Der Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Fertigung

In gewisser Weise ist die Diskussion über den Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Fertigung vergleichbar mit der Diskussion über den Unterschied zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck.

Was versteht man unter Additiver und Subtraktiver Fertigung?

Die menschlichen Fertigungsmethoden haben bisher drei große Veränderungen erfahren, nämlich die äquimaterielle Fertigung, die subtraktive Fertigung und die additive Fertigung.

Die Herstellung von Produkten durch Verfahren wie Gießen, Schmieden und Schweißen, bei denen das Materialgewicht relativ unverändert bleibt (Produkt + Verunreinigungen), hat eine über 3000 Jahre alte Tradition.

Die subtraktive Fertigung (CNC) bezieht sich auf den Einsatz von Geräten wie Drehbänke, Mühlen, Hobel und Schleifmaschinen, um das Material in die gewünschte Form zu bringen. Diese Praxis gibt es seit über 300 Jahren, seit der industriellen Revolution. Für spezifische Verfahren der subtraktiven Fertigung empfehlen wir die Lektüre von "Was ist CNC-Bearbeitung?.”

Additive Fertigung (allgemein bekannt als 3D-Druck) bezieht sich auf den Einsatz von Technologien wie Photopolymerisation, selektives Lasersintern und Fused Deposition Modeling, um schrittweise Material hinzuzufügen, um die gewünschte Form zu erhalten. Dieses Verfahren gibt es erst seit über 30 Jahren, seit den 1980er Jahren. Für ein besseres Verständnis der additiven Fertigung empfehlen wir die Lektüre von "3D-Druck.”

Im Laufe der Geschichte haben sowohl die äquimaterielle als auch die subtraktive Fertigung einen bedeutenden Beitrag zur menschlichen Entwicklung geleistet und sogar direkt zu industriellen Sprüngen in der menschlichen Gesellschaft beigetragen. Es wird davon ausgegangen, dass der 3D-Druck den Menschen in naher Zukunft noch mehr Innovation und Komfort bringen wird.

Vorteile und Nachteile der additiven und subtraktiven Fertigung

Das Aufkommen jeder dieser Fertigungsmethoden stellt eine Revolution in der Fertigung dar, aber ihre jeweiligen Vor- und Nachteile treiben die Entwicklung ihrer eigenen Technologien sowohl voran als auch hemmen sie. Im Folgenden werde ich die Stärken und Schwächen der einzelnen Technologien analysieren.

Equimaterial Manufacturing:

Vorteile: Relativ ausgereifte, anpassbare Produktion

Benachteiligungen: Geringe Effizienz, hohe Kosten, nicht für die Massenproduktion geeignet

Subtraktive Fertigung:

Vorteile: Fähigkeit zur Massenproduktion in großem Maßstab, hohe Effizienz, kann sehr hohe Präzision erreichen

Benachteiligungen: Hohe Kosten für die personalisierte Anpassung, Verschwendung von Reststücken und Abfällen

Additive Fertigung (derzeitiges Stadium):

Vorteile: Individuelle Anpassung möglich, kurzer Produktentwicklungszyklus, niedrige Kosten

Benachteiligungen: Hohe Kosten für die Massenproduktion, relativ begrenzte Materialauswahl

Vor- und Nachteile der subtraktiven gegenüber der additiven Fertigung

Wie bereits erwähnt, liegt einer der Hauptvorteile der subtraktiven Fertigungsverfahren in ihrer Fähigkeit, eine hohe Maßgenauigkeit zu erreichen. Im Gegensatz zu den meisten 3D-Druckverfahren, die auf Wärme beruhen, ermöglicht die subtraktive Fertigung die Herstellung von Teilen bei Raumtemperatur, wodurch Probleme mit der Größengenauigkeit, die mit der Materialverarbeitung verbunden sind, vermieden werden (Schrumpfung).

Um die Maßhaltigkeit bei der subtraktiven Fertigung zu gewährleisten, ist eine Umgebungskontrolle erforderlich. Wenn beispielsweise Stahlblöcke für die Konstruktion von Teilen verwendet werden, muss das Material mindestens drei Tage im Voraus in den Raum gebracht werden, in dem das Schneiden stattfinden soll, da sich sonst die Abmessungen je nach Temperatur und Feuchtigkeit ändern.

Die subtraktive Fertigung profitiert im Vergleich zum 3D-Druck auch von einer größeren Auswahl an kompatiblen Materialien. Im Gegensatz zum 3D-Druck, bei dem mehrere Drucker für unterschiedliche Materialien erforderlich sind, können bei der subtraktiven Fertigung Metall-, Kunststoff- oder Holzteile auf ein und derselben Maschine hergestellt werden.

Herausforderungen und Grenzen der subtraktiven Fertigung

Die subtraktiven Fertigungsverfahren haben jedoch erhebliche Nachteile. Erstens hinterlassen die verschiedenen Produktionsmethoden im Vergleich zum 3D-Druck eine beträchtliche Menge an Abfall, während die additive Fertigung attraktiv ist, weil sie nur die benötigte Menge an Material verwendet.

Während der Bearbeitung müssen die Hersteller beispielsweise Späne und andere Abfälle aus dem Fertigungsprozess entfernen, um die Menge an überschüssigem Material zu begrenzen, das die Schneidprozesse beeinträchtigen könnte. Neben dem Staub, der bei der subtraktiven Fertigung entsteht, kann auch der Rauch des Prozesses für die Bediener schädlich sein, was bei Laser- oder EDM-Verfahren häufig der Fall ist.

Darüber hinaus bietet die subtraktive Fertigung nicht die gleiche Fertigungsfreiheit wie der 3D-Druck - manchmal erfordern Teile, die in einem Arbeitsgang gedruckt werden können, mehrere Arbeitsgänge, den Einsatz verschiedener Maschinen und werden in mehrere Teile zerlegt, um sie für die Reproduktion mittels subtraktiver Fertigung zusammenzusetzen.

Schließlich ist es schwieriger, komplexe geometrische Formen durch Materialabtragsverfahren zu erreichen. Die additive Fertigung ermöglicht eine größere Freiheit im Designprozess. Mit anderen Worten: Designer müssen sich nicht um die Beschränkungen kümmern, die ihnen die verwendeten Werkzeugmaschinen auferlegen, und können ihrer Fantasie freien Lauf lassen, ohne durch die Fertigungsmöglichkeiten eingeschränkt zu werden.

Wie sich subtraktive und additive Fertigung gegenseitig ergänzen

Auch wenn diese beiden Technologien oft als Konkurrenten angesehen werden, so haben sie doch sehr unterschiedliche Anwendungen. Deshalb werden sie in erster Linie komplementär eingesetzt. Seit Beginn seines starken Wachstums wird der 3D-Druck vor allem für das Prototyping eingesetzt.

Aufgrund ihrer Vorteile ermöglicht die 3D-Technologie die schnelle und kostengünstige Herstellung mehrerer Teile und bietet damit Möglichkeiten für verschiedene Iterationen. Sobald die Form, das Material und die Teile festgelegt sind, kann die Serienproduktion mit subtraktiven Fertigungsverfahren erfolgen.

Verfahren wie das Laserschneiden und das Wasserstrahlschneiden ermöglichen die Konstruktion einer großen Anzahl von Teilen in kurzer Zeit. Andere Verfahren, wie die CNC-Bearbeitung, können jedoch sehr zeitaufwändig sein. Diese Technik erfordert umfangreiche Programmierschritte und fast zwingend die Anwesenheit eines Menschen. Heutzutage wird die CNC-Bearbeitung hauptsächlich für die Herstellung von Spritzgussformen eingesetzt, die eine formgebende Fertigungstechnik ist.

Fortschritte in der Fertigung: Die Zusammenarbeit von subtraktiver und additiver Fertigung

Auch wenn die subtraktive Fertigung die Reparatur von Objekten ermöglicht, bietet der 3D-Druck in diesem Bereich mehr Möglichkeiten. Ein Beispiel ist das Verfahren der gerichteten Energieabscheidung (DED), mit dem Metallteile repariert werden können, ohne sie zu ersetzen.

Diese Technologie ist insbesondere in der Lage, Material zu bestehenden Teilen hinzuzufügen, so dass die Herstellung von Komponenten oder der unnötige Austausch großer Teile vermieden werden kann. Weltweit ermöglicht die 3D-Technologie die Replikation von Teilen, die im Laufe der Zeit versagt haben oder abgenutzt sind, wobei alle Teile nach Bedarf und in kleinen Chargen hergestellt werden. Die Nutzer müssen sie nicht entsorgen, sondern können die Teile reparieren und ihre Auswirkungen auf die Umwelt minimieren.

Trotz der Unterschiede und Verfahren entwickeln sich die subtraktive und die additive Fertigung Seite an Seite. Aufgrund ihrer jeweiligen Eigenschaften ergänzen sich diese beiden Fertigungsarten und können in kurzer Zeit Präzisionsteile herstellen, die früher unvorstellbar waren.

Um diese Fertigungstechnologien zu kombinieren, wurden einige Kooperationsprojekte ins Leben gerufen, wie z. B. FirstMold, das den Unternehmen die Gestaltungsfreiheit der additiven Fertigung und die Präzision der subtraktiven Fertigung bieten soll.

Kann die additive Fertigung die subtraktive Fertigung ersetzen?

Die Antwort von FirstMold lautet: Zumindest im Moment nicht.

Warum heißt es, dass der 3D-Druck die subtraktive Fertigung zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht ersetzen kann? Meines Erachtens kann man dies hauptsächlich unter den folgenden zwei Aspekten analysieren.

Wie hoch ist die derzeitige Nachfrage?

Bevor wir die aktuelle Nachfrage analysieren, wollen wir zunächst untersuchen, warum die subtraktive Fertigung in der Lage war, die meisten der gleichwertigen Fertigungsindustrien zu ersetzen.

Die menschliche Gesellschaft hat einen bestimmten Entwicklungsstand erreicht, und die grundlegenden Überlebensbedürfnisse sind befriedigt. Was folgt, ist der Bedarf an mehr materiellen Gütern. In Verbindung mit der Globalisierung, die durch die großen Reisen ausgelöst wurde, sind die traditionellen Produktionsmethoden in kleinen Werkstätten einfach nicht in der Lage, die enorme Lücke im materiellen Bedarf der Gemeinschaft zu schließen. Um Produkte effizienter und mit besserer Qualität herzustellen, wurden subtraktive Fertigungsverfahren oder Massenproduktionsmethoden entwickelt.

Wenn ich mir die Situation heute anschaue, ist es die gleiche. Der Grundbedarf an Materialien ist bereits schwer zu befriedigen, und immer mehr Menschen haben Vorstellungen von individueller Anpassung. Wenn die traditionelle subtraktive Fertigungsmethode weiterhin angewandt wird, wird sie unweigerlich teurer. Hier liegt also die Chance für die additive Fertigung.

Aber zum jetzigen Zeitpunkt ist die Entwicklung noch nicht so weit fortgeschritten, dass es eine große Nachfrage nach personalisierten Produkten gibt, und ein großer Teil der Bevölkerung verfolgt immer noch eher das Ziel der Kosteneffizienz als spirituelle Wünsche.

Es dauert seine Zeit, bis man die Technik beherrscht, und derzeit ist die 3D-Drucktechnologie noch weit davon entfernt, personalisierte Anpassungen in großem Maßstab zu ermöglichen.

Mangelnde Fähigkeit

Im Vergleich zur subtraktiven Fertigung ist die additive Fertigung langsam, hat nur begrenzte Materialoptionen und ist teuer.

Es ist unbestreitbar, dass die Geschwindigkeit der derzeitigen 3D-Drucker langsam ist. Es dauert zu lange, ein fertiges Produkt herzustellen, und die Nachfrage übersteigt das Angebot.

Es dauert zwei bis drei Stunden, einen Becher zu drucken, und wenn wir den Becher drucken, ist die Person bereits durstig.

Wenn wir ein Auto in einer Sekunde oder einen Satz Häuser in zehn Minuten drucken können? So sollte eine revolutionäre Technologie aussehen.

Was die Materialien betrifft, so sind die derzeit verfügbaren Druckmaterialien begrenzt. Neben den gebräuchlichsten Kunststoffen gibt es auch Nylon, Harz, Gipspulver, Metallpulver usw., und ein einziges Gerät kann im Grunde immer nur eine Art von Material drucken.

Wenn man ein Produkt aus einem Verbundwerkstoff drucken möchte, kann es sein, dass eine Nachbearbeitung oder andere Arbeitsschritte erforderlich sind.

Wie bereits erwähnt, entscheidet sich die überwiegende Mehrheit der Menschen für das Preis-Leistungs-Verhältnis, wenn man die aktuellen Wünsche der Menschen in Bezug auf ihre spirituellen Bedürfnisse analysiert. Es ist also eine Herausforderung für den Markt, die Preise für Produkte aus dem 3D-Druck auf breiter Front zu akzeptieren.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt vertragen sich die additive und die subtraktive Fertigung recht gut, was derzeit die beste Möglichkeit ist, beide Technologien zu nutzen.

Letzte Worte

Ob es sich nun um die gleichwertige Fertigung, die subtraktive Fertigung oder die additive Fertigung handelt, es gibt eigentlich kein Phänomen, bei dem die eine die andere ersetzt. Das beste Ergebnis ist, dass verschiedene Technologien nebeneinander existieren, und es wird immer einige Branchen geben, die sie brauchen. FirstMold bietet CNC-Bearbeitungsdienstleistungen und 3D-Druckdienstleistungen und verfügt über langjährige Erfahrung in beiden Branchen. Daher hat sie in dieser Hinsicht einen gewissen Einfluss.

Vielleicht ist das, worauf wir uns gemeinsam freuen, die so genannte "hybride Fertigung", die sich in der Zukunft entwickeln könnte.