarkkuusrajoitukset

Perinteiset tulostimet luottavat vaakasuoraan pinoamiseen.

Tämä luo useita haasteita:

Layer Stair-Stepping Effect

Kaarevat pinnat on arvioitu useilla tasaisilla kerroksilla.

Esimerkiksi:

Pyöristetyt kotelot

Turbiinin kaltaiset rakenteet

Lääketieteelliset mallit

saattaa vaatia lisäpinnan viimeistelyä tulostuksen jälkeen.

Kiinteä kerroksen suunta

Koska materiaali levitetään aina pystysuoraan, lopullinen tarkkuus riippuu suuresti:

Kerroksen korkeus

Tulostusnopeus

Tukea laatua

Materiaalin kutistuminen

Tuen poistovaikutus

Kun tuet poistetaan, herkät pinnat voivat kokea:

Naarmut

Mittasuhteet muutokset

Pintaviat

Viiden{0}}akselisen tulostuksen tarkkuusedut

Desktop 5 Axis 3D -tulostin parantaa tarkkuutta säätämällä pinnoituskulmaa.

Tulostin voi:

Seuraa kaarevia pintoja luonnollisemmin

Säädä tulostussuunta geometrian mukaan

Vähennä tarpeettomia tukirakenteita

Säilytä parempi pinnan jatkuvuus

Tarkkuusprototyypeille tämä tarkoittaa:

Tarkempi kopio CAD-suunnitelmista

Parannettu mittojen yhtenäisyys

Paremmat toiminnalliset testitulokset

Ilmailuteollisuuden, robotiikan ja lääketieteen tekniikan kaltaiset teollisuudenalat hyötyvät merkittävästi näistä parannuksista.

 

Joustavuus monimutkaisen geometrian valmistuksessa

Mahdollisuus valmistaa monimutkaisia ​​muotoja on se, missä viiden{0}}akselin tulostaminen luo suurimman eron.

Perinteisten 3D-tulostimien rajoitukset

Kolmen{0}}akselin tulostimet kamppailevat usein:

Suuret ylitykset

Monimutkaiset sisäiset kanavat

Kaarevat rakenteet

Orgaaniset geometriat

Monikulmaisia ​​pintoja-

Näiden rajoitusten voittamiseksi insinöörien on yleensä:

Lisää tukirakenteita

Jaa malli useisiin osiin

Muokkaa alkuperäistä mallia

Tämä voi lisätä:

Materiaalin kulutus

Tulostusaika

Asennusvaatimukset

Jälki{0}}käsittelytyö

Viiden-akselin tulostusominaisuus

Viiden-akselin liikkeen ansiosta tulostin voi lähestyä mallia useista suunnista.

Tämä helpottaa valmistusta:

Kaarevat komponentit

Vapaamuotoiset pinnat

Kevyet rakenteet

Monimutkaiset mekaaniset osat

Topologia{0}}optimoidut mallit

Mahdollisuus muuttaa tulostussuuntaa valmistuksen aikana antaa insinööreille enemmän suunnitteluvapautta.

Sen sijaan, että suunnittelijat mukauttaisivat suunnittelua tulostimeen, he voivat suunnitella lähemmäksi ihanteellista tuotteen geometriaa.

 

Tukirakenteen vähentäminen

Tukimateriaali on tärkeä lisäaineen valmistustehokkuuteen vaikuttava tekijä.

Perinteinen tulostusprosessi

Ylittäviä ominaisuuksia varten perinteiset tulostimet tarvitsevat tuen muodonmuutosten estämiseksi.

Tukirakenteet aiheuttavat:

Lisääntynyt materiaalin käyttö

Pidemmät tulostusjaksot

Lisäpuhdistusprosessit

Korkeammat työvoimakustannukset

Esimerkiksi prototyyppi, jossa on useita kulmikkaita pintoja, voi käyttää huomattavan määrän aikaa tulostettaessa tukia, jotka myöhemmin hylätään.

Viiden-akselin tulostusprosessi

Viisi-akselitulostinta vähentävät tukien tarvetta muuttamalla pinnoituskulmaa.

Kone pystyy pyörittämään työkappaletta niin, että suutin lähestyy pintaa sopivammasta suunnasta.

Edut sisältävät:

Vähennä materiaalihävikkiä

Nopeampi tuotanto

Puhtaampi pintakäsittely

Vähentynyt{0}}jälkikäsittely

Valmistajille, jotka tuottavat useita prototyyppi iteraatioita, tämä voi parantaa merkittävästi kehitystehokkuutta.

 

Pintalaadun vertailu

Pinnan laatu vaikuttaa suoraan prototyypin arviointiin.

Perinteinen tulostimen pintateho

Koska perinteiset tulostimet rakentavat osat kerros kerrokselta pystysuoraan, kaarevilla pinnoilla on usein näkyviä kerrosviivoja.

Yleisiä jälkikäsittelytapoja{0}} ovat:

Hionta

Pinnoite

Kemiallinen tasoitus

Koneistus

Nämä vaiheet vaativat lisäaikaa ja voivat vaikuttaa mittatarkkuuteen.

Viiden-akselisen tulostimen pintateho

Viisi-akselijärjestelmää parantaa pinnan laatua ottamalla käyttöön ei--tasomaiset tulostusstrategiat.

Suutin voi seurata komponentin luonnollista muotoa yksinkertaisen kerrospinon luomisen sijaan.

Edut:

Tasaisemmat kaarevat pinnat

Vähentynyt kerroksen näkyvyys

Vähemmän viimeistelytyötä

Parempi ulkonäkö

Tarkempi toimintatestaus

Tämä on erityisen tärkeää seuraaville:

Aerodynaamiset komponentit

Kuluttajatuotteiden prototyypit

Lääketieteelliset mallit

Teollisen mallin validointi

 

Mekaaninen lujuus ja kerroksen suuntaus

Prototyypin suorituskyky ei riipu pelkästään muodosta vaan myös rakenteellisesta lujuudesta.

Perinteinen 3D-tulostus

Useimmat perinteiset tulostimet sijoittavat materiaalia samaan suuntaan koko rakenteen ajan.

Tämä luo anisotrooppisia ominaisuuksia:

Vahvempi painettuja kerroksia pitkin

Kerrosten välissä heikompi

Mekaanisen rasituksen alaisina osissa saattaa ilmetä vaurioita kerrosten välillä.

Viiden-akselin 3D-tulostus

Viiden-akselijärjestelmän avulla insinöörit voivat optimoida materiaalin levityssuunnan.

Tulostuspolku voidaan kohdistaa seuraavien kanssa:

Kuorman suunta

Stressin jakautuminen

Komponenttien geometria

Tämä parantaa:

Rakenteellinen lujuus

Väsymyksen kestävyys

Toiminnallinen luotettavuus

Mekaanista testausta vaativille teknisille prototyypeille tämä tarjoaa realistisemman suorituskyvyn arvioinnin.

 

Ohjelmistovaatimukset ja työstöradan ohjaus

Lisäakselit vaativat kehittyneempiä ohjelmistoominaisuuksia.

Perinteinen 3D-tulostusohjelmisto

Tavallinen viipalointiohjelmisto keskittyy:

Kerroksen sukupolvi

Täytön ohjaus

Tukea luomista

Lämpötila-asetukset

Se on suunniteltu pääasiassa tasotulostukseen.

Five{0}}Axis Printing Software

Viisi-akselijärjestelmää vaativat edistyneen työstöradan suunnittelun.

Tärkeitä toimintoja ovat:

Monen{0}}akselin viipalointi

Ohjelmisto laskee:

Tulostussuunta

Pyörimiskulma

Työkalun liike

Törmäysten välttäminen

Simulointi

Ennen varsinaista tulostusta insinöörit voivat analysoida:

Liikeradat

Mahdolliset törmäykset

Materiaalin laskeuma käyttäytyminen

Tämä vähentää kokeilua{0}}ja-virheitä prototyyppien kehittämisen aikana.

 

Sovelluserot

Perinteiset 3D-pöytätulostinsovellukset

Perinteiset tulostimet sopivat:

Tuotesuunnittelu

Ulkonäkö prototyypit

Konseptimallit

Pakkausnäytteet

koulutus

STEM-projektit

Valmistusesittelyt

Insinöörin peruskoulutus

Yleinen prototyyppi

Yksinkertaiset kiinnikkeet

Kannet

Valaisimet

Ne tarjoavat kustannustehokkaan{0}}ratkaisun vakiosovelluksiin.

Desktop 5 Axis 3D -tulostinsovellukset

Viisi-akseliset tulostimet sopivat paremmin edistyneisiin suunnittelusovelluksiin.

Ilmailu

Sovellukset sisältävät:

Kevyet rakenteet

Ilmavirran komponentit

Monimutkaiset kiinnikkeet

Autoteollisuus

Sovellukset sisältävät:

Toiminnalliset prototyypit

Sisäosat

Testausosat

Robotiikka

Sovellukset sisältävät:

Robottiliitokset

Kevyet käsivarret

Räätälöidyt kalusteet

Lääketieteellinen tekniikka

Sovellukset sisältävät:

Anatomiset mallit

Räätälöidyt laitteet

Monimutkaiset biolääketieteen rakenteet

 

Tuotantotehokkuus ja kokonaiskustannukset

Vaikka perinteisillä tulostimilla on alhaisemmat ostokustannukset, viisi{0}}akseliset järjestelmät voivat tarjota pitkällä aikavälillä{1}} enemmän arvoa edistyneille sovelluksille.

Perinteiset tulostinkustannukset

Mahdollisia lisäkustannuksia ovat mm.

Tukimateriaalit

Manuaalinen viimeistely

Ulkoistettu koneistus

Pidemmät kehityssyklit

Viisi-akselitulostimen etua

Mahdollisia säästöjä ovat mm.

Vähentynyt materiaalihävikki

Nopeampi prototyypin valmistuminen

Vähemmän{0}}jälkikäsittelyä

Vähemmän valmistusvaiheita

Yrityksille, jotka kehittävät arvokkaita{0}}prototyyppejä, tuottavuuden parannukset voivat ylittää alkuperäiset laiteinvestoinnit.

 

Vertailutaulukko

Desktop Five{0}}Axis Printingin tuleva kehitys

Lisäainevalmistuksen kehitystrendi on menossa kohti:

Älykäs työstöradan luominen

AI-avusteinen tulostuksen optimointi

Automaattinen kalibrointi

Kehittyneet komposiittimateriaalit

Suurempi liikkeen tarkkuus

Kun nämä tekniikat kehittyvät, viiden{0}}akselin pöytätulostimista tulee yhä tärkeämpiä suunnittelututkimuksessa ja pienimuotoisessa-valmistuksessa.

Ne edustavat siirtymistä yksinkertaisesta mallituotannosta kohti joustavampia digitaalisia valmistusjärjestelmiä.

 

Johtopäätös

Ero a5-akselinen 3D-pöytätulostinja perinteinen 3D-tulostin ei ole vain akselien lukumäärä. Se edustaa kahta erilaista lähestymistapaa lisäainevalmistukseen.

Perinteiset pöytätulostimet ovat edelleen arvokkaita työkaluja yksinkertaisten komponenttien edulliseen ja tehokkaaseen prototyyppiin. Ne ovat helppokäyttöisiä ja sopivat moniin koulutus- ja suunnittelusovelluksiin.

Kuitenkin, kun projektit vaativat monimutkaisia ​​geometrioita, suurempaa tarkkuutta, parempaa pinnanlaatua, pienempiä tukirakenteita ja vahvempia toiminnallisia prototyyppejä, viiden{0}}akselin tulostaminen tarjoaa merkittäviä etuja.

Lineaarisen ja pyörivän liikkeen yhdistämisen ansiosta 5-akselinen 3D-pöytätulostin antaa insinööreille mahdollisuuden valmistaa osia suuremmalla vapaudella ja paremmin oikeissa-tuotannon vaatimuksissa.

Tutkimuslaboratorioille, tuotekehittäjille ja valmistajille, jotka etsivät edistyneitä prototyyppiominaisuuksia, viiden{0}}akselin lisäainevalmistus on tulossa tärkeäksi teknologiaksi tulevaisuuden tarkkuussuunnittelussa.