Produkcja addytywna kontra produkcja subtraktywna

Produkcja oparta na procesach wytwarzania addytywnego i subtraktywnego jest stosowana w wielu gałęziach przemysłu. Każdy wytwórczy proces produkcyjny mieści się w którejś z tych kategorii i każdy ma swoje zalety, jak i wady. Produkcja addytywna i subtraktywna – znajomość różnic pomiędzy nimi może pomóc w wyborze odpowiednich procesów do danego projektu. Oszczędza to nie tylko czas, ale i zasoby oraz zapewnia wysoką jakość końcowego produktu.

Produkcja addytywna

Produkcja addytywna zaczyna się od projektu cyfrowego. Oprogramowanie komputerowe dzieli model na cienkie warstwy. Następnie maszyny tworzą detal dodając warstwa po warstwie. Materiał jest osadzany aż do uzyskania wymaganego kształtu. Materiałem może być filament, żywica lub granulat, który następnie jest podgrzewany i przekształcany poprzez rożne procesy wg projektu. Proces ten charakteryzuje się kilkoma ważnymi właściwościami:

• niską dokładnością, która wynika z faktu, że dodawanie materiału nie jest tak kontrolowane jak jego usuwanie w procesach subtraktywnych, a materiał rozszerza się niekontrolowanie podczas chłodzenia, co jeszcze bardziej zmniejsza dokładność,
• ograniczonym wyborem materiałów, gdyż działa tylko na kilku tworzywach sztucznych i metalach, a materiały takie jak drewno nie są możliwe do zastosowania,
• produkcja idealna do wytwarzania niewielkich detali o złożonym kształcie i produkcji mniejszych partii, gdyż wymaga specjalnych form i chłodzenia,  
• nie ma etapu wykończenia powierzchni, a ponieważ w jej wyniku pozostają niedoskonałości, to wymaga ona wykończenia wtórnego,
• nie wymaga wysoko wykwalifikowanego operatora, co wynika z prostoty sprzętu,
• produkcja ta nie sprawdza się przy personalizacji produktów, gdyż każda zmiana wymaga stworzenia nowej formy, co wiąże się z kosztami,
• w kwestii bezpieczeństwa z jednej strony nie wymaga użycia ostrych narzędzi, ale za to mogą być wydzielane toksyczne opary podczas pracy z tworzywami sztucznymi,
• możliwa jest produkcja na żądanie,
• minimalne marnotrawstwo materiału.

Produkcja addytywna i jej główne techniki

Produkcja ta obejmuje wiele różnych technik wytwarzania addytywnego:

• drukowanie 3D to technika przyrostowa, polegająca na tworzeniu obiektów warstwa po warstwie na podstawie modelu cyfrowego,
• formowanie wtryskowe to proces wytwarzania, w którym stopiony materiał (najczęściej plastik) jest wtryskiwany do formy, gdzie zastyga, przyjmując jej kształt,
• ekstruzja materiału to metoda druku 3D polegająca na wyciskaniu rozgrzanego materiału (np. plastiku) przez dyszę i jego nanoszenie warstwami,
• fuzja proszkowa to proces, w którym materiał w postaci proszku (np. metal lub plastik jest selektywnie stapiany za pomocą źródła ciepła (np. lasera) w celu utworzenia stałej struktury,
• bezpośrednie osadzanie energii to technologia, w której materiał (najczęściej metalowy proszek lub drut) jest nanoszony i jednocześnie topiony wiązką energii (np. laserem), umożliwiając naprawy lub wytwarzanie struktur,
• natryskiwanie spoiwa to proces, w którym ciekłe spoiwo jest nanoszone na warstwy proszku (np. metalu, ceramiki), aby je selektywnie łączyć – bez użycia wysokiej temperatury,
• laminowanie arkuszy, czyli tworzenie detalu przez nakładanie i sklejanie cienkich warstw materiału (np. papieru, folii metalowej), a następnie ich cięcie w odpowiedni kształt,
• strumieniowe nakładanie materiału to technologia, w której krople ciekłego materiału są precyzyjnie nanoszone na podłoże i utwardzane światłem UV,
• polimeryzacja VAT to proces, w którym ciekła żywica fotopolimerowa jest utwardzana światłem (np. UV) warstwa po warstwie w zbiorniku,
• bezpośrednie spiekanie laserowe metali polega na wytwarzaniu obiektów metalowych przez selektywne spiekanie proszku metalowego laserem,
• stereolitografia to jedna z pierwszych metod druku 3D, polegająca na utwardzaniu ciekłej żywicy warstwa po warstwie za pomocą lasera UV.

Produkcja subtraktywna

Produkcja subtraktywna to proces, w którym materiał jest systematycznie usuwany z litego bloku, takiego jak metal, plastik lub drewno, w celu uzyskania pożądanego kształtu i wymiarów.Polega na usuwaniu materiału z przedmiotu obrabianego z wykorzystaniem tarcia, erozji, ciepła lub ostrych narzędzi. Materiałem wyjściowym może być blok, cylinder czy arkusz lub inne kształty. Również ta produkcja ma swoje określone właściwości:

• procesy są bardzo precyzyjne, co wynika z kontrolowanej obróbki i małych narzędzi tnących,  
• dokładność jest ważna w przypadku projektów, wymagających spójności lub wtórnego dopasowania i jest determinowana przez tolerancje określone w projekcie – większa oznacza niższą dokładność i odwrotnie,  
• techniki subtraktywne działają na wszystkich możliwych materiałach, obrabia się nie tylko metal czy tworzywo sztuczne, ale również drewno czy szkło,
• ze względu na precyzję i kompatybilność wieloosiową jest idealna do tworzenia skomplikowanych projektów, a ze względu na precyzję i prędkość produkcji zamówień do wytwarzania  masowego, również większych detali,
• zapewnia gładkie wykończenie detali w wielu różnych opcjach,
• wymagani są wykwalifikowani technolodzy oraz operatorzy, którzy będą potrafili programować maszyny CNC,
• wysoki stopień personalizacji, dzięki prostym modyfikacjom w programie, zapewnia wprowadzenie dowolnych zmian,
• wymaga szkolenia w zakresie bezpieczeństwa ze względu na rodzaj maszyn i na ruchome elementy oraz ostre narzędzia,
• marnowany jest materiał w dużych ilościach, który w wielu przypadkach nie nadaje się do recyklingu.

Produkcja subtraktywna a technologie

Do typowych procesów subtraktywnych zalicza się:

• frezowanie i toczenie CNC,
• cięcie laserowe,
• cięcie wodą,
• wiercenie,
• obróbkę elektroerozyjną,
• szlifowanie,
• rozwiercanie.

Czy produkcja addytywna jest bardziej opłacalna niż subtraktywna?

Produkcja addytywna jest bardziej opłacalna w przypadku małych partii i prototypów, ponieważ nie wymaga specjalnych narzędzi. Jednak koszt materiałów i maszyn, zwłaszcza w przypadku metali, może być wysoki.

Produkcja subtraktywna jest generalnie bardziej opłacalna w przypadku większych serii produkcyjnych ze względu na ekonomię skali. Jednak początkowa konfiguracja maszyn i oprogramowania oraz narzędzia mogą być kosztowne.