Porównanie technologii obróbki skrawaniem oraz wytwarzania przyrostowego elementów wykonanych z tworzyw sztucznych – cz. II
Wnioski – obróbka skrawaniem a druk 3D
Analizując wyniki powyższych badań, można stwierdzić, że największym ograniczeniem druku 3D jest czas potrzebny na wyprodukowanie elementu. To około 8 razy dłużej niż przy obróbce konwencjonalnej i ponad 90 razy dłużej niż przy obróbce CNC (w prezentowanym teście). Skrócenie czasu drukowania można osiągnąć poprzez zmniejszenie gęstości wypełnienia modelu, jednak wpływa to na mniejszą wytrzymałość elementu. W pracy [28] autor wspomniał, że urządzenia pracujące z wyższą rozdzielczością (lepszą jakością) jednocześnie nakładają cieńsze warstwy materiału. Zmniejszenie grubości warstw powoduje zwiększenie ich ilości, w porównaniu do wykonania danego detalu na urządzeniu o mniejszej rozdzielczości. Więcej warstw prowadzi do dłuższego czasu drukowania, a tym samym do wzrostu kosztów wynikających z większej pracochłonności. Produkcja dużych serii produktów w stosunkowo krótkim czasie wymaga większej liczby urządzeń. Jednak w procesach addytywnych tworzymy coś z niczego, więc musi to zająć więcej czasu niż użycie procesu odejmowania, w którym materiał jest usuwany z objętości półfabrykatu wejściowego.
Obróbka subtraktywna
Najbardziej widoczne wady obróbki subtraktywnej to niewątpliwie konieczność posiadania drogich a także specjalistycznych maszyn i narzędzi. Maszyny CNC i drukarki 3D są dostępne w różnych cenach w oparciu o funkcje i jakość wykonania, ale zazwyczaj drukarki 3D można nabyć za znacznie niższą inwestycję (koszt nawet poniżej 220 €) niż maszyny CNC. Inna sprawa to technologia, która w procesie obróbki skrawaniem jest trudniejsza do opanowania a także wymaga doświadczonego operatora maszyny, m.in. w zakresie doboru odpowiednich narzędzi i parametrów procesu.
Zaletami obróbki subtraktywnej są przede wszystkim szybkość wytwarzania kolejnych części oraz możliwość uzyskania dobrej jakości powierzchni i niskiej chropowatości. Najlepszy wniosek w tej sprawie przedstawił Pereira [15], wielkość produkcji jest najważniejszym czynnikiem, podczas gdy dostosowanie i złożoność są wymienne pod względem wpływu.
Odpady poprocesowe
Jeśli chodzi o aspekty środowiskowe i odpady materiałowe, prawie całkowity brak odpadów poprocesowych stawia technikę druku 3D na jednej z czołowych pozycji wśród obecnie znanych metod pod względem utylizacji materiałów. W tej pracy (dla części wykonanej metodą obróbki skrawaniem) około 87% materiału zostało usunięte a następnie zamienione na wióry. Geometria badanego elementu jest jedynie przykładem i nie można na jej podstawie wyciągnąć daleko idących wniosków co do ilości odpadów, ale pokazuje wyraźną różnicę w zakresie wykorzystania surowców w obu technologiach.
Jakość
Oprócz kwestii kosztów i czasochłonności warto wspomnieć o jakości. Jakość powierzchni po obróbce ubytkowej jest nieporównywalnie lepsza niż na wydruku. Jednak odpowiedni dobór parametrów technologicznych może znacząco wpłynąć na jakość drukowanej powierzchni. W przypadku tworzyw sztucznych metoda subtraktywna wiąże się z problemami z temperaturą w strefie skrawania. Prowadzi to do przypaleń, odkształceń plastycznych, przyklejania się wióra do obrabianej powierzchni a także pojawiania się błysków i zadziorów. Oczywiście wady te można zredukować poprzez dobór narzędzi oraz parametrów.
W pracy [26] autorzy pisali o parametrach druku a także pokazali powierzchnie próbek testowych. Odpowiednie warunki drukowania są równie istotne jak parametry obróbki skrawaniem, choć druk 3D uważany jest za znacznie mniej skomplikowany. Czy można więc jednoznacznie odpowiedzieć, która opisana metoda jest lepsza? Nie ma jednoznacznej odpowiedzi, wszystko zależy od tego, co i w jakich warunkach będzie produkowane. Pewne jest jednak, że druk 3D daje ogromne możliwości i jest uzupełnieniem klasycznych metod produkcji, takich jak obróbka skrawaniem.
Piśmiennictwo dostępne w wydaniu 9-10/22 czasopisma oraz w redakcji.
dr inż. Magdalena Wiśniewska
Katedra Obrabiarek i Technologii Mechanicznych
Wydział Mechaniczny
Politechnika Wrocławska
napisz do autora: m.wisniewska@pwr.edu.pl
Galeria
Co tydzień otrzymaj od nas porządną dawkę wiedzy o branży przemysłowej!
