Metalladditive Fertigung kann ein kompliziertes Thema sein, insbesondere für diejenigen, die neu in der Branche sind. Aber Metall-AM ist nur eine Möglichkeit, ein Teil herzustellen; Es gibt Dutzende anderer „traditioneller“ Methoden, auf die man sich seit Jahrhunderten verlässt. Obwohl Metall-AM ein relativer Neuling ist, bietet es unzähligen Branchen eine Welt voller Möglichkeiten, die Teile mit komplexen Geometrien drucken und mehr Kontrolle über ihre Lieferketten erlangen möchten, ohne sich auf komplexe Netzwerke qualifizierter Maschinisten verlassen zu müssen.
In Teil eins dieser Einführung zu Metall AM diskutierten wir die additive Fertigung auf hohem Niveau und hoben die Schritte vom Design bis zur Nachbearbeitung hervor, die zur Herstellung eines fertigen Teils erforderlich sind. In diesem zweiten Teil werden wir uns einige traditionelle Formen der Fertigung ansehen und erörtern, wie sich Metall-AM unterscheidet – und was es einzigartig macht.
Gießen und Schmieden
Gießen ist eine der ältesten bekannten Formen der Metallurgie mit Wurzeln im alten Mesopotamien. Es gibt mehrere Formen des Gießens: Druckguss, Gipsguss, Sandguss und mehr, aber der Prozess ist für alle grundsätzlich ähnlich: Geschmolzenes Metall wird in eine Form gegossen, wo es abkühlt und aushärtet. Das Teil wird dann extrahiert und nachbearbeitet, wodurch das fertige Teil für seine endgültige Verwendung übrig bleibt.
Es gibt mehrere Vorteile des Gießens: Das Verfahren kann kostengünstiger sein, da es auf Maschinen mit niedrigerer Technologie angewiesen ist, die Teile robust sind und eine hohe Druckfestigkeit aufweisen und aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden können, das Verfahren kann zur Herstellung großer Objekte verwendet werden und mehr. Da Automatisierung und High-Tech-Designsoftware viele Facetten des Fertigungsbereichs verändert haben, können Gussteile im Vergleich zu vor Jahrzehnten komplexere Designs handhaben.
Bei all seinen positiven Eigenschaften hat das Gießen aber auch Schwächen. Das Verfahren ermöglicht keine Präzisionsteile, insbesondere wenn es um komplexe interne Strukturen geht. Darüber hinaus gibt es lange Vorlaufzeiten für Teile, da sie spezialisierte Konstrukteure und Maschinisten erfordern; und jede neue Design-Iteration erfordert die Herstellung separater Gussteile, was den Prozess für die Entwicklung neuer Teile besonders langwierig macht.
Löten und Schweißen
Löten und Schweißen sind wie Gießen und Schmieden zwei der etabliertesten Formen der Teilefertigung. Und ähnlich wie beim Gießen gibt es viele Formen des Lötens und Schweißens mit einem übergreifenden Prozess, der sie vereint: Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt wird in seinen flüssigen Zustand erhitzt und verwendet, um zwei oder mehr härtere Metallteile miteinander zu verbinden. Löten unterscheidet sich vom Schweißen dadurch, dass es sich um einen automatisierten Prozess handelt; Teile können in einem Ofen durch Erhitzen des Füllmetalls in Massenproduktion hergestellt werden und flowes durch Fugen führen, um Metalle zu verbinden. Das Schweißen kann mithilfe von Robotern automatisiert werden, aber dieser Prozess ist in der Regel viel kostspieliger und wird normalerweise manuell von erfahrenen Schweißern durchgeführt.
Löten und Schweißen haben beide ihre Vorteile. Beim Löten wird es aufgrund seiner Abhängigkeit von der Automatisierung häufig für Massenteile gewählt. Schweißen, insbesondere wenn es von einem erfahrenen Schweißer durchgeführt wird, wird häufig aufgrund seiner Fähigkeit gewählt, komplexe und kleine Teile herzustellen, die für die Massenproduktion unzuverlässig sind. Beide Verfahren werden auch deshalb gewählt, weil mehrere Materialien mit Zusatzmetallen miteinander verschmolzen werden können.
Hartlöten, ähnlich wie Gießen, kann bei der Herstellung komplexer Teilegeometrien jedoch unzuverlässig sein, und da das Schweißen auf qualifizierte Handwerker angewiesen ist (in einer Branche, die unter Arbeitskräftemangel leidet), können die Bearbeitungszeiten von Teilen für Unternehmen, die schnell Spezialteile benötigen, unrealistisch sein und kann sich keine monatelange Verzögerungszeit leisten.
CNC-VERARBEITUNG
Die CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) verwendet vorprogrammierte Computersoftware, um Fabrikmaschinen wie Drehbänke, Mühlen und Schleifmaschinen zur Herstellung eines Teils zu betreiben. Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktiver Prozess, d. h. sie beginnt mit größeren Metallstücken, die innerhalb des CNC-Prozesses manipuliert werden, um das fertige Teil herzustellen.
Die CNC-Bearbeitung wird für ihre Präzision geschätzt; Da der gesamte Prozess automatisiert und durch komplexe Computerprogramme und speziell kalibrierte Maschinen gesteuert wird, sind die resultierenden Teile in der Regel von hoher Qualität, mit exakten Winkeln und Gleichmäßigkeit. Die Zuverlässigkeit des Verfahrens und der relativ geringe Arbeitsaufwand machen es auch ideal für die Massenproduktion von Präzisionsteile.
Mit den Präzisionsmöglichkeiten der CNC-Bearbeitung gehen jedoch höhere Kosten einher. Obwohl der Prozess keinen erheblichen Einsatz von Fachpersonal erfordert, sind CNC-Maschinen teuer. Der Preis der Teile kann auch je nach Komplexität steigen. Die Herstellung von Teilen mit geringeren Winkeln oder dünnen Wänden kann eine Herausforderung für die CNC-Bearbeitung darstellen, und mit zunehmendem Schwierigkeitsgrad steigen auch der Preis und die Teilezuverlässigkeit.
Wo sich die additive Fertigung auszeichnet
Anscheinend nimmt die fortschrittliche additive Metallfertigung viele der Stärken des Schweißens und der CNC-Bearbeitung und erfindet sie in etwas Neuem und Anderem. Im Gegensatz zur CNC-Bearbeitung ist Metall AM eher ein additiver als ein subtraktiver Prozess. Das von Velo3D verwendete Laser Powder Bed Fusion (LPBF) beginnt mit Metallpulver, das mit präzise kalibrierten Lasern (wie beim Schweißen) auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wird, wodurch jede Schicht mit der darunter liegenden Schicht verbunden wird. Schicht für Schicht wird das Teil von Grund auf neu aufgebaut, wobei präzise Spezifikationen abgearbeitet werden, die in fortschrittliche Software (wie CNC-Bearbeitung) programmiert sind.
Da Advanced Metal AM automatisiert ist, werden Präzisionsteile erstellt, ohne dass selbst qualifizierte Prozesse wie Gießen, Schmieden, Löten und Schweißen erforderlich sind. Velo3D hat auch Pionierarbeit geleistet bei a SupportFree™ Druckprozess, wodurch die End-to-End-Lösung von Velo3D Teile mit komplexen internen Strukturen, dünnen Wänden und niedrigen Winkeln mit wenig bis gar keinen Stützstrukturen herstellen kann. Dies wiederum reduziert den Bedarf an komplizierter Nachbearbeitung, die für herkömmliche Herstellungsprozesse typisch ist.
Ein weiterer Game-Changer mit Velo3D ist die Integration von Software und Hardware. Da Velo3D-Designdateien für Velo3D-Maschinen einzigartig sind, kann jedes Teil auf jeder Maschine gedruckt werden, was ein Maß an Kontrolle bietet, das mit anderen Fertigungsprozessen unmöglich ist. Diese Integration hilft Unternehmen, Teile nach Bedarf zu produzieren, wodurch viele der Komplikationen gelöst werden, die traditionelle Herstellungsprozesse innerhalb der Lieferkette plagen. Die daraus resultierenden Vorlaufzeiten für Teile, die durch den End-to-End-Prozess von Velo3D hergestellt werden, betragen Wochen statt Monate.
Obwohl die Fähigkeiten von Advanced Metal AM komplexe Teile in einem Bruchteil der Zeit ermöglichen, gibt es einige Überlegungen, die Sie verstehen sollten, wenn Sie bestimmen, welcher Fertigungsprozess für Sie der richtige ist.
Beispielsweise sollte die Massenproduktion weniger komplexer Teile immer noch besser allgemeineren Prozessen wie der CNC-Bearbeitung überlassen werden. Dennoch ist Velo3Ds fortschrittliche End-to-End-Metall-AM-Lösung ideal für Branchen aus dem gesamten Spektrum, die innovativ sein wollen und konsistente, qualitativ hochwertige Spezialteile ohne monatelange Vorlaufzeit benötigen.
In Teil drei dieser Serie werden wir uns eingehender mit den Vor- und Nachteilen des fortschrittlichen Metall-AM-Druckverfahrens befassen.
Wenn Sie mehr über den Metall-AM-Prozess von Velo3D erfahren möchten, Wenden Sie sich noch heute an einen unserer erfahrenen Ingenieure.
