CAD, konstrukce
3D tisk
CAM, CNC
Technologie 3D měření
PDM, MES
Architektura, stavebnictví
Mechatronika, robotika
Zpracování obrazu
Hardware
CAD, konstrukce
Srovnání: tradiční vs. aditivní výroba
Tradiční nebo subtraktivní metody jsou stále nejpoužívanějším výrobním postupem v průmyslu. Díky technologii 3D tisku se však stále více prosazuje aditivní výroba. Čím se tyto dvě výrobní metody vyznačují? Jaké jsou ideální oblasti použití? A jakou roli budou obě technologie hrát v sériové výrobě v budoucnu?
Tam a zpět: aditivní a subtraktivní procesy
Ať už doma, v umění nebo v průmyslu, každý, kdo chce něco vytvořit, má k dispozici dvě základní metody. První z nich je sčítání. Konečný produkt vzniká přidáváním (např. vrstvením materiálů na sebe, sestavováním něčeho). Za druhé lze nové věci vytvářet také tak, že z původního výrobku něco odebereme nebo něco odečteme. Tento proces se nazývá odečítání. Nejvhodnější metoda se volí v závislosti na oblasti použití. Stejně je tomu i v průmyslu. Abychom pochopili, kdy je která metoda vhodnější, podívejme se nejprve blíže na obě výrobní metody.
Tradiční: subtraktivní výroba
Subtraktivní výroba je tradiční metodou v průmyslové výrobě. Výchozím materiálem jsou krychlové nebo kulaté kovové a plastové bloky, které se cíleně odebírají, dokud se nedosáhne požadovaného tvaru. Během procesu se materiál odebírá soustružením, frézováním, broušením a vrtáním. CNC obrábění vychází z dat CAD z 3D modelu navrženého v počítači.
Moderní: aditivní výroba
Naproti tomu u aditivní výroby je základním principem nanášení materiálu vrstvu po vrstvě, čímž vzniká požadovaná součástka kus po kusu. I v tomto případě jsou základem 3D data. 3D tiskárna pak součástku vyrobí. Proces tisku se liší v závislosti na technologii. Výchozím materiálem je v současnosti buď plastové vlákno, tekutý polymer nebo plastový či kovový prášek.
Výhody a nevýhody postupů
Výhody subtraktivní výroby
- Zpracování všech pevných materiálů bez ohledu na bod tání
- Výrazně izotropnější vlastnosti materiálu
- Realizace různých povrchových úprav (od hladkých po hrubé)
Výhody aditivní výroby
- Funkčně orientovaný design: možnost výroby složitých tvarů, a tedy velká volnost při navrhování.
- Obrovská úspora času ve srovnání s tradičními metodami, protože výroba může začít ihned po vytvoření 3D modelu.
- Nákladově efektivní výroba, zejména v malých množstvích.
- Malé množství odpadu
- Ideální pro prototypy díky úspoře času a nákladů ve srovnání s tradičními metodami.
- Změny designu nevyžadují časově náročné úpravy výrobního procesu.
Nevýhody subtraktivní výroby
- Dlouhá doba přípravy do zahájení výroby
- Vysoké fixní náklady na přípravu a manuální činnosti
- Poměrně vysoké množství odpadu při výrobě
- Obrábění obecně vede k vysokým jednotkovým nákladům
- Velmi pomalé změny designu
- Design orientovaný na výrobu: Design musí být přizpůsoben použité výrobní technologii, ale ne požadované funkci.
Nevýhody aditivní výroby
- Relativně vysoké náklady při zpracování kovů, úspora nákladů v současnosti pouze u materiálů s nižším bodem tání (plasty).
- Většinou drsné povrchy (kvůli vrstevnaté struktuře), které je třeba v následném zpracování zjemnit.
- Konečná součást může mít anizotropní vlastnosti materiálu (v závislosti na technologii).
Praktická kontrola: Který proces pro který výrobek?
Jak již bylo popsáno, subtraktivní výroba je běžným postupem výroby součástek. Důvodem je především skutečnost, že součásti musí splňovat přísné tolerance, a proto je přesnost obzvláště důležitá . Subtraktivní postupy se také vždy používají, pokud je třeba realizovat jednoduché geometrie . Naproti tomu aditivní procesy jsou nepřekonatelné, pokud je třeba něco vyrobit obzvláště rychle a levně – jako je tomu například u prototypů. Aditivní procesy jsou také výhodné pro série s malým množstvím a složitými součástmi.
Tyto dva různé přístupy lze také vzájemně kombinovat. Například komponenty se nejprve vytvoří pomocí 3D tisku a poté se obrábějí pomocí vhodných nástrojů.
Quo vadis, sériová výroba?
Kam nyní směřuje průmyslová sériová výroba? Oba procesy se v průběhu let neustále vyvíjely. Zejména aditivní proces však v současnosti přináší revoluci do sériové výroby plastů. Především v oblasti inovace výrobků. Složité geometrie, které jsou optimalizovány pro výkon výrobků, jsou stejně snadno možné jako individualizace komponent.
Na druhou stranu je pokrok patrný i v oblasti procesních inovací:
- Doba uvedení na trh: zkracují se dodací lhůty a urychluje se zavádění nových produktů.
- Objem: Díky postupujícímu vývoji lze nyní sériově vyrábět několik desítek tisíc kusů a za několik let to budou statisíce.
- Zásoby: Nižší náklady na skladování, protože díky eliminaci nákladů na nástroje není třeba vyrábět minimální množství.
- Náklady: Odpadají časově a pracovně náročné procesy, jako je obrábění.
- Dodavatelský řetězec: Celé sestavy jsou spojeny do jedné součásti. Tím se minimalizuje závislost na více dodavatelích.
- Dopravní cesty: Data lze přenášet digitálně po celém světě a vyrábět je přímo v místě použití na 3D tiskárně. Tím se minimalizuje CO2 stopa výrobků.
Závěr
Subtraktivní i aditivní výrobní metody ovlivnily a dokonce způsobily revoluci ve výrobě produktů. Vývoj v příštích několika letech ukáže, kam tato cesta směřuje. Nakonec je třeba u každé součásti nebo výrobku individuálně rozhodnout, která metoda je z hlediska množství, nákladů a požadavků nejlepší. U součástí se složitou geometrií je třeba také poznamenat, že subtraktivní výrobní postupy zde dosahují svých limitů mnohem rychleji.
