La differenza tra la produzione additiva e la produzione sottrattiva

In un certo senso, discutere la differenza tra produzione additiva e produzione sottrattiva equivale a discutere la differenza tra lavorazione CNC e stampa 3D.

Che cosa sono la fabbricazione additiva e la fabbricazione sottrattiva?

Ad oggi, i metodi di produzione umana hanno subito tre grandi cambiamenti: la produzione equimateriale, la produzione sottrattiva e la produzione additiva.

La fabbricazione equimateriale si riferisce alla produzione di prodotti attraverso metodi come la fusione, la forgiatura e la saldatura, in cui il peso del materiale rimane relativamente invariato (prodotto + impurità), una pratica che ha una storia di oltre 3000 anni.

La produzione sottrattiva (CNC) si riferisce all'uso di attrezzature quali torni, muliniLe macchine da taglio, le pialle e le smerigliatrici tagliano i materiali per ottenere la forma desiderata. Questa pratica esiste da oltre 300 anni, dalla rivoluzione industriale. Per i processi specifici della produzione sottrattiva, si consiglia di leggere "Che cos'è la lavorazione CNC.”

La fabbricazione additiva (comunemente nota come stampa 3D) si riferisce all'uso di tecnologie come la fotopolimerizzazione, la sinterizzazione laser selettiva e la modellazione a deposizione fusa per aggiungere materiale in modo incrementale per formare la forma desiderata. Questa pratica esiste da oltre 30 anni, a partire dagli anni Ottanta. Per una comprensione della produzione additiva, si consiglia di leggere "Stampa 3D.”

Guardando indietro nella storia, sia la produzione equimateriale che quella sottrattiva hanno dato un contributo significativo allo sviluppo umano, spingendo anche direttamente i salti industriali nella società umana. Si ritiene che anche la stampa 3D porterà più innovazione e convenienza alle persone nel prossimo futuro.

Vantaggi e svantaggi della produzione additiva e sottrattiva

L'emergere di ciascun metodo di produzione rappresenta una rivoluzione nel settore manifatturiero, ma i rispettivi vantaggi e svantaggi favoriscono e limitano lo sviluppo delle rispettive tecnologie. Di seguito analizzerò i punti di forza e di debolezza di ciascuna tecnologia.

Produzione di equimateriali:

Vantaggi: Produzione relativamente matura e personalizzabile

Svantaggi: Bassa efficienza, costo elevato, non adatto alla produzione di massa

Produzione sottrattiva:

Vantaggi: Capace di una produzione di massa su larga scala, ad alta efficienza, in grado di raggiungere una precisione molto elevata.

Svantaggi: Elevati costi di personalizzazione, spreco di ritagli e scarti

Fabbricazione additiva (fase attuale):

Vantaggi: Capacità di personalizzazione, breve ciclo di sviluppo del prodotto, basso costo

Svantaggi: Costo elevato per la produzione di massa, opzioni di materiale relativamente limitate

Vantaggi e svantaggi della produzione sottrattiva rispetto a quella additiva

Come già accennato, uno dei principali vantaggi delle tecniche di produzione sottrattiva è la loro capacità di fornire un'elevata precisione dimensionale. A differenza della maggior parte dei processi di stampa 3D che si basano sul calore, la produzione sottrattiva consente di costruire le parti a temperatura ambiente, evitando i problemi di precisione dimensionale associati alla lavorazione dei materiali (restringimento).

Per garantire l'accuratezza dimensionale nella produzione sottrattiva, è necessario un controllo ambientale. Ad esempio, se si utilizzano blocchi di acciaio per progettare i pezzi, il materiale deve essere portato nella stanza in cui avverrà il taglio con almeno 3 giorni di anticipo; altrimenti le sue dimensioni cambieranno in base alla temperatura e all'umidità.

La produzione sottrattiva beneficia anche di una gamma più ampia di materiali compatibili rispetto alla stampa 3D. A differenza della stampa 3D, che richiede più stampanti basate su materiali diversi, la produzione sottrattiva può creare parti in metallo, plastica o legno sulla stessa macchina.

Sfide e limiti della produzione sottrattiva

Tuttavia, i processi di produzione sottrattiva presentano notevoli svantaggi. In primo luogo, rispetto alla stampa 3D, i diversi metodi di produzione lasciano dietro di sé una quantità considerevole di scarti, mentre la produzione additiva è interessante perché utilizza solo la quantità di materiale necessaria.

Ad esempio, durante la lavorazione, i produttori devono rimuovere i trucioli e altri detriti dal processo di produzione per limitare la quantità di materiale in eccesso che potrebbe interferire con i processi di taglio. Oltre alla polvere prodotta dalla produzione sottrattiva, anche i fumi del processo possono essere dannosi per gli operatori, come accade spesso quando si utilizzano processi laser o di elettroerosione.

Inoltre, la produzione sottrattiva non può offrire la stessa libertà di produzione della stampa 3D: a volte, le parti che possono essere stampate in un'unica soluzione richiedono più operazioni, l'uso di macchine diverse e vengono suddivise in più parti da assemblare per essere replicate tramite la produzione sottrattiva.

Infine, è più difficile ottenere forme geometriche complesse attraverso i processi di rimozione del materiale. La produzione additiva consente una maggiore libertà nel processo di progettazione. In altre parole, i progettisti non devono preoccuparsi dei limiti imposti dalle macchine utensili che utilizzano, consentendo così alla loro immaginazione di correre liberamente senza essere limitata dalle capacità di produzione.

Come la produzione sottrattiva e additiva si completano a vicenda

Se spesso si pensa che queste due tecnologie siano concorrenti, per il momento hanno applicazioni molto diverse. Per questo motivo vengono utilizzate principalmente in modo complementare. Da quando è iniziata la sua forte crescita, la stampa 3D è stata utilizzata soprattutto per la prototipazione.

Grazie ai vantaggi che offre, la tecnologia 3D consente la produzione rapida e a basso costo di più parti, offrendo così la possibilità di diverse iterazioni. Una volta determinati la forma, il materiale e le parti, la produzione in lotti può essere effettuata con metodi di produzione sottrattiva.

Processi come il taglio laser e il taglio a getto d'acqua consentono di progettare un gran numero di pezzi in poco tempo. Tuttavia, altri metodi, come la lavorazione CNC, possono richiedere molto tempo. Questa tecnica richiede importanti fasi di programmazione e la presenza quasi obbligatoria dell'uomo. Oggi la lavorazione CNC è utilizzata principalmente per la produzione di stampi a iniezione, che è una tecnica di produzione formativa.

Progressi nella produzione: La collaborazione tra produzione sottrattiva e additiva

Inoltre, sebbene la produzione sottrattiva consenta di riparare gli oggetti, la stampa 3D offre maggiori possibilità in questo settore. Un esempio è il processo Directed Energy Deposition (DED), che può essere utilizzato per riparare parti metalliche senza sostituirle.

In particolare, questa tecnologia è in grado di aggiungere materiale alle parti esistenti, evitando così di produrre componenti o di sostituire inutilmente parti di grandi dimensioni. A livello globale, la tecnologia 3D consente di replicare parti che si sono guastate o usurate nel tempo, tutte prodotte su richiesta e in piccoli lotti. Gli utenti non hanno bisogno di scartarli, ma possono ripararli e ridurre al minimo l'impatto sull'ambiente.

Nonostante le differenze e i processi, la produzione sottrattiva e la produzione additiva tendono a progredire fianco a fianco. Grazie alle rispettive caratteristiche, questi due tipi di produzione si completano a vicenda e possono creare rapidamente pezzi di precisione prima inimmaginabili.

Per combinare queste tecnologie di produzione, sono stati creati alcuni progetti di collaborazione, come FirstMold, che mirano a fornire alle aziende la libertà di progettazione della produzione additiva e la precisione della produzione sottrattiva.

La produzione additiva può sostituire la produzione sottrattiva?

La risposta di FirstMold è: almeno per ora, non può.

Perché si dice che la stampa 3D non può sostituire la produzione sottrattiva allo stato attuale? Credo che si possa analizzare principalmente dai due aspetti seguenti.

Qual è la domanda attuale?

Prima di analizzare la domanda attuale, analizziamo innanzitutto perché la produzione sottrattiva è stata in grado di sostituire la maggior parte delle industrie manifatturiere equimateriali.

La società umana ha raggiunto un certo livello di sviluppo e le esigenze di sopravvivenza di base sono state soddisfatte. Ne consegue la necessità di un maggior numero di beni materiali. Insieme alla globalizzazione provocata dai grandi viaggi, i metodi di produzione tradizionali in stile piccola officina non sono in grado di soddisfare l'enorme divario nei bisogni materiali della comunità. Per produrre prodotti in modo più efficiente e di migliore qualità, sono nati i metodi di produzione sottrattiva, o di massa.

Guardando alla situazione attuale, la situazione è la stessa. Le esigenze materiali di base sono già difficili da soddisfare e sempre più persone iniziano a pensare alla personalizzazione. Se si continua a utilizzare il tradizionale metodo di produzione sottrattivo, i costi aumenteranno inevitabilmente. Ecco quindi l'opportunità della produzione additiva.

Tuttavia, allo stato attuale, non si è ancora sviluppata al punto da avere una grande richiesta di prodotti personalizzati e gran parte della popolazione persegue ancora l'economicità piuttosto che i desideri spirituali.

Ci vuole tempo per diventare abili e attualmente la tecnologia di stampa 3D è ben lontana dal poter raggiungere una personalizzazione su larga scala.

Mancanza di capacità

Rispetto alla produzione sottrattiva, la produzione additiva è lenta, ha opzioni di materiali limitate ed è costosa.

È innegabile che la velocità delle attuali apparecchiature di stampa 3D sia lenta. Ci vuole troppo tempo per produrre un prodotto finito e la domanda supera l'offerta.

Ci vogliono due o tre ore per stampare una tazza, e quando la stampiamo la persona ha già sete.

Quando potremo stampare un'auto in un secondo o una casa in dieci minuti? Ecco come dovrebbe essere una tecnologia rivoluzionaria.

Inoltre, per quanto riguarda i materiali, quelli attualmente disponibili per la stampa sono limitati. Oltre alle plastiche più comuni, esistono anche il nylon, la resina, la polvere di gesso, la polvere di metallo e così via, e un singolo dispositivo può stampare fondamentalmente solo un tipo di materiale alla volta.

Se si vuole stampare un prodotto con un materiale composito, può essere necessario un post-assemblaggio o altre operazioni.

Come già detto, quando si analizzano gli attuali desideri delle persone in termini di bisogni spirituali rispetto all'economicità, la stragrande maggioranza sceglie l'economicità. Pertanto, è difficile che il mercato accetti ampiamente i prezzi dei prodotti ottenuti con la stampa 3D.

In effetti, allo stato attuale, la produzione additiva e la produzione sottrattiva vanno abbastanza d'accordo, e questo è attualmente il modo migliore per utilizzare entrambe le tecnologie.

Parole finali

Che si tratti di produzione equimateriale, di produzione sottrattiva o di produzione additiva, in realtà non esiste un fenomeno di sostituzione dell'una con l'altra. Il risultato migliore è che le varie tecnologie coesistono e ci saranno sempre industrie che ne avranno bisogno. FirstMold fornisce Servizi di lavorazione CNC e servizi di stampa 3D e vanta un'esperienza pluriennale in entrambi i settori. Quindi, ha un certo grado di influenza in questo senso.

Forse ciò che attendiamo collettivamente è la cosiddetta "produzione ibrida" che potrebbe emergere in futuro.