Преимущества 3D-печати металлом уже давно знакомы большинству специалистов: сокращение количества отходов, повышение эффективности производства и расширение функциональных возможностей благодаря большей свободе проектирования и гибкости. В то же время, высокая повторяемость при крупносерийном производстве и прецизионная обработка поверхностей (особенно когда речь идет о жестких допусках) – возможности, которые прочно ассоциируются с обработкой на станках с ЧПУ. Но что, если конкуренции не будет и выбирать из двух технологий не придется?
Инго Уккельманн, главный инженер по 3D-печати компании Materialise, рассказывает, почему эти технологии могут (и должны) дополнять друг друга, а не конкурировать между собой.
– Принято думать, что 3D-печать лучше подходит для изготовления металлических деталей, чем другие технологии, в том числе ЧПУ-обработка. Так ли это на самом деле?
– Нет. Это распространенное заблуждение. 3D-печать металлом, как и любая другая производственная технология, имеет преимущества и недостатки, которые нужно оценивать применительно к каждой конкретной задаче. Суть в том, что эта технология предлагает производителям просто еще один способ производства.
Если сравнивать 3D-печать с ЧПУ-обработкой, налицо несколько фундаментальных различий. Cтанки с ЧПУ используют субтрактивный процесс, а это означает больший расход материала. Если стоимость материала высока (а в случае с металлами, как правило, это так), то сокращение его расхода само по себе становится серьезным преимуществом.
Далее, станок формирует поверхность детали с помощью резца. Если подходящего инструмента нет – например, в случае с поднутрениями, – для его создания запускается еще один производственный процесс. В процессе обработки деталь должна быть надежно зафиксирована, а резец – иметь доступ ко всем ее поверхностям. Иногда это не под силу даже пятикоординатному станку. Также большинство резцов имеет цилиндрическую форму, и обеспечить идеальное исполнение углов проблематично. Вертикальные внутренние углы всегда будут скруглены – кроме тех случаев, когда используется поднутрение.
3D-печать – это аддитивный процесс, и для нее не требуется никаких специальных инструментов, кроме поддержек. Обработка углов и кромок не представляет сложности. С помощью 3D-печати можно изготавливать детали сложной геометрии, в том числе с внутренними каналами и полостями – это позволяет снизить вес изделий и расширить область их применения. При использовании 3D-принтера необходимость в изготовлении физических инструментов исчезает, уступая место программному обеспечению.
Многие производители думают, что обязательно нужно выбирать одну из двух технологий! На самом деле, можно добиться выдающихся результатов, правильно используя преимущества обеих.
– Но ведь эти преимущества не означают, что 3D-печать всегда лучше?
– Конечно. У станков с ЧПУ тоже есть свои плюсы, и один из них – высокая точность, до нескольких микрон по каждой оси, что позволяет получать идеальные поверхности без дополнительной обработки. В том, что касается погрешностей, ЧПУ-обработка также обычно превосходит 3D-печать – ведь нагревать и заново формовать материал не требуется. Кроме того, станки с ЧПУ отлично подходят для конечных деталей из тяжелых материалов.
Когда нет проектных требований, делающих 3D-печать необходимостью (внутренние каналы, сложная геометрия, снижение веса, монолитные конструкции и т.д.), субтрактивная обработка оказывается более привлекательной для мелкосерийного производства с точки зрения скорости, стоимости.
Проблема в том, что многие производители думают, что обязательно нужно выбирать одну из двух технологий! На самом деле, можно добиться выдающихся результатов, правильно используя преимущества обеих.
– Можете привести примеры? Как производители могут использовать обе технологии одновременно?
– Я уже говорил о допусках. В автомобилестроении, авиакосмической промышленности и других отраслях, где требуется высокая точность изготовления металлических деталей, невозможно обеспечить допустимые погрешности, используя только 3D-печать. С другой стороны, выгоды 3D-печати в подобных случаях – возможность снизить массу и улучшить эргономику деталей. Обрабатывая напечатанные детали на станках с ЧПУ, производители «убивают двух зайцев»: в некоторых случаях можно добиться погрешности ±0,005 мм.
При жестких допусках необходима идеальная обработка поверхности, особенно когда критически важна абсолютно точная подгонка деталей. В таких ситуациях можно печатать детали с запасом по размеру, а затем обрабатывать их, например, на пятикоординатном фрезерном станке с ЧПУ, добиваясь требуемой точности.
Материалы представляют собой отдельное преимущество. Раньше 3D-принтеры зачастую не могли обеспечить надлежащие механические характеристики (прочность, коррозионную стойкость, теплоизоляционные свойства) титана, алюминия, инконеля или нержавеющей стали. Теперь же эти материалы, а также множество других сплавов и суперсплавов в полной мере доступны для 3D-печати. Используя станки с ЧПУ для высокоточной постобработки напечатанных изделий, инженеры-разработчики получают гораздо большую гибкость в работе с уже известными им материалами.
Важно не забывать и такой момент. 3D-печать открывает новые возможности для оптимизации конструкции; аналогично, файлы, предназначенные для 3D-печати, можно оптимизировать для станков с ЧПУ, что позволяет дополнительно сэкономить. Повороты, перемещения, сложный и долгий технологический процесс, специальные крепления – все известные недостатки ЧПУ-обработки при использовании 3D-печати устраняются полностью. 3D-принтер выполняет основную работу, создавая изначальную конструкцию, а конечная обработка (типа нарезки точной резьбы) – простой, но очень важный этап производства – остается за станками с ЧПУ.
И, наконец, 3D-печать металлических деталей с последующей обработкой на станках с ЧПУ часто намного быстрее и дешевле создания новой пресс-формы для литья под давлением. Добавьте к этому преимущества работы с CAD-моделями — и сразу станет ясно, почему эта «звездная пара» технологий привлекает внимание производителей.
– Оба производственных метода используют цифровые технологии. Значит ли это, что их проще объединить в один процесс?
– Несомненно. Если предполагается ЧПУ-обработка, повысить эффективность процесса можно при проектировании деталей для 3D-печати. Настройки данных сразу приводятся в строгое соответствие с требованиями ЧПУ, и это позволяет ускорить производство и финишную обработку. Интеграция позволяет устранить задержки, неизбежные при использовании двух отдельных решений. Общее время 3D-печати и фрезеровки детали сокращается до 12 рабочих дней!
Материал предоставлен компанией Materialise
Фото в заставке © cookelma / Getty Images/iStockphot
Хотите увидеть лучшие примеры оптимизации производства с использованием 3D-печати готовых металлических изделий? Скачайте нашу обновленную бесплатную брошюру:
Статья опубликована 26.08.2019 , обновлена 12.05.2021
