Różnica między produkcją addytywną a subtraktywną

W pewnym sensie omawianie różnicy między wytwarzaniem addytywnym a wytwarzaniem subtraktywnym jest równoważne omawianiu różnicy między obróbką CNC a drukowaniem 3D.

Czym jest produkcja addytywna i produkcja subtraktywna?

Ludzkie metody wytwarzania przeszły do tej pory trzy główne zmiany, a mianowicie wytwarzanie równomateriałowe, wytwarzanie subtraktywne i wytwarzanie addytywne.

Produkcja równomateriałowa odnosi się do wytwarzania produktów metodami takimi jak odlewanie, kucie i spawanie, w których masa materiału pozostaje względnie niezmieniona (produkt + zanieczyszczenia), co jest praktyką o ponad 3000-letniej historii.

Produkcja subtraktywna (CNC) odnosi się do korzystania z urządzeń takich jak tokarki, młyny, strugarki i szlifierki do cięcia materiałów w celu uzyskania pożądanego kształtu. Praktyka ta stosowana jest od ponad 300 lat, od czasów rewolucji przemysłowej. Aby zapoznać się z konkretnymi procesami produkcji subtraktywnej, zalecamy przeczytanie "Czym jest obróbka CNC.”

Produkcja addytywna (powszechnie znana jako druk 3D) odnosi się do wykorzystania technologii takich jak fotopolimeryzacja, selektywne spiekanie laserowe i modelowanie osadzania topionego w celu przyrostowego dodawania materiału w celu uzyskania pożądanego kształtu. Praktyka ta istnieje dopiero od ponad 30 lat, od lat 80-tych XX wieku. Aby lepiej zrozumieć produkcję addytywną, zalecamy zapoznanie się z artykułem "Drukowanie 3D.”

Patrząc wstecz na historię, zarówno produkcja ekwimaterialna, jak i produkcja subtraktywna wniosły znaczący wkład w rozwój ludzkości, a nawet bezpośrednio napędzały skoki przemysłowe w społeczeństwie ludzkim. Uważa się, że w niedalekiej przyszłości druk 3D również przyniesie ludziom więcej innowacji i wygody.

Zalety i wady produkcji addytywnej i subtraktywnej

Pojawienie się każdej z metod produkcji stanowi rewolucję w produkcji, ale ich zalety i wady zarówno napędzają, jak i ograniczają rozwój ich własnych technologii. Poniżej przeanalizuję mocne i słabe strony każdej z technologii.

Equimaterial Manufacturing:

Zalety: Stosunkowo dojrzała, konfigurowalna produkcja

Wady: Niska wydajność, wysokie koszty, nieodpowiednie do masowej produkcji

Produkcja subtraktywna:

Zalety: Zdolny do masowej produkcji na dużą skalę, wysoka wydajność, może osiągnąć bardzo wysoką precyzję

Wady: Wysoki koszt spersonalizowanej personalizacji, marnotrawstwo ścinków i odpadów

Wytwarzanie przyrostowe (obecny etap):

Zalety: Możliwość spersonalizowanego dostosowania, krótki cykl rozwoju produktu, niski koszt

Wady: Wysoki koszt produkcji masowej, stosunkowo ograniczone opcje materiałowe

Zalety i wady produkcji subtraktywnej i addytywnej

Jak wspomniano wcześniej, jedną z głównych zalet technik wytwarzania subtraktywnego jest ich zdolność do zapewnienia wysokiej dokładności wymiarowej. W przeciwieństwie do większości procesów druku 3D, które opierają się na cieple, produkcja subtraktywna pozwala na tworzenie części w temperaturze pokojowej, unikając kwestii dokładności wymiarów związanych z przetwarzaniem materiałów (skurcz).

Aby zapewnić dokładność wymiarową w produkcji subtraktywnej, konieczna jest kontrola środowiska. Na przykład, jeśli do projektowania części wykorzystywane są stalowe bloki, materiał musi zostać przyniesiony do pomieszczenia, w którym odbędzie się cięcie, z co najmniej 3-dniowym wyprzedzeniem; w przeciwnym razie jego wymiary zmienią się w zależności od temperatury i wilgotności.

Produkcja subtraktywna korzysta również z szerszej gamy kompatybilnych materiałów w porównaniu do druku 3D. W przeciwieństwie do druku 3D, który wymaga wielu drukarek opartych na różnych materiałach, produkcja subtraktywna może tworzyć części metalowe, plastikowe lub drewniane na tej samej maszynie.

Wyzwania i ograniczenia produkcji subtraktywnej

Subtraktywne procesy produkcyjne mają jednak istotne wady. Po pierwsze, w porównaniu do druku 3D, różne metody produkcji pozostawiają po sobie znaczną ilość odpadów, podczas gdy produkcja addytywna jest atrakcyjna, ponieważ wykorzystuje tylko wymaganą ilość materiału.

Na przykład podczas obróbki skrawaniem producenci muszą usuwać wióry i inne zanieczyszczenia z procesu produkcyjnego, aby ograniczyć ilość nadmiaru materiału, który mógłby zakłócać procesy cięcia. Oprócz pyłu wytwarzanego w procesie produkcji subtraktywnej, szkodliwy dla operatorów może być również dym, co jest powszechne w przypadku stosowania procesów laserowych lub EDM.

Co więcej, produkcja subtraktywna nie może zapewnić takiej samej swobody produkcji jak druk 3D - czasami części, które można wydrukować za jednym razem, wymagają wielu operacji, użycia różnych maszyn i są dzielone na wiele części do montażu w celu replikacji za pomocą produkcji subtraktywnej.

Wreszcie, uzyskanie złożonych kształtów geometrycznych za pomocą procesów usuwania materiału jest trudniejsze. Produkcja addytywna pozwala na większą swobodę w procesie projektowania. Innymi słowy, projektanci nie muszą martwić się o ograniczenia narzucane przez używane przez nich obrabiarki, co pozwala ich wyobraźni działać swobodnie bez ograniczania jej możliwościami produkcyjnymi.

Jak produkcja subtraktywna i addytywna uzupełniają się wzajemnie

Choć te dwie technologie są często uważane za konkurentów, na razie mają bardzo różne zastosowania. Dlatego są one przede wszystkim wykorzystywane w sposób komplementarny. Od momentu rozpoczęcia intensywnego rozwoju, druk 3D jest najczęściej wykorzystywany do prototypowania.

Ze względu na oferowane korzyści, technologia 3D pozwala na szybką i tanią produkcję wielu części, zapewniając tym samym możliwości różnych iteracji. Po określeniu kształtu, materiału i części można przeprowadzić produkcję seryjną przy użyciu metod produkcji subtraktywnej.

Procesy takie jak cięcie laserowe i cięcie strumieniem wody umożliwiają projektowanie dużej liczby części w krótkim czasie. Jednak inne metody, takie jak obróbka CNC, mogą być bardzo czasochłonne. Technika ta wymaga znacznych kroków programowania i niemal obowiązkowej obecności człowieka. Obecnie obróbka CNC jest wykorzystywana głównie do produkcji form wtryskowych, która jest formatywną techniką produkcji.

Postępy w produkcji: Współpraca produkcji subtraktywnej i addytywnej

Ponadto, chociaż produkcja subtraktywna pozwala na naprawę obiektów, druk 3D oferuje więcej możliwości w tym obszarze. Przykładem jest proces Directed Energy Deposition (DED), który może być wykorzystywany do naprawy metalowych części bez konieczności ich wymiany.

W szczególności technologia ta jest w stanie dodawać materiał do istniejących części, unikając w ten sposób konieczności produkcji komponentów lub niepotrzebnej wymiany dużych części. Na całym świecie technologia 3D pozwala na replikację części, które z czasem uległy awarii lub zużyciu, a wszystkie z nich są produkowane na żądanie i w małych partiach. Użytkownicy nie muszą ich wyrzucać, ale mogą je naprawić i zminimalizować ich wpływ na środowisko.

Pomimo różnic i procesów, produkcja subtraktywna i produkcja addytywna rozwijają się obok siebie. Ze względu na swoje właściwości, te dwa rodzaje produkcji wzajemnie się uzupełniają i mogą szybko tworzyć precyzyjne części, które wcześniej były niewyobrażalne.

Aby połączyć te technologie produkcyjne, stworzono kilka wspólnych projektów, takich jak FirstMold, mających na celu zapewnienie firmom swobody projektowania w produkcji przyrostowej i precyzji produkcji subtraktywnej.

Czy produkcja addytywna może zastąpić produkcję subtraktywną?

Odpowiedź udzielona przez FirstMold brzmi: przynajmniej na razie nie może.

Dlaczego mówi się, że druk 3D nie może zastąpić produkcji subtraktywnej na obecnym etapie? Myślę, że można to przeanalizować głównie pod kątem następujących dwóch aspektów.

Jakie jest obecne zapotrzebowanie?

Zanim przeanalizujemy obecny popyt, przeanalizujmy najpierw, dlaczego produkcja subtraktywna była w stanie zastąpić większość gałęzi przemysłu produkujących materiały.

Społeczeństwo ludzkie osiągnęło pewien poziom rozwoju, a podstawowe potrzeby przetrwania zostały zaspokojone. Pojawiło się zapotrzebowanie na więcej dóbr materialnych. W połączeniu z globalizacją spowodowaną wielkimi podróżami, tradycyjne metody produkcji w małych warsztatach po prostu nie są w stanie zaspokoić ogromnej luki w potrzebach materialnych społeczności. Aby wytwarzać produkty wydajniej i lepszej jakości, powstała produkcja subtraktywna, czyli metody produkcji masowej.

Patrząc na to teraz, sytuacja jest taka sama. Podstawowe potrzeby materiałowe są już trudne do zaspokojenia, a coraz więcej osób zaczyna mieć pomysły na spersonalizowaną personalizację. Jeśli nadal stosowana będzie tradycyjna metoda produkcji subtraktywnej, będzie ona nieuchronnie droższa. Jest to więc szansa dla produkcji addytywnej.

Jednak na obecnym etapie nie rozwinęła się ona do punktu, w którym istnieje duże zapotrzebowanie na spersonalizowane produkty, a duża część populacji wciąż dąży raczej do opłacalności niż do duchowych pragnień.

Dojście do wprawy wymaga czasu, a obecnie technologia druku 3D jest daleka od osiągnięcia spersonalizowanej personalizacji na dużą skalę.

Brak możliwości

W porównaniu z produkcją subtraktywną, produkcja addytywna jest powolna, ma ograniczone możliwości materiałowe i jest kosztowna.

To, że prędkość obecnego sprzętu do druku 3D jest niska, jest niezaprzeczalne. Wytworzenie gotowego produktu zajmuje zbyt dużo czasu, a popyt przewyższa podaż.

Wydrukowanie kubka zajmuje od dwóch do trzech godzin, a zanim go wydrukujemy, dana osoba jest już spragniona.

Kiedy będziemy mogli wydrukować samochód w sekundę lub zestaw domów w dziesięć minut? Tak właśnie powinna wyglądać rewolucyjna technologia.

Dodatkowo, jeśli chodzi o materiały, obecnie dostępne materiały do drukowania są ograniczone. Oprócz najpopularniejszych tworzyw sztucznych, istnieją również nylon, żywica, proszek gipsowy, proszek metalowy itp., a pojedyncze urządzenie może w zasadzie drukować tylko jeden rodzaj materiału za każdym razem.

Jeśli ktoś chce wydrukować produkt z materiału kompozytowego, może wymagać późniejszego montażu lub innych operacji.

Jak wspomniano wcześniej, analizując obecne pragnienia ludzi pod względem potrzeb duchowych i opłacalności, zdecydowana większość wybierze opłacalność. Tak więc, trudno jest rynkowi powszechnie zaakceptować ceny produktów z druku 3D.

W rzeczywistości, na obecnym etapie, produkcja addytywna i produkcja subtraktywna całkiem dobrze się dogadują, co jest obecnie najlepszym sposobem na wykorzystanie obu technologii.

Słowa końcowe

Niezależnie od tego, czy jest to produkcja ekwimaterialna, produkcja subtraktywna czy produkcja addytywna, w rzeczywistości nie ma zjawiska, w którym jedno zastępuje drugie. Najlepszym rezultatem jest współistnienie różnych technologii, a niektóre branże zawsze będą ich potrzebować. FirstMold zapewnia Usługi obróbki CNC i usług druku 3D i ma doświadczenie w obu branżach od wielu lat. Ma więc pewien wpływ w tym zakresie.

Być może to, na co wspólnie czekamy, to tak zwana "produkcja hybrydowa", która może pojawić się w przyszłości.