Аддитивное и традиционное производство: друзья или враги?

Как и любая современная технология, аддитивное производство (АП) сразу после своего появления произвело фурор в обществе, но многие инженеры довольно быстро стали относиться к нему скептически. AП часто неверно представляют как стартапы и новую технологию, которая будет доминировать над традиционным производством, составляющим сегодня 8,5% американской рабочей силы (12,85 млн рабочих мест). На самом деле АП и традиционное производство являются партнерами, а не конкурентами, и АП представляет собой еще один инструмент в постоянно расширяющемся наборе инструментов 21-го века.

Изображение предоставлено EOS

В чем разница между аддитивным и традиционным производством?

Традиционное производство — это индустрия изготовления и механической обработки для создания продуктов в больших объемах. Примерами методов традиционного производства являются литье под давлением, обработка на станках с ЧПУ и литье в песчаные формы. Многие производственные линии используют пресс-формы для изготовления больших объемов единственного продукта, что является эффективной и рентабельной практикой, позволяющей осуществлять массовое производство.

Аддитивное производство относится к практике промышленной 3D-печати, когда вместо резки, формовки или литья продукт строится слой за слоем внутри 3D-принтера на основе данных, содержащихся в файле STL, полученном из CAD-модели. Этот подход получил широкое распространение в аэрокосмической, медицинской и стоматологической промышленности из-за индивидуальной настройки и уникальной геометрии, обеспечиваемой этой технологией.

Преимущества и недостатки аддитивного и традиционного производства

Преимущества традиционного производства

1. Высокосерийное производство. Традиционное производство позволяет предприятиям быстро производить уникальный продукт, а производственные линии могут работать 24 часа в сутки, эффективно удовлетворяя потребности рынка.
2. Экономичное производство. При крупносерийном производстве появляется возможность снизить стоимость единицы продукции: чем больше вы производите при традиционном производстве, тем дешевле будет производство каждого продукта, отчасти потому, что вы можете амортизировать первоначальные затраты на оборудование.
3. Однородность деталей. Традиционное производство выпускает однородную продукцию, повторяя одни и те же автоматизированные операции с небольшими отклонениями от исходной конструкции в пределах заданного допуска.

Недостатки традиционного производства

1. Высокий расход материала. Производство каждого изделия с использованием традиционных методов неизбежно сопровождается чрезмерным количеством отходов, например, в виде стружки при механической обработке.
2. Невозможность изменять конструкцию инструмента. Многие традиционные производственные процессы используют специальные инструменты для штамповки или формования продукта. После того как инструмент изготовлен для производства, его конструкцию изменить практически невозможно.
3. Высокая стоимость для мелко- и среднесерийного производства. Амортизация первоначальных затрат на оснастку в процессе производства является ключом к снижению себестоимости детали. Без крупного производственного заказа затраты на производство каждого отдельного элемента выше, что снижает итоговую прибыль.

Изображение предоставлено EOS

Преимущества аддитивного производства

1. Гибкость в выборе материала. При аддитивном производстве выбор материала — полимера или металла — открывает возможности для печати с использованием нескольких материалов и выбора оптимального материала на основе свойств и характеристик, соответствующих предполагаемому применению, а не доступности или нехватки материала. Это позволяет, например, аэрокосмическим компаниям переключаться между печатью на титане (Ti64) и алюминии (AlSi10Mg) в зависимости от применения.
2. Цифровой склад и мелкосерийное производство. В АП существует понятие «цифрового склада», относящегося к библиотеке имеющихся у вас STL файлов, в отличие от продуктов в физическом здании. В зависимости от того, сколько деталей или продуктов вы хотите напечатать, вы можете быстро настроить и запустить ограниченные производственные линии вместо того, чтобы каждый раз изобретать колесо (или штамп).
3. Кастомизация и конфигурирование деталей. Аддитивное производство дает инженерам возможность изменять проекты и отправлять их на печать в течение нескольких минут. Принтер и STL файл работают в тандеме для создания законченного продукта. Проектирование с помощью аддитивно-модульного моделирования также позволяет конфигурировать детали с помощью новых уникальных геометрических форм, которые было бы невозможно изготовить методом вычитания.

Недостатки аддитивного производства

1. Первоначальная стоимость. Стоимость покупки системы АП может поначалу вызвать шок у тех, кто плохо знаком с промышленной 3D-печатью. Покупка системы аддитивного производства является значительным капиталовложением для большинства организаций, но аналогично тому, как традиционное производство амортизирует первоначальную стоимость станка с ЧПУ, система аддитивного производства со временем окупит себя, поскольку она позволяет печатать и изменять материалы по запросу в соответствии с вашими бизнес-спецификациями.
2. Постобработка. Процесс отделки деталей, изготовленных с помощью аддитивного производства, может потребовать дополнительных инструментов и оборудования. Хотя это может увеличить сроки завершения вашего проекта, это может оказаться необходимым тогда, когда важен внешний вид изделия.
3. Ограничения по размеру сборки. Системы AП различаются по размеру производимого продукта и не являются универсальными. В зависимости от сложности изготавливаемого продукта вам может понадобиться помощь такой организации, как, например, AMCM (Additive Manufacturing Customized Machines, Заказное оборудование для аддитивного производства), чтобы модифицировать и построить собственный 3D-принтер с дополнительными характеристиками, такими как больший объем сборки, более мощные лазеры и разрешение мелких деталей.

Изображение предоставлено EOS

Как узнать, какой процесс подходит именно вам

Как AП, так и традиционное производство имеют свои преимущества и недостатки — все определяется тем, что больше подходит для вашей деятельности и производственных целей. Если вы занимаетесь массовым производством одного и того же простого продукта, традиционные производственные процессы, такие как литье под давлением, могут быть более рациональным подходом к производству. Если вы производите индивидуальный продукт, имеете дело со сложными геометрическими конструкциями или внутренними структурами, ваша производственная цель может расширяться или сокращаться со временем, — стоит рассмотреть AП как в краткосрочной, так и долгосрочной перспективе.