مقدمه
از زمان انقلاب صنعتی، فناوری های تولید بسیاری توسعه یافته اند. این فناوری ها را می توان با توجه به فرآیندهایشان در گروه های مختلفی طبقه بندی نمود. سه گروه عمده، تولید افزایشی، تولید کاهشی و تولید به روش شکل دهی هستند. این مقاله در مورد فرآیندها، مزایا، معایب و تفاوت بین دو مورد از این سه - تولید کاهشی و افزایشی بحث می کند.
تولید کاهشی چیست؟
در تولید کاهشی، اشیا با حذف تدریجی مواد از یک بلوک یا ورق جامد ساخته می‌شوند. این مواد با برشکاری، سوراخکاری، داخل تراشی یا سنگ زنی از ماده ی اولیه جدا می شود. در حالی که ممکن است این فرآیندها به صورت دستی انجام شوند، معمولا با استفاده از کنترل عددی کامپیوتری صورت می پذیرند. امروزه محبوب ترین فرآیند تولید کاهشی ماشینکاری CNC است.
در ماشینکاری CNC، یک ابزار برش تحت کنترل عددی کامپیوتری به صورت مکانیکی مواد را برای دستیابی به یک هندسه از بین میبرد. این امر شامل استفاده از CAD برای طراحی یک مدل جهت ماشینکاری و همچنین استفاده از CAM برای فرمان دادن به ماشین CNC در مورد نحوه ی دقیق حذف مواد است. سه فرآیند اصلی ماشینکاری وجود دارد که مربوط به حذف مواد مطابق مدل‌های سه‌بعدی می باشد که عبارتند از: تراشکاری، سوراخکاری و فرزکاری. سایر فرآیندهای تولید کاهشی عبارتند از: برش لیزری، برش واترجت، ماشینکاری تخلیه الکتریکی و برش پلاسما. این روش ها عمدتا برای ماشینکاری دو بعدی استفاده می شوند.
مزایای تولید کاهشی
· این فرآیند برای طیف گستردهای از مواد از جمله فلزات، پلاستیک ها و کامپوزیت های پلاستیکی و حتی چوب کاربرد دارد.
· می توان از آن برای دستیابی به تقریبا هر نوع هندسه ای مانند سطح صاف، سوراخ، سیلندر (استوانه)، رزوه ی پیچ، شکاف، شیار و غیره استفاده کرد.
· می تواند دقت بالایی را با تلرانس نزدیک به 0.025 میلیمتر تولید کند.
· سطح صاف قابل دستیابی است.
محدودیت های تولید کاهشی
· به دلیل هدررفت براده های تشکیل شده، اتلاف مواد وجود دارد. حتی اگر براده ها قابل بازیافت باشند، باز هم مواد زائد محسوب می شوند.
· برای ساخت هر قطعه زمان بیشتری نسبت به روش های ساخت افزایشی و شکل دهی نیاز دارد.
تولید افزایشی چیست؟
تولید افزایشی، برخلاف روش‌های تولید کاهشی و شکل دهی، فرآیند اتصال مواد، معمولا به صورت لایه به لایه، برای ساخت قطعات از داده‌های مدل سه بعدی است. اگرچه اکثر فعالیت های جهانی فعلی در تولید افزایشی شامل سیستم های مبتنی بر پلیمر است، فعالیت ها و علایقی نسبت به ساخت قطعات فلزی نیز وجود داشته است.
تولید افزایشی به طور گستردهای با عنوان پرینت سه بعدی شناخته می شود. این کار با استفاده از دستگاه هایی انجام می پذیرد که به عنوان پرینترهای سه بعدی شناخته می شوند. اصطلاح پرینت سه بعدی طیف وسیعی از فرآیندها را پوشش می دهد که بر اساس مواد اولیه و منبع انرژی متفاوت هستند. با این حال، مراحل اساسی مشترکی در همه ی عملیات ها وجود دارد.
1. یک مدل CAD از قطعه ی چاپ شده طراحی گردیده است.
2. سپس نرم افزار تخصصی برش این مدل را به چندین لایه ی مقطعی برش می دهد.
3. بسته به فناوری مورد استفاده، پرینتر سه بعدی اقدام به ذوب، گداختن یا اصلاح مواد اولیه نموده و آن را لایه به لایه قرار می دهد تا هندسه ی مورد نظر شکل بگیرد. مواد اولیه ممکن است پودر، سیم، ورق یا مایع باشد.
فرآیندهای پرینت سه بعدی شامل استریولیتوگرافی (SLA)، جت مواد، ذوب لیزری گزینشی (SLM) یا تفجوشی لیزری مستقیم فلزات (DMLS)، ذوب پرتو الکترونی (EBM) و بایندر جتینگ است.
مزایای تولید افزایشی
· به دلیل حذف ضایعات کارایی بالایی دارد.
· در گذر از مرحله ی طراحی به تولید نسبتا سریع تر است.
· طرح های مرکب و پیچیده را به راحتی تولید می نماید.
محدودیت های تولید افزایشی
· در مقایسه با سایر فرآیندهای تولید، دارای طیف محدودی از مواد است.
· هنگام کار با فلزات گران است.
· برای تولید با حجم بالا مناسب نیست.
مقایسه ی تولید افزایشی و کاهشی
|
|
تولید افزایشی |
تولید کاهشی |
|
پیچیدگی قابل دستیابی |
می تواند قطعاتی با هندسه های بسیار پیچیده و مرکب را حتی بهتر از ماشینکاری CNC 5 محوره تولید کند. |
برای هندسه ی نسبتا ساده مناسب تر است. |
|
اجزای قابل تولید |
نمی تواند اجزایی مانند سوراخ ها و قطعات رزوه دار را به طور موثر تولید نماید. |
سوراخ ها و اجزای رزوه دار را به طور موثر تولید می نماید. |
|
خواص قطعات تولید شده |
قطعات تولید شده ممکن است دارای خواص مکانیکی نامناسب باشند. از آنجایی که قطعات به صورت لایه به لایه ساخته می‌شوند، ضعف‌های ساختاری میان این لایه‌ها ایجاد شده و در نتیجه ویژگی‌های مشخصی را به خطر می‌اندازد. |
قطعات تولید شده ممکن است خواص مکانیکی و حرارتی عالی داشته باشند. |
|
دقت |
می تواند به دقت ابعادی کمتری دست یابد. دقیق ترین فرآیند AM، SLM/DMLS، می تواند تلرانس هایی به اندازه ی 0.100 میلیمتر تولید نماید. |
می تواند به دقت ابعادی بیشتری دست یابد. دستیابی به تلرانس هایی تا 0.025 میلیمتر نیز ممکن است. |
|
مواد تولیدی |
عمدتا با پلاستیک و تا حدودی با فلز کار می کند. |
با طیف گستردهای از مواد از جمله پلاستیک، فلز، چوب، فوم، شیشه و سنگ کار می کند. |
|
پرداخت کاری |
قطعات تولید شده همیشه نیاز به فرآیندهای پرداخت کاری دارند. |
قطعات تولید شده ممکن است نیازی به پرداخت کاری نداشته باشند. |
|
نصب و راه اندازی |
به حداقل فرآیند نصب و راه اندازی نیاز دارد که همین امر منجر به تخصیص زمان کوتاه تری برای هر قطعه، از طراحی تا تولید می شود. پس از طراحی یک مدل CAD قطعه و تبدیل آن، تنها کاری که باید انجام دهید این است که مواد اولیه را فراهم نمایید. پرینتر سه بعدی بقیه ی کارها را انجام می دهد. |
به تلاش و زمان بیشتری برای نصب و راه اندازی نیاز دارد. برای مثال در ماشینکاری CNC، پس از طراحی یک مدل CAD و تبدیل آن به G-Code، باید چندین بُعد و پارامتر دستگاه CNC را تنظیم نمایید. از جمله قرار دادن قطعه کار روی میز کار، انتخاب و تهیه ی مایع برش مناسب، انتخاب و نصب ابزار برش و تنظیم سرعت، پیشروی و عمق برش مناسب. |
|
مقیاس پذیری |
هزینه ی تولید با مقدار تولید نسبت مستقیم دارد. با این حال، با افزایش مقدار تولید، هزینه های تولید به طور قابل توجه ی افزایش می یابد. |
هزینه ی تولید با مقدار تولید نسبت معکوس دارد. با افزایش مقدار تولید، هزینه های تولید کاهش می یابد. |
|
سرعت و هزینه |
برای قطعات کوچک، پلاستیک و تولیدات در حجم پایین، سریعتر و کم هزینه تر است. |
برای قطعات نسبتا بزرگ، فلزات و تولیدات در حجم بالا، سریعتر و کم هزینه تر است. |
انتخاب بین تولید افزایشی و کاهشی
تولید افزایشی و کاهشی هر دو برای نمونه سازی مناسب هستند. اما در حالی که پرینت سه بعدی برای نمونه سازی با استفاده از پلاستیک مناسب تر است، تولید افزایشی برای نمونه سازی فلزی ترجیح داده می شود. از نظر پرداخت محصولات، ساخت کاهشی مناسب تر می باشد. این امر به این دلیل است که قطعات تولید شده توسط فرآیند تولید کاهشی همیشه نیاز به پرداخت نداشته و خواص مکانیکی بهتری نیز دارند.
برای تولید در مقادیر کوچک مانند 10-1 قطعه ی یکسان، پرینت سه بعدی مناسب تر است؛ زیرا برای چنین مقادیری، با توجه به این که جنس قطعه نوعی پلیمر است، هزینه ی کمتری دارد. فرآیندهای تولید 10000-10 قطعه ی یکسان با استفاده از تولید کاهشی مقرون به صرفه تر است. برای مقادیر بیشتر از 10000، باید از فرآیندهای شکل دهی استفاده نمایید.
قطعات کوچکتر با روش تولید افزایشی بهتر ساخته می شوند. از طرف دیگر، بهتر است تولید کاهشی برای قطعات بزرگتر استفاده شود.
موادی مانند فلزات، چوب، شیشه، سنگ و فوم یا بسیار گران هستند یا ساخت آنها با استفاده از فرآیند تولید افزایشی غیرممکن است. چنین موادی نیاز به ساخت کاهشی دارند. از سوی دیگر، موادی مانند TPU انعطاف پذیر (پلی اورتان ترموپلاستیک) و سوپرآلیاژهای فلزی که ماشینکاری آنها دشوار است را میتوان به صورت سه بعدی چاپ نمود.
برای مقادیر پایین پلاستیک، تولید افزایشی مقرون به صرفه‌تر از تولید کاهشی است. با این حال، برای فلزات، SLM/DMLS و بایندر جتینگ به ترتیب 100% و 50% بیشتر از ماشینکاری CNC هزینه دارند.
به طور خلاصه، تولید به روش افزایشی برای نمونه سازی و تولید در مقیاس کوچک قطعات کوچک و بسیار پیچیده از جنس پلاستیک مناسب است. تولید به روش کاهشی نیز برای تولید در مقیاس بزرگ قطعات نسبتا ساده و بزرگ از جنس طیف وسیعی از مواد بهتر می باشد.
مجموعه 3DHUB خدمات تولید کاهشی و افزایشی را ارائه می دهد: پرینت سه بعدی، ورقکاری ، ماشینکاری CNCو قالب گیری تزریقی.
اگر در مورد هر یک از روش های تولید سوال دارید یا نیازمند مشاوره هستید می توانید با ما تماس بگیرید.
