Összehasonlítás: hagyományos gyártás vs. additív gyártás
Az iparban továbbra is a hagyományos, illetve szubtraktív módszerek jelentik az első számú gyártási eljárást. Az additív gyártás azonban a 3D-nyomtatási technológiának köszönhetően egyre nagyobb teret nyer. Mi jellemzi a két gyártási módszert? Melyek az ideális alkalmazási területek? És milyen szerepet fognak játszani a két technológia a jövőben a sorozatgyártásban?
Elragadó: additív és szubtraktív eljárások
Akár otthon, akár a művészetben vagy az iparban: aki valamit létrehozni szeretne, annak két alapvető módszer áll rendelkezésére. Egyrészt az összeadás. Hozzáadással ( pl. anyagok egymásra rétegezésével, valaminek összeállításával) jön létre a végtermék. Másrészt új dolgok úgy is létrehozhatók, hogy a kiindulási termékből valamit eltávolítunk vagy lecsiszolunk. Ezt a módszert kivonásnak nevezzük. Az alkalmazási területtől függően választják ki a megfelelőbb módszert. Ugyanez vonatkozik az iparra is. Ahhoz, hogy megértsük, mikor melyik eljárás előnyösebb, először is nézzük meg közelebbről a két gyártási módszert.
Hagyományos: a szubtraktív gyártás
A szubtraktív gyártás az ipari gyártás hagyományos módszerének számít. A kiindulási anyagok téglatest alakú vagy kör alakú fém- és műanyag tömbök, amelyekből célzottan eltávolítják az anyagot, amíg el nem érik a kívánt formát. A folyamat során az anyageltávolítást esztergálással, marással, csiszolással és fúrással végzik. A CNC-megmunkálás egy számítógépen megtervezett 3D-modell CAD-adatain alapul.
Modern: az additív gyártás
Az additív gyártásnál viszont az alapelv a következő: rétegenként viszik fel az anyagot, így apránként kialakul a kívánt alkatrész. Ebben az esetben is a 3D-adatok képezik az alapot. A 3D-nyomtató ezután elkészíti az alkatrészt. A nyomtatási folyamat a technológiától függően eltérő. Kiindulási anyagként jelenleg vagy műanyag szálat, vagy folyékony polimert, vagy műanyag- illetve fémport használnak.
A módszerek előnyei és hátrányai
A szubstraktív gyártás előnyei
- Minden szilárd anyag feldolgozása, az olvadásponttól függetlenül
- Jelentősen izotropabb anyagjellemzők
- Különböző felületi tulajdonságok kialakítása (a simától a érdesig)
Az additív gyártás előnyei
- Funkcióorientált tervezés: összetett formák gyártása lehetséges, ami nagy tervezési szabadságot biztosít a tervezési folyamat során
- Hatalmas időmegtakarítás a hagyományos módszerekhez képest, mivel a 3D-modell elkészítése után azonnal megkezdődhet a gyártás
- Költséghatékony gyártás, különösen kis darabszám esetén
- Kevés hulladék
- Ideális prototípusokhoz, mivel időt és költséget takarít meg a hagyományos módszerekhez képest
- A tervezésben bekövetkező változások nem igényelnek időigényes módosítást a gyártási folyamatban
A szubtraktív gyártás hátrányai
- Hosszú előkészítési idő a gyártás megkezdéséig
- Magas fix költségek az előkészítéshez és a kézi munkákhoz
- A gyártás során viszonylag sok hulladék keletkezik
- A gépi megmunkálás általában magas darabköltségeket eredményez
- A tervezési módosításoknál nagyon lassú
- Gyártásorientált tervezés: A tervezésnek a használt gyártási technológiához kell igazodnia, nem pedig a kívánt funkcióhoz
Az additív gyártás hátrányai
- A fémmegmunkálás viszonylag magas költségei; jelenleg csak az alacsonyabb olvadáspontú anyagok (műanyagok) esetében jelentkezik költségmegtakarítás
- A felületek többnyire érdesek (a réteges felépítés miatt), ezeket az utómunkálatok során ki kell simítani
- A végső alkatrész (a technológiától függően) anizotróp anyagjellemzőkkel rendelkezhet
Gyakorlati ellenőrzés: Melyik eljárás melyik termékhez?
Mint már említettük, a szubtraktív gyártás az alkatrészek előállításának hagyományos módszere. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy az alkatrészeknek szűk tűréshatárokat kell betartaniuk, ezért a pontosságnak különösen nagy jelentősége van. A szubtraktív eljárásokat mindig akkor alkalmazzák, amikor egyszerű geometriákat kell megvalósítani . Az additív eljárások viszont verhetetlenek, ha valamit különösen gyorsan és olcsón kell gyártani – mint például a prototípusok esetében. Kis darabszámú sorozatgyártás és összetett alkatrészek esetén is az additív eljárások előnyösebbek.
A két különböző módszer egymással is kombinálható. Így az alkatrészeket először 3D-nyomtatással állítják elő, majd megfelelő szerszámok segítségével megmunkálják őket.
Hová tartasz, sorozatgyártás?
Milyen irányba halad az ipari sorozatgyártás? Mindkét eljárás az évek során folyamatosan fejlődött. Jelenleg azonban különösen az additív gyártási eljárás forradalmasítja a műanyag sorozatgyártást. Egyrészt a termékinnováció területén. A termékek teljesítményéhez optimalizált komplex geometriák ugyanolyan problémamentesen megvalósíthatók, mint az alkatrészek egyedi kialakítása.
Másrészt a fejlődés a folyamatinnováció területén is megmutatkozik:
- TIM ideje: a gyártási átfutási idők lerövidülnek, az új termékek bevezetése felgyorsul.
- Mennyiség: A folyamatos fejlesztésnek köszönhetően mára már több tízezer darabot lehet sorozatgyártásban előállítani, és néhány éven belül ez a szám százezrekre fog emelkedni.
- Raktárkészlet: Alacsonyabb raktározási költségek, mivel a szerszámköltségek elmaradása miatt nincs szükség minimális gyártási mennyiségre.
- Költségek: Az olyan idő- és munkaigényes folyamatok, mint a megmunkálás, elmaradnak.
- Ellátási lánc: A teljes szerelvényeket egyetlen alkatrésszé egyesítik. Ezáltal minimalizálható a több beszállítótól való függőség.
- Szállítási útvonalak: Az adatok digitálisan továbbíthatók világszerte, és közvetlenül a felhasználási helyszínen 3D-nyomtatóval előállíthatók. Ezáltal a termékek szén-dioxid-lábnyoma minimálisra csökken.
Összegzés
Mind a szubtraktív, mind az additív gyártási módszer befolyásolta, sőt forradalmasította a termékek gyártását. A következő évek fejleményei megmutatják majd, merre haladunk. Végül is minden alkatrész vagy termék esetében egyedileg kell eldönteni, hogy a darabszám, a költségek és a követelmények tekintetében melyik módszer a legmegfelelőbb. A komplex geometriájú alkatrészek esetében emellett figyelembe kell venni, hogy a szubtraktív gyártási eljárások itt lényegesen gyorsabban elérik határaikat.
