3D-печать против традиционного производства:профессиональное сравнение методов и преимуществ

3D-печать или аддитивное производство — это процесс, в котором 3D-модели создаются на основе CAD или цифровой 3D-модели. В ходе процесса материал наносится слой за слоем для формирования желаемого объекта. Традиционные производственные процессы, напротив, относятся к устоявшимся технологиям производства, при которых материал можно либо удалить путем шлифования, сверления или механической обработки, либо отлить в форму. 

Помимо различий в принципе работы, 3D-печать и традиционное производство имеют и другие различия. Традиционное производство требует массового производства для амортизации первоначальных и текущих затрат на производство, оснастку и рабочую силу для сборки. В то время как при 3D-печати стоимость производства не зависит от количества, что делает ее более экономичной для меньших объемов. 3D-печать также предлагает большую гибкость проектирования и возможность производить продукт, используя только одну машину, что не всегда возможно при использовании традиционных методов. 3D-печать намного быстрее, чем многие традиционные методы производства, при производстве объектов малого и среднего размера. Такое улучшение скорости обусловлено временем, необходимым для создания оснастки для отливок и форм, используемых в традиционном производстве. Однако традиционное производство предлагает больше вариантов материалов, чем 3D-печать.

В этой статье будут подробно рассмотрены различия между 3D-печатью и традиционным производством, представлены их преимущества и недостатки, а также альтернативы.

Определение 3D-печати и сравнение с традиционным производством

3D-печать как технология значительно продвинулась вперед с момента ее изобретения Чаком Холлом в 1983 году. Первоначально она задумывалась как метод быстрого прототипирования, но теперь превратилась в настоящий производственный процесс. 3D-печать предлагает обрабатывающей промышленности множество преимуществ, в том числе свободу дизайна, возможность создавать сложные конструкции, массовую индивидуализацию и экономичный метод мелкосерийного производства.

3D-печать печатает объект слой за слоем, в отличие от субтрактивных процессов, как и во многих традиционных производственных процессах, при которых продукт вырезается из более крупного куска материала. В результате 3D-печать создает меньше отходов материала. Существует широкий спектр типов 3D-печати:прямое осаждение энергии, принтеры на основе смолы (или полимеризация НДС), струйная обработка связующим, экструзия материала, струйная обработка материала, плавление в порошковом слое и ламинирование листов. Все формы 3D-печати попадают в одну из этих категорий. Технология 3D-печати также предлагает широкий выбор материалов, которые можно использовать для печати объектов. Отрасли, в которых в настоящее время используется 3D-печать, включают робототехнику, аэрокосмическую, автомобильную, медицинскую, стоматологическую, спортивную и другие потребительские товары. Для получения дополнительной информации см. наше руководство «Что такое 3D-печать».

На рисунке 1 ниже показан пример предмета, напечатанного на 3D-принтере:

Деталь, напечатанная с помощью MJF

Каковы преимущества 3D-печати по сравнению с традиционным производством?

3D-печать имеет ряд преимуществ перед традиционным производственным аналогом, в том числе:

1. Больше свободы дизайна.
2. Возможность печатать сложные конструкции без дополнительных затрат.
3. В целом быстрее, особенно для объектов малого и среднего размера.
4. Меньше отходов.
5. Может совмещать этапы производства и сборки продукта.
6. Можно легко использовать для создания нестандартных деталей.
7. Это полностью автоматизированный процесс с ограниченными трудозатратами.
8. Для обработки всех аспектов создания объекта используется одно устройство.

Каковы недостатки 3D-печати по сравнению с традиционным производством?

Недостатками 3D-печати по сравнению с традиционным производством являются:

1. У него меньше вариантов материалов по сравнению с традиционным производством.
2. Этот процесс менее экономичен по сравнению с традиционным крупномасштабным производством.
3. Проверку качества партии нельзя применять к 3D-печатной продукции.
4. Качество печати может быть нестабильным и поэтому варьируется от продукта к продукту.

3D-печать — это производственный процесс, в ходе которого детали выращиваются из более мелких основных материалов, таких как смола, нити или порошок. Это отличается от традиционного производства, такого как механическая обработка, при которой вы вырезаете форму детали из больших запасов материала. Это дает 3D-печати преимущество в создании небольших объемов легко настраиваемых компонентов без необходимости предварительной настройки и инструментов.

Грег Полсен

Директор по разработке приложений

Определение традиционного производства и сравнение с 3D-печатью

История производства восходит к промышленной революции 1900-х годов, когда сырье превратилось в полезные продукты. В этот период произошел переход от человеческого труда (по крайней мере частично) к химическому производству и машинам. Традиционные производственные процессы в основном субтрактивны. Это означает, что объект обрабатывается или иным образом удаляется из более крупного куска материала. Традиционные методы производства можно разделить на четыре основные группы:формование, формование, механическая обработка и соединение. Эти процессы обычно более подходят для крупномасштабного производства, в первую очередь из-за затрат на оснастку, формование и/или литье, а также общей ограниченной гибкости конструкции процессов. Проще говоря, стоимость кастомного продукта не будет оправдана, если будет изготовлено, например, всего 50 единиц, так как сложно окупить первоначальные затраты, необходимые для разработки кастомизации.

Одним из наиболее значительных преимуществ традиционного производства по сравнению с 3D-печатью является то, что оно предлагает широкий выбор материалов. Этот процесс также более налажен. Однако 3D-печать имеет преимущество в отношении гибкости дизайна, стоимости и скорости.  Традиционные производственные процессы обычно используются в отраслях, которые массово производят продукцию из таких материалов, как дерево, сталь или пластик. К ним относятся производство мебели, пластиковых бутылок или резервуаров, игрушек, текстиля и багажа. На рисунке 2 ниже показан пример станка с ЧПУ:

Станок с ЧПУ в Xometry

Каковы преимущества традиционного производства по сравнению с 3D-печатью?

Ниже перечислены некоторые преимущества традиционных производственных процессов перед 3D-печатью:

1. Наилучшим образом подходит для массового производства. 
2. Проверка качества партии возможна при использовании традиционных производственных процессов.  
3. Большинство традиционных производственных процессов обеспечивают хорошую повторяемость.
4. Традиционные процессы предлагают более широкий выбор материалов. 

Каковы недостатки традиционного производства по сравнению с 3D-печатью?

Некоторые из ограничений традиционных производственных процессов по сравнению с 3D-печатью включают: 

1. Одна деталь обычно предполагает использование множества процессов и машин.
2. Традиционное производство не очень подходит для производства продукции по индивидуальному заказу в небольших объемах.
3. При субтрактивном (традиционном) производстве обычно тратится много материала. 
4. Традиционные методы более трудоемки и дороги.

Таблица сравнения 3D-печати и традиционного производства

В таблице 1 ниже сравниваются 3D-печать и традиционное производство:

Таблица 1. Сравнение 3D-печати и традиционного производства

Атрибут 3D-печать Традиционное производство

Атрибут

Время выполнения

3D-печать

Быстро

Традиционное производство

Медленно

Атрибут

Выбор материала

3D-печать

Хорошо

Традиционное производство

Отлично

Атрибут

Обработка поверхности

3D-печать

Умеренный

Традиционное производство

Отлично

Атрибут

Рентабельность

3D-печать

Независимость от масштаба

Традиционное производство

Крупносерийное производство

Атрибут

Сложность конструкции

3D-печать

Да

Традиционное производство

Нет

Атрибут

Настраиваемость 

3D-печать

Да

Традиционное производство

Нет

3D-печать идеально подходит для мелкосерийного производства, сложных или индивидуальных деталей, полностью собранных компонентов и быстрого производства. Однако традиционные методы производства имеют преимущество в отношении качества поверхности и крупносерийного производства простых предметов. 

3D-печать и традиционное производство:сравнение затрат

Сравнение стоимости 3D-печати и традиционного производства зависит от количества произведенных единиц. Первоначальные затраты традиционных методов довольно высоки, но крупномасштабное производство делает такие процессы экономичными. При 3D-печати стоимость не зависит от количества; по сути, существует фиксированная ставка за единицу.  

3D-печать и традиционное производство:сравнение скорости

Известно, что 3D-печать намного быстрее обычного производства. В основном это связано с этапами формования и литья традиционных процессов, прежде чем можно будет начать производство. С 3D-печатью это не проблема. Проекты создаются с помощью программного обеспечения САПР или 3D-моделирования, а 3D-принтер печатает модель. 

3D-печать и традиционное производство:сравнение объемов

Традиционные производственные процессы — это устоявшиеся промышленные процессы, известные своей способностью использоваться в крупносерийном производстве, тогда как 3D-печать идеально подходит для быстрого прототипирования или мелкосерийного производства. Поэтому традиционные процессы в основном используются для серийного производства простых конструкций, таких как пластиковые бутылки. С другой стороны, 3D-печать предлагает превосходную гибкость дизайна и настройку. Его можно использовать для устранения неполадок в конструкции и внесения незначительных изменений в конструкцию до начала массового производства.  

3D-печать и традиционное производство:сравнение материалов

Хотя 3D-печать расширяет выбор материалов и предлагает довольно много вариантов, традиционные производственные процессы обеспечивают более широкий выбор и диапазон материалов. Однако продолжающееся развитие технологии 3D-печати почти наверняка позволит ей в ближайшем будущем конкурировать с традиционными производственными процессами с точки зрения ассортимента материалов. 

Каковы взаимные альтернативы 3D-печати и традиционному производству?

Альтернативой 3D-печати и традиционному производству является:

• Быстрая обработка :с помощью быстрой оснастки создается инструмент или форма, которая позволяет производителям быстро производить детали, выполняющие функции инструмента. Чаще всего используется литье под давлением в небольших объемах. Быстрое оснащение похоже как на 3D-печать, так и на традиционное производство, поскольку для быстрого изготовления деталей используются 3D-печать и обработка с ЧПУ (один из основных методов субтрактивного производства в традиционном производстве).

Каковы сходства между 3D-печатью и традиционным производством?

Помимо способности производить рабочие детали, между 3D-печатью и традиционным производством нет большого сходства.

Каковы другие сравнения 3D-печати с традиционным производством?

Другая альтернатива 3D-печати:

• 3D-печать или лазерная резка: 3D-печать (в частности, SLA, SLS и SLM) и лазерная резка схожи тем, что обе технологии используют лазер для производства деталей.

Каковы другие сравнения традиционного производства помимо 3D-печати?

Другая альтернатива традиционному производству: 

• Традиционное производство и умное производство: Умные фабрики, связанные с умным производством, оцифровывают традиционные производственные процессы и оборудование. 

Сводка

В этой статье сравнивались 3D-печать и традиционные производственные процессы, чтобы увидеть, чем они отличаются по подходу, выбору материала, объему производства и другим факторам. Чтобы узнать больше о 3D-печати или традиционных производственных процессах, свяжитесь с представителем Xometry.

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать и другие дополнительные услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатное ценовое предложение без каких-либо обязательств.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Объяснение напряжения сжатия:определения, единицы, формулы и практические примеры Топ-4 металлических материала для высокопроизводительной 3D-печати