Аддитивное и субтрактивное производство: что выбрать? [Часть 1]

Аддитивные и субтрактивные производственные процессы используются во всех отраслях промышленности по всему миру. Все производственные процессы относятся к одной из этих двух категорий. Оба процесса имеют свои области применения, преимущества и недостатки.

Знание особенностей каждого метода может помочь в выборе правильных процессов для работы. Это позволит сэкономить время и ресурсы, а также получить качественные результаты.

В этой статье будет проведено подробное сравнение между аддитивным и субтрактивным производством. Прочитав представленную здесь информацию, вы сможете принять обоснованное решение о том, какой метод выбрать для ваших задач.

Аддитивные и субтрактивные производственные процессы различаются по основному принципу работы. Аддитивные производственные процессы работают путем добавления материалов в требуемую форму. С другой стороны, субтрактивные производственные процессы работают путем удаления материала с заготовки. В процессах удаления материала могут использоваться токарные станки, оптоволоконные лазерные станки для резки металла, электроэрозионные станки и т.д.

Таким образом, при аддитивном производстве вы начинаете с нуля, а заканчиваете конечной деталью. Однако при субтрактивном производстве вы начинаете с заготовки и удаляете материал, чтобы получить конечный продукт.

Аддитивное и субтрактивное производство отличаются по всем важным параметрам. Давайте изучим их эффективность по каждому из этих параметров.

Отходы материалов могут иметь большое значение при производстве из драгоценных металлов. Меньшее количество отходов материала позволяет снизить затраты и благоприятно влияет на окружающую среду.

• Аддитивное производство: Процессы аддитивного производства имеют минимальные потери материала. Эти процессы направлены на добавление материала вместо его удаления.
• Субтрактивное производство: Субтрактивные производственные процессы имеют высокий уровень отходов материала. Эти процессы удаляют большое количество материала для создания конечного продукта. В некоторых случаях удаленный материал не подлежит переработке.

Точность обработки материалов имеет важное значение во множестве проектов. Допуск производственного процесса определяет точность. Более высокий допуск означает более низкую точность и наоборот.

• Аддитивное производство: Процессы аддитивного производства обычно имеют низкую точность. Это связано с тем, что добавление материала не так контролируется, как его удаление. Кроме того, материал неконтролируемо расширяется при охлаждении, что еще больше снижает точность.
• Субтрактивное производство: Процессы субтрактивного производства обычно отличаются высокой точностью. Это связано с контролируемыми процессами обработки и небольшим размером режущих инструментов.

Как у аддитивных, так и субтрактивных производственных процессах есть подходящие материалы, с которыми они могут работать.

• Аддитивное производство: аддитивные производственные процессы ограничены в выборе материалов. Они работают только с некоторыми видами пластмасс и металлов. Такие материалы, как дерево, не поддаются аддитивному производству.
• Субтрактивное производство: методы субтрактивного производства работают со всеми возможными материалами. Даже такие материалы, как дерево и стекло, могут быть подвергнуты многим субтрактивным технологиям производства.

Многие изделия имеют сложную форму и замысловатую геометрию. Сложные формы выпадают из стандартного набора форм, таких как сферы, кубы и т.д.

• Аддитивное производство: процессы аддитивного производства позволяют создавать сложные формы. Для изготовления сложной формы с помощью аддитивных технологий требуется пресс-форма.
• Субтрактивное производство: методы субтрактивного производства также позволяют изготавливать сложные детали. Благодаря более высокой точности и использованию станков с несколькими осями, например пятиосевых обрабатывающих центров, субтрактивное производство может создавать значительно более сложные формы.

Производственный процесс, подходящий для мелкосерийного производства, может не подойти для крупносерийного. Аддитивные и субтрактивные производственные процессы имеют совершенно разные характеристики при различных объемах производства.

• Аддитивное производство: аддитивное производство идеально подходит для изготовления деталей небольшими партиями. Этот процесс требует наличия пресс-форм для создания деталей. Кроме того, необходимо учитывать этап охлаждения.
• Субтрактивное производство: субтрактивное производство лучше подходит для крупносерийных партий. Многоосевая обработка с ЧПУ позволяет изготавливать детали с очень высокой скоростью.

Более высокая скорость производства означает меньшее время, затрачиваемое на изготовление каждой детали. Это может обеспечить более высокий объем производства за определенное время.

• Аддитивное производство: аддитивное производство медленнее, чем субтрактивное. Однако аддитивное производство может быть более быстрым методом для небольших деталей в малых объемах.
• Субтрактивное производство: субтрактивное производство в целом быстрее аддитивного. Однако этот процесс больше подходит для крупных партий продукции. Оно также быстрее при изготовлении крупных деталей.

Отделка поверхности в процессе производства может устранить необходимость во вторичных процессах отделки. Это экономит затраты и время на общее время производства деталей.

• Аддитивное производство: аддитивное производство может иметь множество дефектов поверхности. Поэтому обычно требуется вторичная отделка.
• Субтрактивное производство: субтрактивное производство обеспечивает гладкую поверхность. Кроме того, такие процессы, как обработка с ЧПУ, могут дать несколько вариантов отделки.

Процессы, требующие высококвалифицированных операторов, могут быть сложными или дорогими в исполнении. Поэтому навыки оператора важны при сравнении двух технологий производства.

• Аддитивное производство: аддитивное производство не требует высокой квалификации оператора. Это объясняется простотой оборудования и машин, используемых в аддитивном производстве.
• Субтрактивное производство: в субтрактивном производстве используется тяжелое оборудование, например, станки с ЧПУ. Поэтому требуются квалифицированные операторы.

Функции кастомизации полезны для производителей, которые работают над созданием прототипов или индивидуальных продуктов.

• Аддитивное производство: при использовании пресс-форм процессы аддитивного производства не обеспечивают какой-либо степени кастомизации. Для любой модификации форму необходимо создавать заново. Однако, при использовании 3D-принтеров аддитивное производство показывает хорошие возможности для кастомизации.
• Субтрактивное производство: процессы субтрактивного производства имеют высокую степень кастомизации. Простыми изменениями в программе можно добиться любой модификации.

Безопасность производственного процесса имеет большое значение для рабочих. Крайне важно уделять внимание протоколу безопасности производственного процесса.

• Аддитивное производство: аддитивные производственные процессы относительно более безопасны, поскольку в них не используются острые инструменты. Однако при работе с пластмассами могут выделяться токсичные пары.
• Субтрактивное производство: субтрактивные производственные процессы требуют обучения технике безопасности из-за типа оборудования. Эти машины имеют острые инструменты, которые могут стать причиной производственных травм. Поэтому при работе с таким оборудованием требуется подробный инструктаж по технике безопасности.

Процесс аддитивного производства подразумевает создание деталей путем осаждения материалов. Материал изначально присутствует в виде нити, смолы или гранул. Он нагревается и превращается в необходимую деталь с помощью различных процессов. Аддитивное производство — это упрощенный и понятный производственный процесс.

Существует множество различных технологий аддитивного производства, которые широко используются:

• 3D-печать;
• Литье под давлением;
• Экструзия материала;
• Спекание или плавление порошков;
• Послойная электронно-лучевая плавка материала или плавка лазером;
• Струйная печать связующим веществом;
• Изготовление объектов методом ламинирования;
• Струйная 3D печать;
• Фотополимеризация в ванне;
• Прямое лазерное спекание металлов;
• Стереолитография;
• Электронно-лучевое плавление;
• Выборочное лазерное спекание;
• Выборочная лазерная плавка;
• Моделирование методом послойного наложения расплавленной полимерной нити.

Технологии аддитивного производства могут иметь множество преимуществ и недостатков, связанных с ними. Давайте рассмотрим каждый из них по отдельности:

• Сокращение отходов: основным преимуществом этих процессов является снижение отходов материала;
• Сокращение оснастки: стоимость оснастки для этих процессов довольно низкая;
• Производство по требованию: эта технология позволяет достичь целей производства по требованию;
• Сроки изготовления: время выполнения заказа при аддитивном производстве довольно низкое;
• Устойчивость: меньшее количество отходов материала делает аддитивное производство устойчивым процессом;
• Кастомизация: такие процессы, как 3D-печать, предоставляют хорошие возможности для кастомизации;
• Диапазон материалов: эти процессы поддерживают множество различных материалов, таких как металлы, пластмассы и керамика. Но есть еще много материалов, которые они не могут использовать, например, древесина;
• Сложные детали: аддитивное производство позволяет создавать сложные детали.

• Отделка поверхности: на деталях, изготовленных с помощью аддитивного производства, имеется множество дефектов поверхности. Почти всегда требуется вторичная отделка;
• Объем производства: эти процессы не подходят для массового производства;
• Ограничение по материалам: существует множество материалов, которые не могут быть использованы в аддитивных процессах. Любой материал, который не плавится, и легко распадается, трудно использовать в аддитивных процессах. Поэтому выбор материалов в основном ограничен термопластиками и некоторыми металлами.

Аддитивное производство хорошо подходит для изготовления небольших деталей малыми партиями. Оно также полезно для изготовления деталей с внутренней геометрией. Например, аддитивное производство позволяет создавать детали со встроенными вентиляционными отверстиями для охлаждения. Оборудование для аддитивного производства, такое как 3D-принтеры, хорошо подходит для создания небольших прототипов.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Прорыв в аддитивном производстве: меняющие цвет чернила для 3D принтера»‎ и «‎Исследователи разработали сверхэластичный сплав с эффектом памяти формы для 3D-печати»‎. Со второй частью данной статьи, вы можете ознакомится в нашем блоге.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!