Быстрое прототипирование:субтрактивное и аддитивное

В связи с тем, что аддитивное производство и 3D-принтеры в наши дни стали такой горячей темой, важно помнить, почему субтрактивные процессы, такие как фрезерование, по-прежнему невероятно важны для быстрого прототипирования. Но сначала давайте рассмотрим некоторые преимущества и ограничения аддитивного быстрого прототипирования (или прямого цифрового производства).

Преимущества аддитивного быстрого прототипирования

Процесс аддитивного быстрого прототипирования объединяет и сплавляет такие материалы, как жидкие смолы, слой за слоем для создания трехмерного объекта на основе данных модели. Аддитивное быстрое прототипирование, как правило, простое, относительно недорогое и быстрое. Аддитивное быстрое прототипирование также позволяет значительно усложнить полости или внутренние области детали, которые потребуют подрезов и могут быть даже невозможны при таких субтрактивных процессах, как фрезерование.

Ограничения аддитивного быстрого прототипирования

Основным недостатком аддитивного быстрого прототипирования является то, что полученная деталь обычно не изготавливается из материала конечного использования, такого как металл… и даже если это так, ей не хватает структурной целостности. Это связано с тем, что точка, где один слой соединяется с другим, не обладает физической прочностью, характерной для цельного блока из того же материала (без слоев или соединений).

Субтрактивное быстрое прототипирование с использованием материалов конечного использования

Субтрактивное быстрое прототипирование дает возможность создавать прототипы материалов для конечного использования. Поскольку при фрезеровании или механической обработке материал удаляется из более крупного куска материала, готовая деталь имеет твердый состав, а не слоистый состав, как это видно при аддитивном быстром прототипировании с помощью 3D-принтеров. Это обеспечивает более высокую структурную целостность, что имеет решающее значение, если деталь-прототип будет использоваться при тестировании продукта. Тестирование изделия с помощью субтрактивного прототипирования позволяет провести точный анализ жизнеспособности и даже долговечности детали, поскольку она изготовлена ​​из того же материала, который будет использоваться для изготовления производственных деталей.

Более широкий диапазон отделки поверхности и текстур с субтрактивным прототипированием

Процессы субтрактивного быстрого прототипирования также предлагают более широкий диапазон отделки поверхности готового прототипа, в отличие от стандартной «ступенчатой ​​отделки», часто достигаемой при аддитивном быстром прототипировании с помощью 3D-принтера. Это может варьироваться от полностью гладкой поверхности с зеркальной отделкой до текстур с фрезерованной или гравированной текстурой. Таким образом, субтрактивное быстрое прототипирование на высокоскоростном фрезерном станке с ЧПУ позволяет производить прототипы деталей с повторяемостью, подходящей для конечного производства. Гладкая поверхность, которую можно получить с помощью высокоскоростной обработки, может быть функционально выгодной, если данная деталь должна скользить, и эстетически выгодной, если прототип будет использоваться в рыночных испытаниях.

Аддитивное быстрое прототипирование и субтрактивное быстрое прототипирование

Чтобы проиллюстрировать вышеизложенное, мы попросили наших прикладных инженеров быстро создать прототип детали, используя как аддитивные, так и субтрактивные процессы. Поскольку наше любимое внеурочное (подмигиваю) времяпрепровождение — это настольный футбол, они решили сделать «замену» настольного футбола для тестирования. Это решение было основано на реальных жизненных потребностях — так как мы недавно сломали одного из мужчин, который пришел с нашим винтажным настольным футболом 1985 года. Используя аддитивное быстрое прототипирование (3D-печать), они смогли спроектировать очень примитивного человека для настольного футбола примерно за 90 минут. Оттуда они начали печатать, и всего за час показанная ниже часть была готова.

Используя субтрактивное быстрое прототипирование (высокоскоростное фрезерование), программирование детали заняло значительно больше времени и заняло 3 часа. 45 минут. Однако фрезерование детали ниже было значительно быстрее, чем 3D-печать, и заняло 28 минут.

Тестирование продукта между аддитивным быстрым прототипом и субтрактивным быстрым прототипом

Ну, вы знали, что мы должны были «испытать» часть, верно? Итак, в серии из 4 довольно жарких игр с использованием каждого прототипа вот что мы обнаружили. С точки зрения функциональности и долговечности субтрактивный прототип был явным победителем. Мало того, что это продолжалось в течение 4 игр, прочный состав части делал более сильные удары с высокой скоростью. Кроме того, его явно хватит еще на сотни игр. Для сравнения, напечатанная на 3D-принтере деталь начала показывать признаки расслаивания на правой стороне в середине игры 3, а к игре 4 нам пришлось исправлять ее с помощью скотча, чтобы пройти оставшуюся часть нашего «тестирования продукта». . Повреждение детали выявило внутреннюю структуру напечатанной на 3D-принтере детали, как показано ниже.

Довольно пустая природа этой части пролила свет на то, почему мы не могли добиться сильных ударов, используя этого настольного игрока. При анализе итоговой обработки поверхности обеих деталей мы пришли к выводу, что субтрактивный прототип был… ну, просто более привлекательным. Кроме того, процесс фрезерования обеспечивает большую гибкость для получения различной обработки поверхности. Например, мы смогли сделать большую часть субтрактивного прототипа очень гладкой, в то же время придав секции стопы более текстурированную поверхность для дополнительного «захвата» или контроля мяча. Напротив, присущая аддитивному прототипу «ступенчатая» обработка поверхности хорошо служила с точки зрения контроля мяча… но не была очень привлекательной для всей детали.

Совершенный станок с ЧПУ для быстрого субтрактивного прототипирования:

Выпуск в прошлом году компактного высокоскоростного фрезерного станка DATRON neo сделал субтрактивное быстрое прототипирование более доступным и жизнеспособным, чем когда-либо. Кроме того, его компактный размер и сенсорный экран делают его простым в использовании и легко помещаются в самой тесной лабораторной среде.