Sedam kategorija postupaka jedna po jedna, ono što aditivna proizvodnja doista dobro radi i ono što ne radi, izravna usporedba s klasičnim postupcima uz račun koji pokazuje gdje je granica isplativosti, i mjerila po kojima se prepoznaje proizvod kojemu aditivna izradba odgovara.
U prethodnoj je jedinici uvedena podjela iz norme ISO/ASTM 52900: sedam kategorija razvrstanih prema načinu na koji materijal prelazi iz sirovine u učvršćeni sloj. Ovdje se svaka od tih kategorija razmatra izbliza — kako stroj radi, što u njega ulazi, što iz njega izlazi i za što je taj postupak dobar, a za što nije.
Prije pojedinosti vrijedi ustvrditi jedno: ne postoji najbolji aditivni postupak. Postoji postupak koji odgovara zadatku. Isti dio izrađen stereolitografijom bit će gladak i precizan, a izrađen srašćivanjem praha čvrst i postojan; koji je od toga „bolji“ ovisi isključivo o tome hoće li dio stajati na stolu kao model ili nositi opterećenje u napravi.
Odaberi kategoriju: prikazuju se načelo rada, sirovina, tipične vrijednosti i područje primjene.
Tablica koja slijedi svodi iste podatke na brojeve, radi usporedbe. Vrijednosti su okvirne i vrijede za uobičajene strojeve srednje klase; vrhunski uređaji postižu bolje, a jeftini lošije.
| Kategorija | Sloj | Točnost | Hrapavost | Materijal | Potpore |
|---|---|---|---|---|---|
| Fotopolimerizacija u kadi | 0,016 – 0,1 mm | ±0,05 mm | vrlo niska | smola | da |
| Mlazno nanošenje materijala | 0,014 – 0,03 mm | ±0,05 mm | vrlo niska | smola, vosak | da, topive |
| Mlazno nanošenje veziva | 0,05 – 0,2 mm | ±0,2 mm | srednja | prah + vezivo | ne |
| Srašćivanje u sloju praha | 0,02 – 0,12 mm | ±0,1 mm | srednja do visoka | polimerni i metalni prah | polimeri ne, metali da |
| Istiskivanje materijala | 0,05 – 0,3 mm | ±0,2 mm | visoka | termoplastična žica | da |
| Laminiranje listova | 0,05 – 0,2 mm | ±0,2 mm | srednja | papir, folija, lim | ne |
| Usmjereno nanošenje energijom | 0,2 – 1 mm | ±0,5 mm | vrlo visoka | metalna žica i prah | ne, ali traži obradbu |
Navedena točnost vrijedi za manje dijelove i dobro namješten stroj. Kod većih dijelova greška raste s mjerom, pa se u praksi navodi u obliku ±0,1 mm ili ±0,1 % mjere, što je veće. Podatak iz prospekta uvijek se odnosi na najpovoljniji slučaj — provjerena vrijednost dobiva se ispitnim komadom ispisanim na tome stroju, tim materijalom i tim parametrima.
Prednosti se često nabrajaju kao popis općenitih tvrdnji. Korisnije ih je razumjeti kao posljedice jedne jedine činjenice — da dio nastaje dodavanjem materijala prema digitalnome zapisu, bez alata.
Unutarnji kanali, rešetkaste ispune, promjenjiva debljina stijenke, oblici dobiveni proračunskom optimizacijom — sve ono što se ne može izliti ni izglodati.
Nema kalupa, kokile ni naprave, pa nema ni tjedana čekanja i početnoga troška. Prvi komad izlazi istoga dana kad je model gotov.
Ono što je bilo dvadeset dijelova i petnaest zavara može postati jedan dio. Manje spojeva znači manju masu, manje brtvljenja i manje mjesta na kojima se kvari.
Svaki komad može biti drukčiji bez ijednoga eura dodatnoga troška. Implantat, zubna navlaka, zahvatnik za točno određen radni komad.
Materijal se stavlja samo ondje gdje je potreban. U zrakoplovstvu je ušteda mase izravno ušteda goriva kroz cijeli vijek letjelice.
Izmjena je izmjena datoteke. Nova inačica može biti na stolu sutradan, pa se razvojni ciklus mjeri danima umjesto mjesecima.
Troši se gotovo samo materijal koji ulazi u dio, uvećan za potpore. Kod postupaka s prahom neizgrađeni se prah prosijava i vraća u proces.
Datoteka putuje umjesto dijela. Zamjenski dio može nastati u pogonu, na brodu ili na gradilištu, bez skladišta i bez čekanja na dostavu.
Vrijedi uočiti da su te prednosti međusobno povezane i da se ne mogu iskoristiti sve odjednom. Dio optimiran za najmanju masu obično je složen, pa traži postupak s finim slojem i dulji ispis; dio izrađen na mjestu potrebe obično se radi na jednostavnome stroju koji tu složenost ne može ispisati. Odabir je uvijek kompromis, a posao inženjera jest znati koji.
Ograničenja se u promidžbenim materijalima obično prešućuju, a upravo ona odlučuju hoće li posao uspjeti. Ovo su ona koja se u praksi pojavljuju redovito.
Spoj među slojevima slabiji je od samoga materijala. Kod istiskivanja razlika zna biti i pedeset posto, pa orijentacija dijela postaje konstrukcijska odluka.
Kose i zaobljene plohe stepenaste su, a hrapavost je viša nego kod obradbe odvajanjem. Dosjedne i prihvatne plohe redovito se naknadno obrađuju.
Dio mora stati u komoru. Veći se dijelovi dijele i spajaju, a svaki spoj unosi grešku mjere i mjesto moguće slabosti.
Broj certificiranih materijala neusporedivo je manji nego u klasičnoj proizvodnji, a cijena im je višestruko viša od cijene iste sirovine u obliku granulata ili šipke.
Jedinična cijena gotovo je neovisna o količini. Ondje gdje prešanje spušta cijenu na centime, aditivni postupak ostaje na eurima.
Svojstva dijela jako ovise o parametrima procesa i o seriji materijala. Dva jednaka dijela s dvaju strojeva ne moraju imati jednaka svojstva.
Uklanjanje potpora, pranje, toplinska obradba, pjeskarenje i strojna obradba troše vrijeme i novac — kod metala često više nego sam ispis.
Fini metalni prah je zapaljiv i štetan za dišni sustav, smole nadražuju kožu, a neki polimeri pri ispisu otpuštaju hlapive tvari. Potrebni su odsis, oprema i red.
Nijedno od tih ograničenja nije razlog da se tehnologija ne upotrijebi. Sva su, međutim, razlog da se upotrijebi svjesno: da se dio orijentira prema opterećenju, da se dosjed predvidi s dodatkom za obradbu, da se cijena izračuna s naknadnom obradbom i da se prah ne prosipa po radionici.
Isti dio izrađen trima postupcima, s povećanim prikazom površine: fotopolimerizacija u kadi, srašćivanje praha i istiskivanje materijala.
Usporedba ima smisla samo uz zadanu količinu. Rečenica aditivna proizvodnja je skupa netočna je jednako kao i aditivna proizvodnja je jeftina — obje vrijede, ali za različit broj komada.
Klasična proizvodnja ima visok početni trošak i nisku cijenu po komadu. Aditivna nema početni trošak, ali joj cijena po komadu ostaje gotovo ista. Ako se obje ucrtaju na isti dijagram, dobiju se dva pravca koja se negdje sijeku. Ta točka je prag isplativosti, i ona je jedini pošten odgovor na pitanje koji je postupak jeftiniji.
Pomakni klizače: mijenjaju se trošak kalupa, cijena po komadu i količina. Dijagram pokazuje ukupan trošak obaju postupaka i mjesto na kojem se izjednačuju.
Račun pokazuje i nešto što se lako previdi: prag se pomiče s cijenom alata, a ne samo s količinom. Jednostavan kalup za jednostavan dio dostiže prag već pri nekoliko stotina komada; složen kalup s pomičnim jezgrama i konformnim hlađenjem pomiče prag na nekoliko tisuća. Zato se aditivna izradba često isplati baš ondje gdje je dio složen — jer bi upravo tamo alat bio najskuplji.
U račun, doduše, ulazi još nešto što dijagram ne prikazuje: vrijeme. Kalup se izrađuje tjednima. Ako je dio potreban za tri dana, cijena po komadu prestaje biti mjerilo, jer klasična proizvodnja u tome roku jednostavno nije moguća.
| Mjerilo | Klasična proizvodnja | Aditivna proizvodnja |
|---|---|---|
| Početni trošak | visok — alat, kalup, naprave | nema ga, potrebna je samo datoteka |
| Cijena po komadu | strmo pada sa serijom | gotovo neovisna o količini |
| Vrijeme do prvoga komada | tjedni | sati do nekoliko dana |
| Složenost dijela | poskupljuje alat i obradbu | gotovo ne utječe na trošak |
| Izmjena proizvoda | prepravka ili novi alat | izmjena modela |
| Izbor materijala | vrlo širok, s dugom poviješću primjene | uzak, uz višu cijenu sirovine |
| Svojstva dijela | poznata i ujednačena | ovise o postupku, orijentaciji i parametrima |
| Velike serije | izrazito povoljno | najčešće neisplativo |
| Serija od jednoga komada | neisplativo | uobičajen slučaj |
U pogonu aditivna i klasična proizvodnja najčešće rade zajedno: aditivno se izrađuje naprava u kojoj se drži izradak za glodanje, umetak kalupa za prešanje ili prototip koji se prije alata provjerava na sklopivost. Pitanje nije koja će zamijeniti koju, nego gdje je svaka na svome mjestu.
Kad se svede na praksu, odluka o postupku počiva na nekoliko pitanja. Ni jedno od njih samo po sebi ne odlučuje, ali zajedno daju prilično pouzdanu sliku.
Uključi obilježja koja vrijede za tvoj dio; procjena se osvježava.
Ovaj alat slaže argumente, ne donosi zaključak. Konačna odluka traži ponudu s izračunom, provjeru materijala i, kod odgovornih dijelova, ispitni komad. Ali za razgovor s kupcem ili voditeljem projekta ovakva je procjena dovoljna da se zna vrijedi li uopće tražiti ponudu.
Pet slučajeva koji pokrivaju većinu onoga s čime se u pogonu susreće. U svakome je naznačeno zašto je odabran aditivni postupak i što bi bila klasična zamjena.
Sklop od dvadesetak zavarenih dijelova zamjenjuje se jednim aditivno izrađenim. Nestaju zavari, a s njima i mjesta na kojima sklop popušta; masa pada, a montaža se svodi na jedan zahvat. Klasična zamjena tražila bi niz alata i kontrolu svakoga zavara. Ovo je slučaj u kojem se aditivna izradba isplati i u seriji, jer se ušteda ne mjeri samo cijenom komada nego cijenom cijeloga sklopa.
Kanal za hlađenje prati oblik šupljine umjesto da bude izbušen u pravcu. Ciklus prešanja skraćuje se znatno, a dio se hladi ravnomjernije pa se manje krivi. Umetak se izrađuje srašćivanjem metalnoga praha i zatim strojno obrađuje na dosjednim plohama. Klasičnom izradbom takav kanal nije izvediv — ovdje aditivni postupak ne zamjenjuje klasičnu proizvodnju nego je čini boljom.
Zahvatnik robota oblikovan prema površini konkretnoga izratka, s prihvatom za vakuumske čašice. Serija je jedan komad, oblik je nepravilan, a promjena proizvoda znači novi zahvatnik. Izrađuje se istiskivanjem, u jednome danu, po cijeni koja se u klasičnoj izradbi ne bi ni razmatrala.
Stroj star trideset godina, proizvođača nema, dijela nema na skladištu. Postojeći se dio izmjeri ili skenira, izradi se model i ispiše zamjena. Kod polimernih dijelova postupak je uobičajen; kod metalnih treba pripaziti na svojstva i, kod nosivih dijelova, na dokaz čvrstoće.
Oblik se izvodi iz snimke pojedinoga pacijenta, pa je serija po definiciji jedan komad. Materijal je titanova slitina, postupak srašćivanje praha, a hrapava izgrađena površina ovdje je prednost jer potiče urastanje kosti. Klasična izradba takvoga dijela nije zamisliva u roku ni po cijeni.
Pet opisanih slučajeva u fotografijama, sa zajedničkim mjerilom radi usporedbe veličine.
Aditivni postupci nisu bolji ni lošiji od klasičnih — drukčiji su. Njihova je snaga u maloj seriji, složenoj geometriji, brzoj izmjeni i izradbi po mjeri; njihova slabost u velikoj seriji, uskome izboru materijala i ovisnosti svojstava o procesu. Tko to zna, neće pokušavati ispisati ono što treba izliti, ni izlijevati ono što se isplati ispisati.
Odgovor se zaključava nakon prvoga klika, uz objašnjenje zašto je točan.