Вычитательное против аддитивного: выбор правильного метода быстрого прототипирования

Учитывая, что аддитивное производство и 3D-принтеры являются такой горячей темой в наши дни, важно помнить, почему вычитательные процессы, такие как фрезерование, всё ещё 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 соединяет и сплавляет материалы, такие как жидкие смолы, слой за слоем для производства 3D-объекта из модельных данных. Аддитивное быстрое прототипирование, как правило, простое, относительно недорогое и быстрое. Оно также позволяет 상당한 сложность внутри полостей или внутренних областей детали, которые потребовали бы подрезок и могут быть даже невозможны с вычитательными процессами, такими как фрезерование.

Ограничения аддитивного быстрого прототипирования

Основной недостаток аддитивного быстрого прототипирования в том, что полученная деталь обычно не изготовлена из конечного материала, например, металла… и даже если это так, ей не хватает структурной целостности. Это потому, что точка соединения одного со следующим слоем не обладает физической прочностью, свойственной цельному блоку того же материала (без слоев или стыков).

Вычитательное быстрое прототипирование с конечными материалами

Вычитательное быстрое прототипирование обеспечивает возможность прототипирования в конечных материалах. Поскольку фрезерование или обработка удаляет материал из более крупного куска материала, готовая деталь имеет твердую композицию, а не слоистую, как в аддитивном быстром прототипировании с 3D-принтерами. Это дает более высокую структурную целостность, что критично, если прототипная деталь должна использоваться в продуктовом тестировании. Продуктовое тестирование с деталью, сделанной через вычитательное прототипирование, позволяет точно проанализировать жизнеспособность детали и даже её долговечность, поскольку она сделана из того же материала, который будет использоваться для производства серийных деталей.

Более широкий диапазон поверхностных отделок и текстур с вычитательным прототипированием

Вычитательные процессы быстрого прототипирования также предлагают более широкий диапазон поверхностных отделок для готового прототипа по сравнению со стандартной «ступенчатой отделкой», часто достигаемой в аддитивном быстром прототипировании с 3D-принтером. Это может варьироваться от полностью гладкой поверхности с зеркальным блеском до фрезерованных или гравированных текстур. Таким образом, вычитательное быстрое прототипирование на высокоскоростном ЧПУ-фрезерном станке способно производить прототипные детали с повторяемостью, подходящей для конечного производства. Гладкая поверхностная отделка, достижимая высокоскоростной обработкой, может быть функционально полезной, если данная деталь должна скользить, и эстетически полезной, если прототип будет использоваться в маркетинговом тестировании.

Аддитивное быстрое прототипирование против вычитательного быстрого прототипирования

Для иллюстрации вышеуказанных пунктов мы попросили наших инженеров-прикладчиков быстро сделать прототип детали, используя и аддитивные, и вычитательные процессы. Поскольку наше любимое послерабочее (подмигивание) времяпрепровождение — футбольный стол, они решили сделать «запасного» футболиста для тестирования. Это решение было основано на реальной потребности — мы недавно сломали одну из фигурок, пришедших с нашим винтажным футбольным столом 1985 года. Используя аддитивное быстрое прототипирование (3D-печать), они смогли спроектировать очень примитивного футболиста примерно за 90 минут. Оттуда они начали печать, и всего за час деталь, показанная ниже, была готова.

Используя вычитательное быстрое прототипирование (высокоскоростное фрезерование), программирование детали заняло существенно больше времени — 3 ч. 45 мин. Однако фрезерование детали ниже было значительно быстрее 3D-печати и заняло 28 минут.

Продуктовое тестирование аддитивного прототипа против вычитательного прототипа

Ну, вы знали, что мы должны «протестировать» деталь, правда? Так что в серии из 4 довольно жарких игр с использованием каждого прототипа, вот что мы обнаружили. В плане функциональности и долговечности вычитательный прототип был однозначным победителем. Он не только выдержал 4 игры, твердая композиция детали обеспечивала более сильные удары с высокой скоростью. Плюс, он явно выдержал бы сотни ещё игр. В сравнении, 3D-напечатанная деталь начала показывать признаки расслоения на правой стороне к середине 3-й игры — и к 4-й игре нам пришлось чинить её скотчем, чтобы доиграть остаток нашего «продуктового тестирования». Повреждение детали раскрыло внутреннюю композицию 3D-напечатанной детали, как показано ниже.

Довольно полая природа этой детали пролила немного света на то, почему мы не могли добиться сильных ударов с этим футболистом. Анализируя полученную поверхностную отделку на обеих деталях, мы почувствовали, что вычитательный прототип был… ну, просто более привлекательным. Плюс, процесс фрезерования дал больше гибкости для достижения разных поверхностных отделок. Например, мы смогли сделать большую часть вычитательного прототипа очень гладкой, а секцию ноги — более текстурной для дополнительного «сцепления» или контроля мяча. В противовес, врожденная «ступенчатая» поверхностная отделка на аддитивном прототипе хорошо случила в плане контроля мяча… но не была очень привлекательной на всей детали.

Ультимативный ЧПУ-станок для вычитательного быстрого прототипирования:

Введение в прошлом году компактного высокоскоростного фрезерного станка DATRON neo делает вычитательное быстрое прототипирование более доступным и жизнеспособным, чем когда-либо. Плюс его компактный размер и сенсорное управление делают его легким в использовании и легким для размещения в самых тесных «лабораторных» условиях.