Het verschil tussen additieve en subtractieve productie

In zekere zin is het bespreken van het verschil tussen additieve en subtractieve productie gelijk aan het bespreken van het verschil tussen CNC-verspaning en 3D-printen.

Wat is additieve en subtractieve productie?

Menselijke fabricagemethoden hebben tot nu toe drie grote veranderingen ondergaan, namelijk equimateriaal fabricage, subtractief fabricage en additief fabricage.

Equimaterial manufacturing verwijst naar de productie van producten via methodes zoals gieten, smeden en lassen, waarbij het materiaalgewicht relatief onveranderd blijft (product + onzuiverheden), een praktijk met een geschiedenis van meer dan 3000 jaar.

Subtractieve productie (CNC) verwijst naar het gebruik van apparatuur zoals draaibanken, molensschaven en slijpen om materialen te snijden en de gewenste vorm te krijgen. Deze praktijk bestaat al meer dan 300 jaar sinds de industriële revolutie. Voor specifieke processen van subtractieve productie raden we aan "Wat is CNC verspanen.”

Additive manufacturing (beter bekend als 3D-printen) verwijst naar het gebruik van technologieën zoals fotopolymerisatie, selectief lasersinteren en gesmolten depositiemodellering om incrementeel materiaal toe te voegen om de gewenste vorm te vormen. Deze praktijk bestaat pas meer dan 30 jaar sinds de jaren 1980. Voor een beter begrip van additive manufacturing raden we aan om te lezen over "3D printen.”

Terugkijkend in de geschiedenis hebben zowel equimateriële productie als subtractieve productie belangrijke bijdragen geleverd aan de ontwikkeling van de mens, en zelfs direct industriële sprongen in de menselijke samenleving voortgestuwd. Er wordt aangenomen dat 3D-printen in de nabije toekomst ook meer innovatie en gemak voor mensen zal brengen.

Voor- en nadelen van Additive Manufacturing en Subtractive Manufacturing

De opkomst van elke productiemethode betekent een revolutie in de productie, maar hun respectieve voor- en nadelen stimuleren en beperken de ontwikkeling van hun eigen technologieën. Hieronder analyseer ik de sterke en zwakke punten van elke technologie.

Equimaterial Productie:

Voordelen: Relatief volwassen, aanpasbare productie

Nadelen: Lage efficiëntie, hoge kosten, ongeschikt voor massaproductie

Subtractieve productie:

Voordelen: Geschikt voor massaproductie op grote schaal, hoog rendement, kan zeer hoge precisie bereiken

Nadelen: Hoge kosten van gepersonaliseerd maatwerk, verspilling van snijafval en restjes

Additive Manufacturing (huidige fase):

Voordelen: In staat tot persoonlijk maatwerk, korte productontwikkelingscyclus, lage kosten

Nadelen: Hoge kosten voor massaproductie, relatief beperkte materiaalopties

Voor- en nadelen van subtractief versus additief produceren

Zoals eerder vermeld, is een van de belangrijkste voordelen van subtractieve productietechnieken hun vermogen om een hoge maatnauwkeurigheid te bieden. In tegenstelling tot de meeste 3D printprocessen die afhankelijk zijn van warmte, kunnen bij subtractieve productie onderdelen op kamertemperatuur worden gemaakt, waardoor problemen met de maatnauwkeurigheid die gepaard gaan met materiaalverwerking worden vermeden (krimp).

Om de maatnauwkeurigheid bij subtractieve productie te garanderen, is omgevingscontrole noodzakelijk. Als er bijvoorbeeld stalen blokken worden gebruikt om onderdelen te ontwerpen, dan moet het materiaal minstens 3 dagen van tevoren naar de ruimte worden gebracht waar het snijden zal plaatsvinden.

Subtractieve productie profiteert ook van een breder scala aan compatibele materialen in vergelijking met 3D-printen. In tegenstelling tot 3D-printen, waarvoor meerdere printers op basis van verschillende materialen nodig zijn, kunnen bij subtractieve productie metalen, kunststof of houten onderdelen op dezelfde machine worden gemaakt.

Uitdagingen en beperkingen van subtractieve productie

Subtractieve productieprocessen hebben echter aanzienlijke nadelen. Ten eerste laten verschillende productiemethoden in vergelijking met 3D-printen een aanzienlijke hoeveelheid afval achter, terwijl additieve productie aantrekkelijk is omdat het alleen de benodigde hoeveelheid materiaal gebruikt.

Tijdens het machinaal bewerken moeten fabrikanten bijvoorbeeld spanen en ander afval uit het productieproces verwijderen om de hoeveelheid overtollig materiaal te beperken dat het snijproces zou kunnen verstoren. Naast het stof dat vrijkomt bij subtractieve productie, kan de rook van het proces ook schadelijk zijn voor operators, wat vaak voorkomt bij laser- of EDM-processen.

Bovendien kan subtractieve productie niet dezelfde productievrijheid bieden als 3D-printen - soms vereisen onderdelen die in één keer geprint kunnen worden meerdere bewerkingen, het gebruik van verschillende machines en worden ze opgesplitst in meerdere onderdelen voor assemblage voor replicatie via subtractieve productie.

Tot slot is het moeilijker om complexe geometrische vormen te bereiken door materiaalverwijderingsprocessen. Additive manufacturing biedt meer vrijheid in het ontwerpproces. Met andere woorden, ontwerpers hoeven zich geen zorgen te maken over de beperkingen die worden opgelegd door de bewerkingsmachines die ze gebruiken, waardoor hun verbeelding de vrije loop kan hebben zonder beperkt te worden door de productiemogelijkheden.

Hoe subtractieve en additieve productie elkaar aanvullen

Er wordt vaak gedacht dat deze twee technologieën concurrenten zijn, maar voorlopig hebben ze heel verschillende toepassingen. Daarom worden ze vooral complementair gebruikt. Sinds het begin van de sterke groei wordt 3D-printen het meest gebruikt voor het maken van prototypes.

Door de voordelen die het biedt, maakt 3D-technologie het mogelijk om snel en tegen lage kosten meerdere onderdelen te maken, wat mogelijkheden biedt voor verschillende iteraties. Zodra de vorm, het materiaal en de onderdelen zijn bepaald, kan de serieproductie worden uitgevoerd met behulp van subtractieve productiemethoden.

Met processen zoals lasersnijden en waterstraalsnijden kunnen in korte tijd een groot aantal onderdelen worden ontworpen. Andere methoden, zoals CNC-verspaning, kunnen echter zeer tijdrovend zijn. Deze techniek vereist aanzienlijke programmeerstappen en bijna verplichte menselijke aanwezigheid. Tegenwoordig wordt CNC-verspaning vooral gebruikt voor het maken van spuitgietmatrijzen, een vormende productietechniek.

Vooruitgang in Productie: De samenwerking van subtractief en additief produceren

Hoewel subtractieve productie het mogelijk maakt om objecten te repareren, biedt 3D-printen meer mogelijkheden op dit gebied. Een voorbeeld is het Directed Energy Deposition (DED) proces, dat gebruikt kan worden om metalen onderdelen te repareren zonder ze te vervangen.

Deze technologie is specifiek in staat om materiaal toe te voegen aan bestaande onderdelen, waardoor het niet nodig is om onderdelen te produceren of grote onderdelen onnodig te vervangen. Wereldwijd maakt 3D-technologie het mogelijk om onderdelen die na verloop van tijd defect of versleten zijn te reproduceren, allemaal on-demand en in kleine batches. Gebruikers hoeven ze niet weg te gooien, maar kunnen de onderdelen repareren en hun impact op het milieu minimaliseren.

Ondanks verschillen en processen hebben subtractieve fabricage en additieve fabricage de neiging om naast elkaar te bestaan. Door hun respectieve eigenschappen vullen deze twee soorten fabricage elkaar aan en kunnen ze snel precisieonderdelen maken die voorheen ondenkbaar waren.

Om deze productietechnologieën te combineren zijn enkele samenwerkingsprojecten opgezet, zoals FirstMold, met als doel bedrijven de ontwerpvrijheid van additieve productie en de precisie van subtractieve productie te bieden.

Kan Additive Manufacturing Subtractive Manufacturing vervangen?

Het antwoord van FirstMold is: in ieder geval voorlopig niet.

Waarom wordt er gezegd dat 3D-printen in het huidige stadium geen subtractieve productie kan vervangen? Ik denk dat het voornamelijk kan worden geanalyseerd vanuit de volgende twee aspecten.

Wat is de huidige vraag?

Voordat we de huidige vraag analyseren, moeten we eerst analyseren waarom subtractieve productie de meeste gelijkwaardige productiesectoren heeft kunnen vervangen.

De menselijke samenleving heeft een bepaald ontwikkelingsniveau bereikt en aan de basisbehoeften om te overleven is voldaan. Wat volgt is de behoefte aan meer materiële goederen. In combinatie met de globalisering die door de grote reizen teweeg is gebracht, zijn de traditionele kleine werkplaatsachtige productiemethoden simpelweg niet in staat om aan het enorme gat in de materiële behoeften van de gemeenschap te voldoen. Om producten efficiënter en met een betere kwaliteit te kunnen produceren, ontstonden subtractieve productiemethoden, of massaproductiemethoden.

Als we er nu naar kijken, is het dezelfde situatie. Het is al moeilijk om aan de basisbehoeften aan materiaal te voldoen en steeds meer mensen beginnen ideeën te krijgen over gepersonaliseerd maatwerk. Als de traditionele subtractieve productiemethode nog steeds wordt gebruikt, zal het onvermijdelijk duurder worden. Dit is dus de kans voor additieve productie.

Maar in het huidige stadium is het nog niet zover ontwikkeld dat er een grote vraag is naar gepersonaliseerde producten en een groot deel van de bevolking streeft nog steeds kosteneffectiviteit na in plaats van spirituele verlangens.

Het kost tijd om er bedreven in te raken en op dit moment is de 3D-printtechnologie nog lang niet in staat om op grote schaal gepersonaliseerd maatwerk te leveren.

Gebrek aan vermogen

Vergeleken met subtractieve productie is additieve productie traag, heeft het beperkte materiaalopties en is het duur.

Dat de snelheid van de huidige 3D printapparatuur laag is, valt niet te ontkennen. Het duurt te lang om een eindproduct te maken en de vraag is groter dan het aanbod.

Het duurt twee tot drie uur om een beker af te drukken en tegen de tijd dat we de beker afdrukken, heeft de persoon al dorst.

Wanneer we een auto in een seconde kunnen printen, of een set huizen in tien minuten? Zo zou revolutionaire technologie eruit moeten zien.

Wat materialen betreft, zijn de momenteel haalbare printmaterialen beperkt. Naast de meest voorkomende kunststoffen zijn er ook nylon, hars, gipspoeder, metaalpoeder, enz. en een enkel apparaat kan in principe maar één soort materiaal per keer printen.

Als iemand een product wil printen met een composietmateriaal, kan hij of zij post-assemblage of andere bewerkingen nodig hebben.

Zoals eerder gezegd, als we de huidige verlangens van mensen analyseren in termen van spirituele behoeften versus kosteneffectiviteit, zal de overgrote meerderheid kiezen voor kosteneffectiviteit. Het is dus een uitdaging voor de markt om de prijzen van producten van 3D-printing breed te accepteren.

In feite kunnen additive manufacturing en subtractive manufacturing op dit moment heel goed met elkaar overweg, wat op dit moment de beste manier is om beide technologieën te gebruiken.

Laatste woorden

Of het nu gaat om equimaterial manufacturing, subtractive manufacturing of additive manufacturing, er is eigenlijk geen fenomeen waarbij de een de ander vervangt. Het beste resultaat is dat verschillende technologieën naast elkaar bestaan, en er zullen altijd industrieën zijn die ze nodig hebben. FirstMold biedt CNC-bewerkingsservices en 3D-printdiensten en heeft al vele jaren ervaring in beide sectoren. Het heeft dus een zekere invloed in dit opzicht.

Misschien kijken we collectief uit naar de zogenaamde "hybride productie" die in de toekomst kan ontstaan.