A diferença entre o fabrico aditivo e o fabrico subtrativo

De certa forma, discutir a diferença entre o fabrico aditivo e o fabrico subtrativo é equivalente a discutir a diferença entre a maquinagem CNC e a impressão 3D.

O que é o fabrico aditivo e o fabrico subtrativo?

Até à data, os métodos de fabrico humano sofreram três grandes alterações, nomeadamente o fabrico equimaterial, o fabrico subtrativo e o fabrico aditivo.

O fabrico equimaterial refere-se à produção de produtos através de métodos como a fundição, o forjamento e a soldadura, em que o peso do material permanece relativamente inalterado (produto + impurezas), uma prática com uma história de mais de 3000 anos.

O fabrico subtrativo (CNC) refere-se à utilização de equipamentos como tornos, moinhosA serração é um processo que consiste em cortar materiais para obter a forma desejada. Esta prática existe há mais de 300 anos, desde a Revolução Industrial. Para processos específicos de fabrico subtrativo, recomendamos a leitura de "O que é a maquinagem CNC.”

O fabrico aditivo (vulgarmente conhecido como impressão 3D) refere-se à utilização de tecnologias como a fotopolimerização, a sinterização selectiva a laser e a modelação por deposição fundida para adicionar material de forma incremental para formar a forma desejada. Esta prática existe há mais de 30 anos, desde a década de 1980. Para uma compreensão do fabrico aditivo, recomendamos a leitura de "Impressão 3D.”

Olhando para trás na história, tanto o fabrico equimaterial como o fabrico subtrativo deram contributos significativos para o desenvolvimento humano, tendo mesmo impulsionado diretamente os saltos industriais na sociedade humana. Acredita-se que a impressão 3D também trará mais inovação e comodidade às pessoas num futuro próximo.

Vantagens e desvantagens do fabrico aditivo e do fabrico subtrativo

O aparecimento de cada método de fabrico representa uma revolução no fabrico, mas as respectivas vantagens e desvantagens tanto impulsionam como limitam o desenvolvimento das suas próprias tecnologias. De seguida, analisarei os pontos fortes e fracos de cada tecnologia.

Fabrico de Equimateriais:

Vantagens: Produção relativamente madura e personalizável

Desvantagens: Baixa eficiência, custo elevado, inadequado para produção em massa

Fabrico subtrativo:

Vantagens: Capacidade de produção em massa em grande escala, elevada eficiência, pode atingir uma precisão muito elevada

Desvantagens: Custo elevado da personalização, desperdício de retalhos e sobras

Fabrico aditivo (fase atual):

Vantagens: Capacidade de personalização, ciclo de desenvolvimento de produto curto, baixo custo

Desvantagens: Custo elevado para a produção em massa, opções de materiais relativamente limitadas

Vantagens e desvantagens do fabrico subtrativo versus fabrico aditivo

Como já foi referido, uma das principais vantagens das técnicas de fabrico subtrativo é a sua capacidade de proporcionar uma elevada precisão dimensional. Ao contrário da maioria dos processos de impressão 3D que dependem do calor, o fabrico subtrativo permite que as peças sejam construídas à temperatura ambiente, evitando problemas de precisão de tamanho associados ao processamento de materiais (retração).

Para garantir a precisão dimensional na produção subtractiva, é necessário um controlo ambiental. Por exemplo, se forem utilizados blocos de aço para conceber peças, o material deve ser levado para a sala onde será efectuado o corte com, pelo menos, 3 dias de antecedência; caso contrário, as suas dimensões serão alteradas em função da temperatura e da humidade.

O fabrico subtrativo também beneficia de uma gama mais vasta de materiais compatíveis em comparação com a impressão 3D. Ao contrário da impressão 3D, que requer várias impressoras baseadas em materiais diferentes, o fabrico subtrativo pode criar peças de metal, plástico ou madeira na mesma máquina.

Desafios e limitações do fabrico subtrativo

No entanto, os processos de fabrico subtrativo têm desvantagens significativas. Em primeiro lugar, em comparação com a impressão 3D, os diferentes métodos de produção deixam para trás uma quantidade considerável de resíduos, enquanto o fabrico aditivo é atrativo porque utiliza apenas a quantidade necessária de material.

Por exemplo, durante a maquinagem, os fabricantes devem remover as aparas e outros detritos do processo de fabrico para limitar a quantidade de material em excesso que pode interferir com os processos de corte. Para além do pó produzido pelo fabrico subtrativo, o fumo do processo pode também ser prejudicial para os operadores, o que é comum quando se utilizam processos a laser ou EDM.

Além disso, o fabrico subtrativo não pode proporcionar a mesma liberdade de fabrico que a impressão 3D - por vezes, as peças que podem ser impressas de uma só vez requerem múltiplas operações, a utilização de diferentes máquinas, e são divididas em múltiplas partes para montagem para replicação através do fabrico subtrativo.

Por último, é mais difícil obter formas geométricas complexas através de processos de remoção de material. O fabrico aditivo permite uma maior liberdade no processo de conceção. Por outras palavras, os designers não têm de se preocupar com as limitações impostas pelas máquinas-ferramentas que utilizam, permitindo assim que a sua imaginação corra livremente sem ser restringida pelas capacidades de fabrico.

Como o fabrico subtrativo e o fabrico aditivo se complementam

Se estas duas tecnologias são frequentemente consideradas concorrentes, de momento, têm aplicações muito diferentes. É por isso que são utilizadas principalmente de forma complementar. Desde o início do seu forte crescimento, a impressão 3D tem sido mais comummente utilizada para fins de prototipagem.

Devido aos benefícios que oferece, a tecnologia 3D permite o fabrico rápido e a baixo custo de várias peças, proporcionando assim possibilidades para diferentes iterações. Uma vez determinada a forma, o material e as peças, a produção em lote pode ser efectuada utilizando métodos de fabrico subtractivos.

Processos como o corte a laser e o corte por jato de água permitem a conceção de um grande número de peças num curto espaço de tempo. No entanto, outros métodos, como a maquinagem CNC, podem ser muito morosos. Esta técnica requer passos de programação significativos e uma presença humana quase obrigatória. Atualmente, a maquinagem CNC é utilizada principalmente para o fabrico de moldes de injeção, que é uma técnica de fabrico formativa.

Avanços no fabrico: A colaboração entre o fabrico subtrativo e o fabrico aditivo

Além disso, embora o fabrico subtrativo permita a reparação de objectos, a impressão 3D oferece mais possibilidades nesta área. Um exemplo é o processo Directed Energy Deposition (DED), que pode ser utilizado para reparar peças metálicas sem as substituir.

Especificamente, esta tecnologia é capaz de adicionar material a peças existentes, evitando assim a necessidade de fabricar componentes ou substituir desnecessariamente peças grandes. Globalmente, a tecnologia 3D permite a replicação de peças que falharam ou se desgastaram com o tempo, sendo todas elas produzidas a pedido e em pequenos lotes. Os utilizadores não precisam de as descartar, mas podem reparar as peças e minimizar o seu impacto no ambiente.

Apesar das diferenças e dos processos, o fabrico subtrativo e o fabrico aditivo tendem a progredir lado a lado. Devido às suas características respectivas, estes dois tipos de fabrico complementam-se e podem criar rapidamente peças de precisão que antes eram inimagináveis.

Para combinar estas tecnologias de fabrico, foram criados alguns projectos de colaboração, como o FirstMold, com o objetivo de proporcionar às empresas a liberdade de conceção do fabrico aditivo e a precisão do fabrico subtrativo.

O fabrico aditivo pode substituir o fabrico subtrativo?

A resposta dada pela FirstMold é: pelo menos por enquanto, não pode.

Porque é que se diz que a impressão 3D não pode substituir o fabrico subtrativo na fase atual? Penso que pode ser analisado principalmente a partir dos dois aspectos seguintes.

Qual é a procura atual?

Antes de analisar a procura atual, analisemos primeiro a razão pela qual a produção subtractiva conseguiu substituir a maior parte das indústrias de produção equimatéria.

A sociedade humana atingiu um certo nível de desenvolvimento e as necessidades básicas de sobrevivência foram satisfeitas. O que se segue é a necessidade de mais bens materiais. Juntamente com a globalização provocada pelas grandes viagens, os métodos tradicionais de produção ao estilo de pequenas oficinas são simplesmente incapazes de satisfazer a enorme lacuna nas necessidades materiais da comunidade. Para produzir produtos de forma mais eficiente e com melhor qualidade, surgiu a manufatura subtractiva, ou métodos de produção em massa.

Atualmente, a situação é a mesma. As necessidades básicas de material já são difíceis de satisfazer, e cada vez mais pessoas começam a ter ideias sobre a personalização. Se o método tradicional de fabrico subtrativo continuar a ser utilizado, o seu custo será inevitavelmente mais elevado. Esta é, portanto, a oportunidade para o fabrico aditivo.

Mas, na fase atual, ainda não se desenvolveu ao ponto de haver uma grande procura de produtos personalizados, e uma grande parte da população ainda procura uma boa relação custo-eficácia em vez de desejos espirituais.

É preciso tempo para se tornar proficiente e, atualmente, a tecnologia de impressão 3D está longe de ser capaz de alcançar uma personalização em grande escala.

Falta de capacidade

Em comparação com o fabrico subtrativo, o fabrico aditivo é lento, tem opções de materiais limitadas e é dispendioso.

É inegável que a velocidade dos actuais equipamentos de impressão 3D é lenta. Demora demasiado tempo a produzir um produto acabado e a procura excede a oferta.

Demora duas a três horas a imprimir um copo e, quando o imprimimos, a pessoa já está com sede.

Quando pudermos imprimir um carro num segundo, ou um conjunto de casas em dez minutos? É assim que deve ser a tecnologia revolucionária.

Além disso, no que diz respeito aos materiais, os materiais de impressão atualmente disponíveis são limitados. Para além dos plásticos mais comuns, existem também o nylon, a resina, o pó de gesso, o pó de metal, etc., e um único dispositivo só pode imprimir basicamente um tipo de material de cada vez.

Se alguém quiser imprimir um produto com um material compósito, pode necessitar de operações de pós-montagem ou outras.

Como já foi referido, quando se analisam os desejos actuais das pessoas em termos de necessidades espirituais versus relação custo-eficácia, a grande maioria escolhe a relação custo-eficácia. Por isso, é um desafio para o mercado aceitar amplamente os preços dos produtos da impressão 3D.

De facto, na fase atual, o fabrico aditivo e o fabrico subtrativo dão-se bastante bem, o que constitui atualmente a melhor forma de utilizar ambas as tecnologias.

Palavras finais

Quer se trate de fabrico equimaterial, de fabrico subtrativo ou de fabrico aditivo, não há, na verdade, nenhum fenómeno em que uma substitua a outra. O melhor resultado é que várias tecnologias coexistem e haverá sempre algumas indústrias que precisam delas. A FirstMold fornece Serviços de maquinagem CNC e serviços de impressão 3D e tem experiência em ambos os sectores há muitos anos. Por conseguinte, tem um certo grau de influência neste domínio.

Talvez o que esperemos coletivamente seja a chamada "produção híbrida" que poderá surgir no futuro.