تولید افزودنی در مقابل چاپ سه بعدی: درک تفاوت های کلیدی

مقدمه

در حالی که اغلب به صورت متقابل استفاده می شود ، چاپ سه بعدی و تولید افزودنی مترادف نیستند. در عوض ، چاپ سه بعدی یک شکل خاص از فرآیند صنعتی گسترده تر است که به عنوان تولید افزودنی شناخته می شود.

به بیان ساده تر ، به این روش فکر کنید: همه چاپگرهای سه بعدی تولید مواد افزودنی را انجام می دهند ، اما همه تولید مواد افزودنی توسط آنچه که ما معمولاً یک چاپگر سه بعدی می نامیم انجام نمی شود. مثل این است که بگوییم همه اتومبیل ها وسایل نقلیه هستند ، اما همه وسایل نقلیه اتومبیل نیستند (شما همچنین کامیون ، موتور سیکلت ، اتوبوس و غیره دارید).

به طور مشابه ، چاپ سه بعدی یک نوع محبوب از تولید افزودنی است ، به ویژه به دلیل دسترسی و استفاده از آن در نمونه های اولیه و پروژه های شخصی شناخته شده است ، اما دامنه کامل تولید افزودنی بسیار فراتر از آن است.

جدول برای مرور سریع:

برای درک واقعی این تمایز ، ابتدا به مفهوم بنیادی بپردازیم چاپ سه بعدی.

چاپ سه بعدی چیست؟

در هسته آن ، چاپ سه بعدی فرآیندی برای ایجاد اشیاء سه بعدی از یک طراحی دیجیتال با اضافه کردن لایه مواد بر اساس لایه است. بر خلاف روشهای تولید سنتی تفریق ، که مواد را از یک بلوک بزرگتر (مانند ماشینکاری یا حک کردن) خارج می کنند ، چاپ سه بعدی شی را از ابتدا ایجاد می کند. این رویکرد "افزودنی" برای عملکرد آن اساسی است.

روند اساسی به طور معمول شامل موارد زیر است:

1. ایجاد یک مدل سه بعدی: این معمولاً با یک طراحی دیجیتالی شروع می شود ، که اغلب با استفاده از نرم افزار طراحی با کمک رایانه (CAD) یا با اسکن یک شی موجود ایجاد می شود.
2. برش مدل: مدل سه بعدی دیجیتال سپس توسط نرم افزار تخصصی به صدها یا هزاران لایه نازک و افقی "قطعه قطعه" می شود.
3. رسوب مادی: یک چاپگر سه بعدی سپس این برش ها را می خواند و دقیقاً با توجه به سطح مقطع هر برش ، لایه مواد را به صورت لایه ای به صورت لایه بندی می کند و تا زمانی که کل شیء شکل بگیرد.

چندین فن آوری رایج زیربنای تمرین چاپ سه بعدی ، هر یک برای مواد و برنامه های مختلف مناسب است:

• مدل سازی رسوب ذوب شده (FDM) / ساخت رشته ذوب شده (FFF): این شاید مشهورترین فناوری است که در بسیاری از چاپگرهای 3D دسک تاپ استفاده می شود. این کار با اکسترود کردن یک رشته ترموپلاستیک از طریق یک نازل گرم ، ذوب کردن مواد و رسوب آن لایه به صورت لایه بر روی یک سکوی ساخت کار می کند.
• استریولیتوگرافی (SLA): این روش از لیزر UV برای درمان (هاردن) لایه رزین فتوپلیمر مایع بر اساس لایه استفاده می کند. لیزر مقطع یک شیء را در یک ظرفیت رزین ردیابی می کند و آن را جامد می کند.
• لیزر انتخابی (SLS): SLS از لیزر با قدرت بالا استفاده می کند تا به طور انتخابی ذرات کوچک پودر پلیمر را در یک ساختار جامد فیوز کند. پس از جامد شدن هر لایه ، لایه جدیدی از پودر در منطقه ساخت پخش می شود.
• پردازش نور دیجیتال (DLP): مشابه SLA ، اما از یک صفحه نمایش پروژکتور دیجیتال استفاده می کند تا یک لایه کامل از یک تصویر را به طور هم زمان چشمک بزند و به سرعت رزین را درمان کند.

از نظر تاریخی و هنوز هم عمدتاً ، چاپ سه بعدی کاربردهای اصلی خود را در:

• نمونه سازی: به سرعت ایجاد مدلهای فیزیکی طرح ها برای آزمایش و تکرار قبل از تولید انبوه. این به طور قابل توجهی چرخه ها و هزینه های طراحی را کاهش می دهد.
• پروژه های سرگرمی و آموزش: دسترسی روزافزون آن باعث شده است تا آن را برای پروژه های شخصی ، ایجاد موارد سفارشی و به عنوان ابزاری ارزشمند برای یادگیری در مورد طراحی و مهندسی در تنظیمات آموزشی ، محبوب کرده است.
• ابزار و وسایل سفارشی: تولید ابزارهای موزون یا جیگ ها برای کارهای خاص تولید ، اغلب با هزینه کمتری و چرخش سریعتر از روشهای سنتی.

در حالی که برای این برنامه ها فوق العاده متنوع است ، چاپ سه بعدی اغلب حاکی از تمرکز بر تولید در مقیاس نسبتاً کوچکتر ، اغلب با پلاستیک یا رزین ها و با تأکید بر تکرار طراحی به جای قطعات مهم استفاده نهایی است.

با مشخص کردن آنچه چاپ سه بعدی مستلزم است ، اکنون می توانیم درک خود را به اصطلاح فراگیر ارتقا دهیم: تولید افزودنی

تولید افزودنی چیست؟

در حالی که چاپ سه بعدی اغلب ماشینهای دسک تاپ را به ذهن می رساند که نمونه های اولیه پلاستیکی را ساختند ، تولید افزودنی (AM) یک روند صنعتی بسیار گسترده تر و پیشرفته تر را تعریف می کند. این اصطلاح رسمی و شناخته شده صنعت برای خانواده فناوری است که با اضافه کردن لایه مواد بر اساس لایه ، بر اساس یک مدل دیجیتال سه بعدی ، اشیاء را ایجاد می کند. در جایی که چاپ سه بعدی ممکن است به عنوان نوک در دسترس کوه یخ دیده شود ، تولید افزودنی نمایانگر فله گسترده ، پیچیده و قدرتمند در زیر سطح است ، که بر تولید قطعات استفاده نهایی با کارایی بالا متمرکز است.

تولید مواد افزودنی فراتر از نمونه سازی صرف برای شامل طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی است ، جایی که تمرکز بر تولید قوی ، کنترل کیفیت دقیق و ایجاد قطعاتی است که می توانند در برابر محیط های عملیاتی در برابر آن مقاومت کنند. این در مورد راه حل های مهندسی است ، نه فقط مدل ها. این مفهوم گسترده تر شامل اصول اصلی ساخت و ساز لایه به لایه است ، اما محدود به آن نیست.

یک تمایز دهنده اصلی برای تولید مواد افزودنی طیف گسترده ای از موادی است که از آن استفاده می کند ، که اغلب برای ویژگی های عملکرد خاص مورد نیاز در صنایع خواستار مهندسی می شوند:

• فلزات: اینجاست که واقعاً برای کاربردهای صنعتی می درخشد. از فناوری هایی مانند ذوب لیزر انتخابی (SLM) ، ذوب پرتو الکترونی (EBM) و رسوب انرژی کارگردانی (DED) برای فیوز فلزات پودر شده (به عنوان مثال ، تیتانیوم ، آلومینیوم ، فولاد ضد زنگ ، آلیاژهای نیکل) یا سیم فلزی استفاده می شود ، و باعث ایجاد مؤلفه های فلزی فوق العاده قوی و پیچیده برای هوافضا ، خودروسازی ، و صنایع پزشکی می شود.
• پلیمرهای با کارایی بالا: فراتر از پلاستیک های متداول ، AM از پلیمرهای پیشرفته (به عنوان مثال ، PEEK ، ULTEM ، نایلون 12) استفاده می کند که استحکام مکانیکی برتر ، مقاومت دما و بی تحرک شیمیایی را ارائه می دهند ، برای خواستار استفاده های صنعتی مناسب است.
• کامپوزیت ها: تولید مواد افزودنی همچنین می تواند الیاف تقویت کننده (مانند فیبر کربن یا فایبرگلاس) را در ماتریس های پلیمری در بر بگیرد تا قطعات کامپوزیت سبک و در عین حال فوق العاده قوی ایجاد کند.
• سرامیک: فرآیندهای تخصصی AM می توانند مؤلفه های سرامیکی تولید کنند که در برابر درجه حرارت بالا ، سایش و خوردگی مقاوم هستند ، در زمینه های هوافضا و زیست پزشکی مفید هستند.
• ماسه: برای ریخته گری صنعتی ، AM می تواند قالب ها و هسته های ماسه ای را مستقیماً از طرح های دیجیتالی چاپ کند ، و به طرز چشمگیری روند ریخته گری را سرعت بخشید.

در اصل ، تولید افزودنی در مورد تبدیل طرح های دیجیتالی به محصولات فیزیکی عملکردی ، با کیفیت بالا و اغلب بسیار پیچیده برای استفاده مستقیم در صنایع مختلف است و مرزهای آنچه را که در طراحی و تولید ممکن است وجود دارد.

با درک روشنی از هر دو اصطلاح ، اکنون می توانیم تفاوتهای کلیدی را بیان کنیم که تولید افزودنی را از آنچه معمولاً به عنوان چاپ سه بعدی درک می شود ، متمایز می کند.

تفاوت های کلیدی بین تولید افزودنی و چاپ سه بعدی

در حالی که چاپ سه بعدی نوعی تولید افزودنی است ، درک تمایز آنها برای قدردانی از دامنه و قابلیت های کامل این فناوری ها بسیار مهم است. این تفاوت ها در درجه اول در مقیاس آنها ، برنامه های معمولی ، مواد مورد استفاده و دقت و کیفیت مورد انتظار از خروجی های آنها نهفته است.

مقیاس و کاربرد: از نمونه سازی تا تولید

• چاپ سه بعدی: اغلب با عملیات در مقیاس کوچکتر همراه است ، چاپ سه بعدی به طور گسترده ای اتخاذ می شود نمونه سازی سریع ، اهداف آموزشی و پروژه های سرگرمی. استحکام آن در ایجاد سریع مدل های فیزیکی برای تجسم طرح ها ، فرم تست و تناسب است و مفاهیم را به طور مؤثر تکرار می کند. تأکید به طور معمول بر سرعت و قیمت مناسب برای مفهوم سازی به جای عملکرد نهایی محصول است.
• تولید افزودنی: این به کاربرد درجه صنعتی فن آوری های افزودنی اشاره دارد. به سمت تولید در مقیاس بزرگتر قطعات و اجزای کاربردی ، استفاده نهایی. تولید افزودنی تولید دیجیتالی مستقیم ، سفارشی سازی انبوه و تولید هندسه های پیچیده را که با روشهای سنتی غیرممکن یا هزینه ای هستند ، تسهیل می کند. تمرکز در اینجا بر عملکرد قوی ، قابلیت اطمینان و ادغام در زنجیره های عرضه برای محصولات نهایی است.

مواد مورد استفاده: از پلاستیک گرفته تا آلیاژهای عملکرد

• چاپ سه بعدی: معمولاً از مواد باریک تر استفاده می کند ، در درجه اول ترموپلاستیک (مانند PLA ، ABS ، PETG) و رزین های فتوپلیمر بشر این مواد به طور کلی پردازش ، ارزان تر و ایده آل برای قطعات غیر بحرانی یا نمونه های اولیه بصری که در آن مقاومت مکانیکی بالا یا مقاومت های خاص محیطی مهم نیست ، آسان تر است.
• تولید افزودنی: از مواد بسیار گسترده تر و پیشرفته تری استفاده می کند ، از جمله کارایی بالا فلزات (به عنوان مثال ، آلیاژهای تیتانیوم ، Superalloys مبتنی بر نیکل ، فولاد ضد زنگ) ، مهندسی پلیمرها (به عنوان مثال ، Peek ، Ultem) ، پیشرفته ترکیب ، و حتی سرامیک بشر این مواد برای خصوصیات مکانیکی ، حرارتی و شیمیایی خاص آنها انتخاب می شوند و امکان ایجاد قطعات برای کاربردهای خواستار در صنایع هوافضا ، پزشکی و خودرو را فراهم می کنند.

دقت و کیفیت: از تحمل تا صدور گواهینامه

• چاپ سه بعدی: در حین بهبود ، چاپ سه بعدی صنعتی مصرف کننده و سطح ورودی ممکن است داشته باشد تحمل بیشتر برای خطا یا نیازهای دقیق تر برای دقت بعدی و پایان سطح. هدف اصلی اغلب ایجاد یک مدل فیزیکی نماینده به سرعت است که در آن ممکن است نواقص جزئی قابل قبول باشد.
• تولید افزودنی: خواسته ها دقت ، دقت و کنترل کیفیت قابل توجهی بالاتر است برای قطعات کاربردی و استفاده نهایی. مؤلفه های تولید شده از طریق تولید افزودنی اغلب نیاز به آزمایش دقیق ، اعتبار سنجی خاصیت مواد و پیروی از استانداردهای صنعت (به عنوان مثال ، گواهینامه های هوافضا ، مقررات دستگاه پزشکی) دارند. مراحل پس از پردازش (مانند عملیات حرارتی ، ماشینکاری یا اتمام سطح) نیز در ساخت افزودنی برای دستیابی به خصوصیات مکانیکی مورد نیاز و کیفیت سطح بسیار مهم هستند و به پیچیدگی و دقت فرایند کلی می افزایند.

دقیق ترین روش برای توصیف آن این است که چاپ سه بعدی زیر مجموعه ای از تولید افزودنی است

رابطه: آیا آنها یکسان هستند؟

نه ، آنها یکسان نیستند ، اما به طور پیچیده ای در ارتباط هستند. دقیق ترین روش برای درک رابطه بین چاپ سه بعدی و تولید افزودنی ، تشخیص آن است چاپ سه بعدی زیر مجموعه ای از تولید مواد افزودنی است .

با استفاده از یک قیاس آشنا به آن فکر کنید: همه مربع ها مستطیل هستند ، اما همه مستطیل ها مربع نیستند.

• A مستطیل یک دسته گسترده تر از چهار ضلعی با چهار زاویه راست است.
• A مربع یک نوع خاص از مستطیل است که در آن هر چهار طرف از طول برابر هستند.

در همین راستا:

• تولید افزودنی فرآیند فراگیر و درجه صنعتی از لایه های اشیاء ساختمان با استفاده از مواد و فن آوری های مختلف برای قطعات استفاده نهایی کاربردی است. این "مستطیل" گسترده تر است.
• چاپ سه بعدی یک روش خاص ، غالباً در دسترس تر و محبوب تر ، در ساخت افزودنی ، به طور معمول با نمونه سازی ، تولید در مقیاس کوچکتر و طیف باریک تر از مواد (اغلب پلاستیک) همراه است. این "مربع" خاص تر در "مستطیل" بزرگتر است.

بنابراین ، هنگامی که شخصی به چاپ سه بعدی اشاره می کند ، روشی را توصیف می کند که ذاتاً تولید افزودنی را انجام می دهد. با این حال ، هنگام بحث در مورد تولید افزودنی ، شامل طیف وسیع تری از فناوری ها ، مواد و برنامه های پیشرفته ای است که بسیار فراتر از آنچه عموم مردم به طور معمول با "چاپ سه بعدی" ارتباط دارند. اصطلاح "تولید افزودنی" بر هدف صنعتی ، دقت و قابلیت های عملکردی برای کاربردهای مهم تأکید می کند ، در حالی که "چاپ سه بعدی" اغلب مفهوم عمومی تر از ایجاد لایه اشیاء سه بعدی را به صورت لایه برجسته می کند.

مزایای تولید افزودنی

تولید افزودنی به عنوان یک فناوری تحول آمیز ظاهر شده است و مزایای قانع کننده ای نسبت به روشهای تولید سنتی ارائه می دهد. این مزایا باعث افزایش فرزندخواندگی آن در بسیاری از صنایع ، از هوافضا تا مراقبت های بهداشتی می شود.

سفارشی سازی و پیچیدگی

یکی از مهمترین مزایای تولید افزودنی ، توانایی بی نظیر آن در ایجاد است هندسه های بسیار پیچیده و سازه های داخلی پیچیده ای که تولید آن با تکنیک های معمولی مانند ماشینکاری یا قالب بندی غیرممکن یا بسیار گران قیمت هستند. این آزادی طراحی به مهندسین اجازه می دهد:

• عملکرد قسمت را بهینه کنید: سازه های سبک وزن را با شبکه های داخلی یا طرح های لانه زنبوری ایجاد کنید که باعث کاهش مصرف مواد بدون به خطر انداختن قدرت می شود.
• مجامع ادغام: چندین قسمت را در یک مؤلفه واحد و پیچیده ترکیب کنید ، زمان مونتاژ را کاهش دهید ، نقاط شکست بالقوه و وزن کلی.
• محصولات متناسب با نیازهای خاص: محصولات واقعاً سفارشی ، از ایمپلنت های پزشکی خاص بیمار گرفته تا استفاده از ابزار برای یک فرآیند تولید خاص ، همه بدون نیاز به قالب های جدید یا استفاده مجدد گسترده را تولید کنید.

زباله های کاهش یافته

بر خلاف تولید کمرنگ ، که با یک بلوک بزرگتر از مواد شروع می شود و بیش از حد را از بین می برد تا زمانی که شکل مورد نظر حاصل شود (اغلب منجر به زباله های قابل توجه می شود) ، تولید افزودنی ذاتاً است فرایند کارآمد .

• تولید تقریباً خالص شکل: فقط از مواد دقیقاً مورد نیاز برای قسمت استفاده می شود ، لایه بر روی لایه. این به طور قابل توجهی زباله های مادی را کاهش می دهد ، اغلب در مقایسه با روش های سنتی ، 70-90 ٪.
• رویکرد سازگار با محیط زیست: کاهش مصرف مواد نه تنها هزینه ها را کاهش می دهد بلکه به شیوه های تولید پایدارتر نیز کمک می کند ، با تلاش های جهانی به سمت حفاظت از منابع و به حداقل رساندن تأثیرات زیست محیطی ، هماهنگ می شود.

سرعت و کارآیی

تولید افزودنی از نظر زمان بندی تولید ، به ویژه برای قطعات پیچیده یا سفارشی ، مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد.

• زمان تولید سریعتر: برای بسیاری از برنامه ها ، به ویژه نمونه سازی و تولید دسته ای کوچک به متوسط ​​، AM می تواند قطعاتی را بسیار سریعتر از روشهای سنتی تولید کند که نیاز به تنظیم گسترده ، ابزار یا مراحل پردازش چندگانه دارند.
• کاهش زمان سرب: امکان رفتن مستقیم از یک طراحی دیجیتال به یک قسمت فیزیکی بدون نیاز به ابزار پیچیده یا قالب ها ، زمان سرب را از مفهوم به محصول نهایی به طرز چشمگیری کوتاه می کند. این چابکی به شرکتها اجازه می دهد تا سریعتر به خواسته های بازار پاسخ دهند و چرخه توسعه محصول را تسریع کنند.
• تولید در صورت تقاضا: AM قابلیت های "چاپ بر روی تقاضا" را تسهیل می کند ، نیاز به موجودی های بزرگ و امکان تولید موضعی ، بهبود بیشتر کارایی و کاهش لجستیک را کاهش می دهد.

کاربردهای تولید افزودنی

قابلیت های منحصر به فرد تولید افزودنی ، به ویژه توانایی آن در ایجاد هندسه های پیچیده ، استفاده از مواد با کارایی بالا و تسهیل سفارشی ، منجر به پذیرش تحول آمیز آن در طیف گسترده ای از صنایع شده است. این دیگر فقط یک ابزار نمونه سازی نیست بلکه یک روش مناسب برای تولید مؤلفه های مهم و مهم و بسیار تخصصی است.

هوا و فضا

صنعت هوافضا یک فرزندخوانده اولیه و ذینفع تولید افزودنی است که ناشی از نیاز بحرانی به قطعات سبک و با کارایی بالا است که می تواند در برابر شرایط شدید مقاومت کند.

• تولید قطعات سبک برای هواپیما: AM امکان ایجاد ساختارهای داخلی پیچیده ، مانند شبکه ها را فراهم می کند که می تواند وزن اجزای (به عنوان مثال ، براکت ها ، مجرای هوا ، عناصر ساختاری) را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. هواپیماهای سبک تر سوخت کمتری مصرف می کنند و منجر به صرفه جویی در هزینه عملیاتی و کاهش انتشار آن می شوند.
• اجزای موتور سفارشی: از تولید افزودنی برای تولید تیغه های توربین پیچیده ، نازل سوخت و سایر قطعات موتور با کانال های خنک کننده بهینه و هندسه های بهینه سازی شده با روشهای سنتی استفاده می شود. این باعث افزایش کارایی و عملکرد موتور می شود.
• قطعات جایگزینی در صورت تقاضا: توانایی چاپ قطعات در صورت تقاضا ، نیاز به موجودی های بزرگ را کاهش می دهد و فرآیندهای تعمیر و نگهداری و تعمیر را سرعت می بخشد ، به ویژه برای هواپیماهای قدیمی که در آن قطعات یدکی معمولی ممکن است کمیاب باشد.

مراقبت های بهداشتی

تولید افزودنی با فعال کردن داروهای شخصی و وسایل پزشکی نوآورانه ، مراقبت های بهداشتی را متحول می کند.

• ایجاد ایمپلنت و پروتزهای سفارشی: بر اساس اسکن های آناتومیکی خاص آستین بیمار ، AM می تواند راهنماهای جراحی مناسب ، ایمپلنت های جمجمه ، ایمپلنت های ارتوپدی (به عنوان مثال ، تعویض لگن و زانو) و اندامهای پروتز که کاملاً با آناتومی بیمار مطابقت داشته باشد ، تولید کند و منجر به تناسب بهتر ، راحتی و پیامدهای شود.
• زیست سنجی بافت ها و اندام ها: در حالی که هنوز در مرحله تحقیق تا حد زیادی در مرحله تحقیق است ، BioPrinting از "پیوندهای زیستی" حاوی سلولهای زنده برای ایجاد ساختارهای سه بعدی استفاده می کند که بافت های انسان را تقلید می کند و در نهایت ، به طور بالقوه اندام ها. این وعده های عظیمی برای آزمایش دارو ، مدل سازی بیماری و داروهای احیا کننده دارد ، اگرچه چاپ اندام عملکردی برای پیوند یک هدف بلند مدت است.
• مدل های جراحی: جراحان می توانند از مدل های آناتومیکی چاپی سه بعدی حاصل از اسکن بیمار برای برنامه ریزی روشهای پیچیده ، بهبود دقت و کاهش زمان جراحی استفاده کنند.

خودرو

بخش خودرو از تولید افزودنی هم برای توسعه سریع و هم برای تولید اجزای تخصصی استفاده می کند.

• تولید قطعات اتومبیل سفارشی و ابزار: AM برای تولید کم حجم وسایل نقلیه تخصصی ، ترمیم اتومبیل کلاسیک و اجزای بسیار سفارشی برای اتومبیل های عملکردی استفاده می شود. همچنین از آن به طور گسترده ای برای چاپ جیگ ها ، وسایل و سایر ابزارهای تولیدی که خطوط مونتاژ را بهینه می کند ، استفاده می شود.
• نمونه سازی سریع طرح های جدید: صنعت خودرو برای ایجاد سریع نمونه های اولیه از طرح های جدید ، از قطعات داخلی گرفته تا قطعات موتور ، تسریع در چرخه طراحی و آزمایش مدل های جدید وسیله نقلیه ، به چاپ سه بعدی متکی است.
• اجزای بهینه شده برای وسایل نقلیه برقی (EVS): با تکامل EVS ، AM برای تولید محفظه های باتری سبک ، سیستم های خنک کننده بهینه و اجزای حرکتی تخصصی برای بهبود کارآیی و دامنه مورد بررسی قرار می گیرد.

چالش ها و محدودیت ها

با وجود پتانسیل انقلابی و مزایای بی شماری ، تولید افزودنی بدون موانع آن نیست. چندین چالش و محدودیت در حال حاضر بر پذیرش و عملکرد گسترده آن در برنامه های خاص تأثیر می گذارد. درک این موارد برای انتظارات واقع گرایانه و هدایت توسعه آینده در این زمینه بسیار مهم است.

هزینه

سرمایه گذاری اولیه و هزینه های عملیاتی در حال انجام مرتبط با تولید افزودنی می تواند قابل توجه باشد.

• سرمایه گذاری اولیه در تجهیزات می تواند زیاد باشد: دستگاه های تولید افزودنی با درجه صنعتی ، به ویژه آنهایی که قادر به پردازش فلزات یا پلیمرهای پیشرفته هستند ، هزینه قابل توجهی سرمایه را نشان می دهند. این می تواند مانعی برای شرکت های کوچکتر یا برای اتخاذ AM برای برنامه های کمتر مهم باشد.
• هزینه های مواد می تواند قابل توجه باشد: پودرهای تخصصی ، رشته ها یا رزین های مورد نیاز برای AM اغلب در هر کیلوگرم گران تر از مواد فله سنتی است که در فرآیندهای تولید معمولی استفاده می شود. این امر به ویژه در مورد آلیاژهای فلزی با کارایی بالا یا پلیمرهای مهندسی سفارشی صادق است.
• هزینه های عملیاتی: مصرف انرژی برای برخی از فرآیندها ، نیازهای تخصصی گاز (به عنوان مثال ، آرگون برای چاپ فلز) و نیاز به اپراتورهای ماهر نیز به هزینه کلی کمک می کند.

مقیاس پذیری

در حالی که AM در سفارشی سازی و تولید کم حجم عالی است ، مقیاس بندی برای تولید انبوه در بسیاری از موارد همچنان یک چالش است.

• مقیاس بندی تولید می تواند چالش برانگیز باشد: ماهیت لایه به لایه تولید افزودنی اغلب منجر به کندتر نرخ ساخت در مقایسه با فرآیندهای سنتی با حجم بالا مانند قالب تزریق یا تمبر می شود. تولید میلیون ها قسمت یکسان با کارآمد با AM می تواند دشوار و وقت گیر باشد.
• پاسخگویی به مطالبات با حجم بالا: برای کالاهای مصرفی یا قطعات خودرو که به میلیون ها واحد نیاز دارند ، روشهای تولید سنتی اغلب همچنان از مزیت اقتصادی و سرعت برخوردار هستند. AM در حال حاضر برای تولید حجم پیچیده ، سفارشی یا کم به متوسط ​​مناسب تر است.
• تنگناهای پس از پردازش: بسیاری از قطعات AM برای دستیابی به خصوصیات مکانیکی مورد نظر و کیفیت سطح ، نیاز به پردازش قابل توجهی پس از (به عنوان مثال ، حذف ساختار پشتیبانی ، تصفیه حرارت ، اتمام سطح ، ماشینکاری) دارند. این مراحل دستی یا نیمه اتوماتیک می تواند زمان ، هزینه را اضافه کند و مقیاس پذیری کل گردش کار تولید را محدود کند.

خاصیت مواد

اطمینان از خصوصیات مواد سازگار و قابل پیش بینی در قطعات تولیدی که به صورت مواد افزودنی تولید می شود ، یک منطقه در حال انجام تحقیق و توسعه است.

• تضمین خصوصیات مواد سازگار: فرآیند ساخت لایه به لایه ، چرخه های گرمایش سریع و خنک کننده و پتانسیل برای تنش های داخلی می تواند منجر به خصوصیات ناهمسانگرد (خواصی که با جهت متفاوت است) یا نقص میکروسکوپی (به عنوان مثال تخلخل) در قسمت. این می تواند بر قدرت خستگی ، انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان کلی ، به ویژه برای کاربردهای مهم تأثیر بگذارد.
• محدودیت در انتخاب مواد: در حالی که دامنه مواد سازگار در حال رشد است ، اما در مقایسه با تولید سنتی هنوز محدودتر است. همه مواد را نمی توان به صورت اضافی پردازش کرد ، و دستیابی به همان عملکرد مواد با قطعات تولید شده معمولی می تواند برای برخی از آلیاژها یا پلیمرها چالش برانگیز باشد.
• صلاحیت و صدور گواهینامه: برای صنایع بسیار تنظیم شده مانند هوافضا و پزشکی ، واجد شرایط و تأیید قطعات معتبر تولید شده برای رعایت استانداردهای سختگیرانه عملکرد و ایمنی ، یک فرایند پیچیده ، وقت گیر و گران است.

روندهای آینده در تولید افزودنی

تولید افزودنی یک زمینه پویا است که به طور مداوم با پیشرفت های سریع در فناوری ، علم مواد و ادغام در حال تحول است. با نگاهی به آینده ، چندین روند کلیدی برای گسترش بیشتر توانایی های خود و تقویت نقش آن به عنوان یک فرآیند تولید اصلی آماده شده است.

پیشرفت در مواد

توسعه مداوم مواد جدید و بهبود یافته برای باز کردن پتانسیل کامل AM برای کاربردهای متنوع بسیار مهم است.

• توسعه مواد جدید با خواص بهبود یافته: محققان به طور فعال در حال توسعه آلیاژهای جدید ، پلیمرهای با کارایی بالا و مواد کامپوزیتی هستند که به طور خاص برای فرآیندهای افزودنی بهینه شده اند. این شامل موادی با نسبت قدرت به وزن ، مقاومت در برابر خستگی بهتر ، خواص حرارتی برتر و افزایش سازگاری زیست سازگار است. هدف این است که مطابقت داشته باشد یا حتی از خواص قطعات معمولی تولید شود.
• استفاده از نانومواد در تولید مواد افزودنی: ترکیب نانوذرات و سایر نانومواد در فرآیندهای AM نوید ایجاد قطعات با خواص بی سابقه را در اختیار دارد. این می تواند به موادی با قابلیت های خود درمانی ، افزایش هدایت یا سختی برتر منجر شود و درها را به سمت کاربردهای کاملاً جدید باز کند.
• چاپ چند ماده ای: توانایی ترکیب دقیق مواد مختلف در یک چاپ واحد ، ایجاد قطعات با خصوصیات مختلف در مناطق مختلف ، منطقه قابل توجهی از تمرکز است. این می تواند به مؤلفه هایی با بخش های نرم و سفت و سخت ، مسیرهای رسانا و عایق یا سنسورهای یکپارچه منجر شود.

اتوماسیون و هوش مصنوعی

ادغام اتوماسیون و هوش مصنوعی (AI) به منظور افزایش بهره وری ، قابلیت اطمینان و هوش گردش کار تولید افزودنی است.

• ادغام هوش مصنوعی برای بهینه سازی فرآیند: الگوریتم های یادگیری هوش مصنوعی و ماشین برای بهینه سازی هر مرحله از فرآیند AM ، از تولید طراحی (طراحی تولیدی) گرفته تا نظارت بر فرآیند در زمان واقعی و کنترل کیفیت تهیه شده اند. هوش مصنوعی می تواند خرابی های احتمالی چاپ را پیش بینی کند ، پارامترهای ساخت بهینه را پیشنهاد کند و حتی ترکیبات جدید مواد را شناسایی کند.
• گردش کار و تولید خودکار: اتوماسیون در حال پیشبرد پیش پردازش (به عنوان مثال ، قرار دادن خودکار قسمت ، تولید پشتیبانی) ، نظارت در محل در طول ساخت و مراحل پس از پردازش (به عنوان مثال ، حذف خودکار پشتیبانی ، اتمام سطح) است. این باعث کاهش مداخله دستی ، افزایش توان می شود و قوام را بهبود می بخشد.
• دوقلوهای دیجیتال: ایجاد "دوقلوهای دیجیتال" فرآیندهای تولید افزودنی و قطعات امکان نظارت بر زمان واقعی ، نگهداری پیش بینی و شبیه سازی عملکرد را در شرایط مختلف ، افزایش بیشتر قابلیت اطمینان و کاهش چرخه های توسعه فراهم می کند.

افزایش فرزندخواندگی

با بالغ شدن این فناوری و فواید آن به طور گسترده ای شناخته می شود ، تولید افزودنی قرار است حتی در صنایع مختلف پذیرش گسترده تری نیز مشاهده کند.

• پذیرش گسترده تر در صنایع مختلف: فراتر از هوافضا و پزشکی ، صنایعی مانند کالاهای مصرفی ، انرژی ، ساخت و ساز و حتی مواد غذایی در حال کاوش و اجرای AM برای کاربردهای تخصصی هستند. تمرکز از استفاده از طاقچه ها به نقش های یکپارچه تر در زنجیره های تولید تغییر می کند.
• رشد در خدمات تولید افزودنی: گسترش دفاتر خدمات تخصصی AM به شرکت ها اجازه می دهد تا بدون سرمایه گذاری قابل توجه در تجهیزات ، از این فناوری استفاده کنند. این ارائه دهندگان خدمات تخصص ، طیف گسترده ای از مواد و ظرفیت تولید را ارائه می دهند و باعث می شود که در دسترس تر باشم.
• تولید و انعطاف پذیری زنجیره تأمین غیر متمرکز: توانایی AM در تولید قطعات در صورت تقاضا و نزدیکتر به نقطه نیاز می تواند به زنجیره های تأمین کننده و محلی تر و محلی کمک کند و باعث کاهش اعتماد به مراکز تولیدی دوردست و کاهش خطرات مرتبط با اختلالات جهانی شود.
• استاندارد و گواهینامه: با بالغ شدن صنعت ، توسعه استانداردهای واضح تر و مسیرهای صدور گواهینامه برای فرآیندهای AM و مواد اعتماد به نفس بیشتری ایجاد می کند و تصویب گسترده تر را تسهیل می کند ، به ویژه در بخش های بسیار تنظیم شده .