Vývoj stolního 3D tisku výrazně změnil způsob, jakým inženýři, designéři a výrobci přistupují k vývoji produktů. Namísto spoléhání se pouze na CNC obrábění, vstřikování nebo outsourcovanou výrobu mohou nyní společnosti vytvářet funkční prototypy přímo z digitálních modelů během několika hodin.

Tradiční stolní 3D tiskárny založené natříosé pohybové systémy (X, Y, Z)se staly široce přijatými, protože jsou cenově dostupné, snadno se obsluhují a jsou vhodné pro mnoho prototypových aplikací. Protože však průmyslová odvětví vyžadují složitější geometrie, vyšší přesnost, lepší kvalitu povrchu a pevnější funkční prototypy, konvenční technologie 3D tisku narážejí na své technické limity.

A Stolní 5osá 3D tiskárnazavádí do výrobního procesu dvě další rotační osy, které umožňují více{0}}směrový tisk a dynamické nastavení úhlu tisku. To umožňuje inženýrům vyrábět složité součásti s menším počtem podpor, optimalizovanou orientací vrstev a zlepšenou rozměrovou přesností.

Pro výzkumné laboratoře, technická oddělení a výrobce je při výběru zařízení pro přesné prototypování zásadní pochopit rozdíly mezi pěti{0}}osou 3D tiskárnou a tradiční 3D tiskárnou.

Tento článek porovnává tyto dvě technologie z klíčových hledisek včetně schopnosti pohybu, přesnosti, flexibility, využití materiálu, rozsahu aplikací a efektivity výroby.

Systém pohybu: tříosý-tisk vs. pětiosý-tisk

Největší rozdíl mezi tradiční a pěti{0}}osou 3D tiskárnou je svoboda pohybu.

Tradiční 3D tiskárna: Pevný pohyb ve třech-osách

Většina stolních 3D tiskáren pracuje prostřednictvím tří lineárních os:

Osa X-:Ovládá pohyb vlevo a vpravo

Osa Y-:Ovládá pohyb dopředu a dozadu

Osa Z-:Ovládá výšku vertikální vrstvy

Během tisku tryska nanáší materiál vrstvu po vrstvě na pevnou horizontální rovinu.

Tato metoda funguje dobře pro:

Jednoduché mechanické díly

Modely vzhledu produktu

Vzdělávací prototypy

Základní funkční komponenty

Směr tisku však zůstává během celého procesu neměnný.

Pokud model obsahuje složité úhly nebo zakřivené povrchy, musí stroj aproximovat geometrii pomocí naskládaných vrstev.

Stolní 5osá 3D tiskárna: Více-směrový pohyb

Pět{0}}osá tiskárna přidává dva rotační pohyby, obvykle:

A-rotace osy

Rotace osy B-

Dodatečné pohyby umožňují:

Naklápění tiskové hlavy

Rotace stavební platformy

Úprava směru tisku během výroby

Namísto vynucení svislého tisku každé součásti může stroj změnit orientaci podle geometrie.

To vytváří flexibilnější výrobní proces podobný pokročilému pěti{0}}osému CNC obrábění.

 

Porovnání přesnosti

Přesnost je jedním z nejdůležitějších faktorů pro technické prototypy.

Omezení přesnosti tradičních 3D tiskáren

Tradiční tiskárny spoléhají na horizontální vrstvení.

To vytváří několik výzev:

Vrstva schodiště-krokový efekt

Zakřivené plochy jsou aproximovány více plochými vrstvami.

Například:

Zaoblená pouzdra

Turbínové-struktury

Lékařské modely

může po tisku vyžadovat další povrchovou úpravu.

Pevný směr vrstvy

Protože materiál je vždy ukládán svisle, konečná přesnost závisí do značné míry na:

Výška vrstvy

Rychlost tisku

Podpora kvality

Smrštění materiálu

Vliv na odstranění podpory

Po odstranění podpěr se mohou citlivé povrchy objevit:

Škrábance

Rozměrové změny

Povrchové vady

Přesnost Výhody pětiosého-tisku

Stolní 5osá 3D tiskárna zlepšuje přesnost řízením úhlu nanášení.

Tiskárna může:

Sledujte zakřivené povrchy přirozeněji

Upravte směr tisku podle geometrie

Omezte zbytečné podpůrné struktury

Udržujte lepší kontinuitu povrchu

Pro přesné prototypy to znamená:

Přesnější reprodukce CAD návrhů

Vylepšená rozměrová konzistence

Lepší výsledky funkčního testování

Průmyslová odvětví, jako je letecký průmysl, robotika a lékařské inženýrství, z těchto vylepšení významně těží.

 

Flexibilita ve výrobě komplexní geometrie

Schopnost vyrábět složité tvary je místo, kde-tisk v pěti osách vytváří největší rozdíl.

Omezení tradiční 3D tiskárny

Tříosé tiskárny se často potýkají s:

Velké převisy

Komplexní vnitřní kanály

Zakřivené struktury

Organické geometrie

Více{0}}úhlové povrchy

K překonání těchto omezení inženýři obvykle potřebují:

Přidejte podpůrné struktury

Rozdělte model na více částí

Upravte původní design

To může zvýšit:

Spotřeba materiálu

Doba tisku

Požadavky na montáž

Post{0}}zpracování

Možnost pěti{0}}osého tisku

Pohyb v pěti{0}}osách umožňuje tiskárně přiblížit se k modelu z více směrů.

To usnadňuje výrobu:

Zakřivené komponenty

Volné povrchy

Lehké konstrukce

Složité mechanické díly

Topologie-optimalizované návrhy

Možnost měnit orientaci tisku během výroby dává konstruktérům větší svobodu při návrhu.

Namísto přizpůsobení designu tiskárně mohou inženýři navrhnout blíže ideální geometrii produktu.

 

Redukce podpůrné struktury

Nosný materiál je hlavním faktorem ovlivňujícím efektivitu aditivní výroby.

Tradiční tiskový proces

U převislých prvků vyžadují tradiční tiskárny podpěry, aby se zabránilo deformaci.

Podpůrné konstrukce způsobují:

Zvýšená spotřeba materiálu

Delší tiskové cykly

Dodatečné čisticí procesy

Vyšší mzdové náklady

Například prototyp s více šikmými povrchy může strávit značné množství času tiskem podpěr, které jsou později vyřazeny.

Pět{0}}osý tiskový proces

Pět{0}}osé tiskárny snižují potřebu podpěr změnou úhlu nanášení.

Stroj může otáčet obrobkem tak, aby se tryska přibližovala k povrchu z vhodnějšího směru.

Mezi výhody patří:

Nižší odpad materiálu

Rychlejší výroba

Čistší povrchová úprava

Snížené{0}}zpracování

Pro výrobce vyrábějící více iterací prototypů to může výrazně zlepšit efektivitu vývoje.

 

Porovnání kvality povrchu

Kvalita povrchu přímo ovlivňuje hodnocení prototypu.

Tradiční povrchový výkon tiskárny

Protože tradiční tiskárny sestavují díly vrstvu po vrstvě vertikálně, zakřivené povrchy často vykazují viditelné linie vrstev.

Mezi běžné metody následného{0}}zpracování patří:

Broušení

Povlak

Chemické vyhlazování

Obrábění

Tyto kroky vyžadují více času a mohou ovlivnit rozměrovou přesnost.

Pět{0}}osý povrchový výkon tiskárny

Pět{0}}osé systémy zlepšují kvalitu povrchu tím, že umožňují ne-planární tiskové strategie.

Tryska může sledovat přirozený tvar součásti namísto vytváření jednoduchého souvrství.

výhody:

Hladší zakřivené povrchy

Snížená viditelnost vrstvy

Méně dokončovacích prací

Lepší vzhled

Přesnější funkční testování

To je důležité zejména pro:

Aerodynamické komponenty

Prototypy spotřebního zboží

Lékařské modely

Validace průmyslového vzoru

 

Mechanická pevnost a orientace vrstev

Výkon prototypu závisí nejen na tvaru, ale také na konstrukční pevnosti.

Tradiční 3D tisk

Většina tradičních tiskáren nanáší materiál ve stejném směru po celé sestavě.

To vytváří anizotropní vlastnosti:

Silnější podél potištěných vrstev

Mezi vrstvami slabší

U dílů pod mechanickým namáháním může dojít k porušení mezi vrstvami.

Pět{0}}osý 3D tisk

Pět{0}}osé systémy umožňují inženýrům optimalizovat směr ukládání materiálu.

Dráhu tisku lze zarovnat s:

Směr zatížení

Rozložení stresu

Geometrie součástí

Toto zlepšuje:

Konstrukční pevnost

Odolnost proti únavě

Funkční spolehlivost

U technických prototypů, které vyžadují mechanické testování, to poskytuje realističtější hodnocení výkonu.

 

Softwarové požadavky a ovládání dráhy nástroje

Další osy vyžadují pokročilejší softwarové možnosti.

Tradiční software pro 3D tisk

Standardní krájecí software se zaměřuje na:

Generování vrstev

Ovládání výplně

Podpora tvorby

Nastavení teploty

Je určen především pro plošný tisk.

Pět{0}}osý tiskový software

Pět{0}}osé systémy vyžadují pokročilé plánování dráhy nástroje.

Mezi důležité funkce patří:

Víceosé krájení-

Software vypočítá:

Směr tisku

Úhel natočení

Pohyb nástroje

Vyhýbání se kolizi

Simulace

Před samotným tiskem mohou inženýři analyzovat:

Dráhy pohybu

Možné kolize

Chování při ukládání materiálu

To snižuje počet pokusů{0}}a{1}}chyb při vývoji prototypu.

 

Rozdíly v aplikaci

Tradiční aplikace pro stolní 3D tiskárny

Tradiční tiskárny jsou vhodné pro:

Produktový design

Prototypy vzhledu

Koncepční modely

Vzorky obalů

Školství

STEM projekty

Ukázky výroby

Základní strojírenský výcvik

Obecné prototypování

Jednoduché závorky

Kryty

Svítidla

Poskytují nákladově-efektivní řešení pro standardní aplikace.

Aplikace pro stolní 5osé 3D tiskárny

Pět{0}}osé tiskárny jsou vhodnější pro pokročilé inženýrské aplikace.

Aerospace

Aplikace zahrnují:

Lehké konstrukce

Komponenty proudění vzduchu

Složité závorky

Automobilový průmysl

Aplikace zahrnují:

Funkční prototypy

Komponenty interiéru

Testování dílů

Robotika

Aplikace zahrnují:

Robotické klouby

Lehká ramena

Upravená svítidla

Lékařské inženýrství

Aplikace zahrnují:

Anatomické modely

Přizpůsobená zařízení

Komplexní biomedicínské struktury

 

Efektivita výroby a celkové náklady

Přestože tradiční tiskárny mají nižší pořizovací náklady, pěti{0}}systémy mohou poskytnout dlouhodobější hodnotu pro pokročilé aplikace-.

Tradiční náklady na tiskárnu

Mezi možné dodatečné náklady patří:

Podpůrné materiály

Ruční dokončování

Outsourcované obrábění

Delší vývojové cykly

Pět-výhod tiskárny

Mezi potenciální úspory patří:

Snížení plýtvání materiálem

Rychlejší dokončení prototypu

Méně post{0}}zpracování

Méně výrobních kroků

U společností vyvíjejících-vysokohodnotné prototypy může zlepšení produktivity převážit počáteční investici do vybavení.

 

Srovnávací tabulka

Budoucí vývoj pětiosého-tisku pro stolní počítače

Trend vývoje aditivní výroby se ubírá směrem:

Inteligentní generování dráhy nástroje

Optimalizace tisku s podporou AI-

Automatická kalibrace

Pokročilé kompozitní materiály

Vyšší přesnost pohybu

Jak tyto technologie dospívají, stolní pěti{0}}osé tiskárny budou stále důležitější pro technický výzkum a pokročilou výrobu v malém-rozsahu.

Představují přechod od výroby jednoduchých modelů k flexibilnějším digitálním výrobním systémům.

 

Závěr

Rozdíl mezi aStolní 5osá 3D tiskárnaa tradiční 3D tiskárna není jen počet os. Představuje dva různé přístupy k aditivní výrobě.

Tradiční stolní tiskárny zůstávají cennými nástroji pro cenově dostupné a efektivní prototypování jednoduchých komponent. Jsou snadno ovladatelné a vhodné pro mnoho vzdělávacích a designových aplikací.

Pokud však projekty vyžadují složité geometrie, vyšší přesnost, lepší kvalitu povrchu, menší podpůrné struktury a pevnější funkční prototypy, poskytuje pětiosý tisk významné výhody.

Kombinací lineárního a rotačního pohybu umožňuje stolní 5osá 3D tiskárna inženýrům vyrábět díly s větší svobodou a těsnějším přizpůsobením skutečným-provozním požadavkům.

Pro výzkumné laboratoře, vývojáře produktů a výrobce, kteří hledají pokročilé možnosti prototypování, se pětiosá aditivní výroba stává důležitou technologií pro budoucnost přesného strojírenství.