La diferencia entre la fabricación aditiva y la fabricación sustractiva

En cierto sentido, discutir la diferencia entre fabricación aditiva y fabricación sustractiva equivale a discutir la diferencia entre mecanizado CNC e impresión 3D.

¿Qué es la fabricación aditiva y la fabricación sustractiva?

Los métodos de fabricación humana han experimentado tres grandes cambios hasta la fecha, a saber, la fabricación equimaterial, la fabricación sustractiva y la fabricación aditiva.

La fabricación equimaterial se refiere a la producción de productos mediante métodos como la fundición, la forja y la soldadura, en los que el peso del material permanece relativamente inalterado (producto + impurezas), una práctica con una historia de más de 3000 años.

La fabricación sustractiva (CNC) se refiere al uso de equipos como tornos, molinos, cepilladoras y amoladoras para cortar materiales y conseguir la forma deseada. Esta práctica existe desde hace más de 300 años, desde la Revolución Industrial. Para conocer los procesos específicos de la fabricación sustractiva, le recomendamos leer "Qué es el mecanizado CNC.”

La fabricación aditiva (comúnmente conocida como impresión en 3D) se refiere al uso de tecnologías como la fotopolimerización, la sinterización selectiva por láser y el modelado por deposición fundida para añadir material de forma incremental hasta formar la forma deseada. Esta práctica sólo existe desde hace más de 30 años, desde la década de 1980. Para comprender la fabricación aditiva, le recomendamos leer sobre "Impresión en 3D.”

Si echamos la vista atrás en la historia, tanto la fabricación equimaterial como la fabricación sustractiva han contribuido significativamente al desarrollo humano, e incluso han impulsado directamente saltos industriales en la sociedad humana. Se cree que la impresión en 3D también aportará más innovación y comodidad a las personas en un futuro próximo.

Ventajas y desventajas de la fabricación aditiva y la fabricación sustractiva

La aparición de cada método de fabricación representa una revolución en la fabricación, pero sus respectivas ventajas y desventajas impulsan y limitan a la vez el desarrollo de sus propias tecnologías. A continuación, analizaré los puntos fuertes y débiles de cada tecnología.

Fabricación Equimaterial:

Ventajas: Producción relativamente madura y personalizable

Desventajas: Baja eficacia, alto coste, inadecuado para la producción en masa

Fabricación sustractiva:

Ventajas: Capaz de la producción en masa a gran escala, alta eficiencia, puede lograr una precisión muy alta

Desventajas: Alto coste de la personalización, desperdicio de recortes y sobras

Fabricación aditiva (fase actual):

Ventajas: Capacidad de personalización, ciclo corto de desarrollo del producto, bajo coste

Desventajas: Coste elevado para la producción en serie, opciones de material relativamente limitadas

Ventajas y desventajas de la fabricación sustractiva frente a la aditiva

Como ya se ha mencionado, una de las principales ventajas de las técnicas de fabricación sustractiva es su capacidad para proporcionar una gran precisión dimensional. A diferencia de la mayoría de los procesos de impresión 3D que dependen del calor, la fabricación sustractiva permite construir las piezas a temperatura ambiente, lo que evita los problemas de precisión dimensional asociados al procesamiento de materiales (encogimiento).

Para garantizar la precisión dimensional en la fabricación sustractiva, es necesario un control medioambiental. Por ejemplo, si se utilizan bloques de acero para diseñar piezas, el material debe introducirse en la sala donde se realizará el corte con al menos 3 días de antelación; de lo contrario, sus dimensiones cambiarán en función de la temperatura y la humedad.

La fabricación sustractiva también se beneficia de una gama más amplia de materiales compatibles en comparación con la impresión en 3D. A diferencia de la impresión en 3D, que requiere varias impresoras basadas en distintos materiales, la fabricación sustractiva puede crear piezas de metal, plástico o madera en la misma máquina.

Retos y limitaciones de la fabricación sustractiva

Sin embargo, los procesos de fabricación sustractiva presentan importantes inconvenientes. En primer lugar, en comparación con la impresión en 3D, los distintos métodos de producción dejan tras de sí una cantidad considerable de residuos, mientras que la fabricación aditiva resulta atractiva porque sólo utiliza la cantidad de material necesaria.

Por ejemplo, durante el mecanizado, los fabricantes deben eliminar las virutas y otros restos del proceso de fabricación para limitar la cantidad de material sobrante que podría interferir en los procesos de corte. Además del polvo producido por la fabricación sustractiva, el humo del proceso también puede ser perjudicial para los operarios, algo habitual cuando se utilizan procesos láser o de electroerosión.

Además, la fabricación sustractiva no puede proporcionar la misma libertad de fabricación que la impresión en 3D: a veces, las piezas que pueden imprimirse de una sola vez requieren múltiples operaciones, el uso de diferentes máquinas, y se dividen en varias partes para ensamblarlas y reproducirlas mediante la fabricación sustractiva.

Por último, conseguir formas geométricas complejas mediante procesos de eliminación de material es más difícil. La fabricación aditiva permite una mayor libertad en el proceso de diseño. En otras palabras, los diseñadores no tienen que preocuparse por las limitaciones impuestas por las máquinas herramienta que utilizan, lo que permite dar rienda suelta a su imaginación sin verse restringidos por las capacidades de fabricación.

Cómo se complementan la fabricación sustractiva y la aditiva

Si a menudo se supone que estas dos tecnologías son competidoras, por el momento tienen aplicaciones muy diferentes. Por eso se utilizan principalmente de forma complementaria. Desde que comenzó su fuerte crecimiento, la impresión 3D se utiliza sobre todo para la creación de prototipos.

Debido a las ventajas que ofrece, la tecnología 3D permite la fabricación rápida y de bajo coste de múltiples piezas, ofreciendo así posibilidades para diferentes iteraciones. Una vez determinados la forma, el material y las piezas, puede llevarse a cabo la producción por lotes utilizando métodos de fabricación sustractivos.

Procesos como el corte por láser y el corte por chorro de agua permiten diseñar un gran número de piezas en poco tiempo. Sin embargo, otros métodos, como el mecanizado CNC, pueden llevar mucho tiempo. Esta técnica requiere importantes pasos de programación y una presencia humana casi obligatoria. Hoy en día, el mecanizado CNC se utiliza principalmente para fabricar moldes de inyección, que es una técnica de fabricación formativa.

Avances en la fabricación: La colaboración de la fabricación sustractiva y aditiva

Además, aunque la fabricación sustractiva permite reparar objetos, la impresión 3D ofrece más posibilidades en este ámbito. Un ejemplo es el proceso de deposición de energía dirigida (DED), que puede utilizarse para reparar piezas metálicas sin sustituirlas.

En concreto, esta tecnología es capaz de añadir material a piezas existentes, evitando así la necesidad de fabricar componentes o sustituir innecesariamente piezas grandes. Globalmente, la tecnología 3D permite replicar piezas que han fallado o se han desgastado con el paso del tiempo, todas ellas producidas bajo demanda y en pequeños lotes. Los usuarios no necesitan desecharlas, sino que pueden reparar las piezas y minimizar su impacto en el medio ambiente.

A pesar de las diferencias y los procesos, la fabricación sustractiva y la fabricación aditiva tienden a progresar una al lado de la otra. Debido a sus respectivas características, estos dos tipos de fabricación se complementan y pueden crear rápidamente piezas de precisión que antes eran inimaginables.

Para combinar estas tecnologías de fabricación, se han creado algunos proyectos de colaboración, como FirstMold, cuyo objetivo es proporcionar a las empresas la libertad de diseño de la fabricación aditiva y la precisión de la fabricación sustractiva.

¿Puede la fabricación aditiva sustituir a la fabricación sustractiva?

La respuesta dada por FirstMold es: al menos por ahora, no puede.

¿Por qué se dice que la impresión 3D no puede sustituir a la fabricación sustractiva en la fase actual? Creo que puede analizarse principalmente desde los dos aspectos siguientes.

¿Cuál es la demanda actual?

Antes de analizar la demanda actual, analicemos primero por qué la fabricación sustractiva ha sido capaz de sustituir a la mayoría de las industrias de fabricación equimaterial.

La sociedad humana ha alcanzado un cierto nivel de desarrollo y se han satisfecho las necesidades básicas de supervivencia. Lo que sigue es la necesidad de más bienes materiales. Junto con la globalización provocada por los grandes viajes, los métodos tradicionales de producción al estilo de los pequeños talleres son sencillamente incapaces de cubrir el enorme vacío existente en las necesidades materiales de la comunidad. Con el fin de fabricar productos de forma más eficiente y con mejor calidad, surgió la fabricación sustractiva, o métodos de producción en masa.

Si lo miramos ahora, la situación es la misma. Las necesidades básicas de material ya son difíciles de satisfacer, y cada vez más gente empieza a tener ideas sobre la personalización a medida. Si se sigue utilizando el método tradicional de fabricación sustractiva, inevitablemente costará más. Así que ésta es la oportunidad para la fabricación aditiva.

Pero en la fase actual, no se ha desarrollado hasta el punto de que exista una gran demanda de productos personalizados, y una gran parte de la población sigue persiguiendo la rentabilidad más que los deseos espirituales.

Lleva tiempo adquirir destreza y, en la actualidad, la tecnología de impresión en 3D está lejos de poder lograr una personalización a gran escala.

Falta de capacidad

En comparación con la fabricación sustractiva, la fabricación aditiva es lenta, tiene opciones de material limitadas y es cara.

Que la velocidad de los equipos actuales de impresión 3D es lenta es innegable. Se tarda demasiado en fabricar un producto acabado y la demanda supera a la oferta.

Se tarda de dos a tres horas en imprimir una taza, y para cuando imprimimos la taza, la persona ya tiene sed.

¿Cuando podamos imprimir un coche en un segundo, o un conjunto de casas en diez minutos? Así debería ser una tecnología revolucionaria.

Además, en lo que respecta a los materiales, los materiales de impresión que se pueden conseguir actualmente son limitados. Aparte de los plásticos más comunes, también existen el nailon, la resina, el yeso en polvo, el metal en polvo, etc., y un solo dispositivo básicamente sólo puede imprimir un tipo de material cada vez.

Si uno quiere imprimir un producto con un material compuesto, puede necesitar operaciones posteriores al montaje u otras.

Como ya se ha mencionado, al analizar los deseos actuales de la gente en términos de necesidades espirituales frente a rentabilidad, la gran mayoría elegirá la rentabilidad. Por lo tanto, es un reto para el mercado aceptar ampliamente los precios de los productos procedentes de la impresión 3D.

De hecho, en la fase actual, la fabricación aditiva y la fabricación sustractiva se llevan bastante bien, por lo que actualmente es la mejor forma de utilizar ambas tecnologías.

Palabras finales

Ya se trate de la fabricación equimaterial, la fabricación sustractiva o la fabricación aditiva, en realidad no se da el fenómeno de que una sustituya a la otra. Lo mejor es que coexistan varias tecnologías, y siempre habrá industrias que las necesiten. FirstMold ofrece Servicios de mecanizado CNC y servicios de impresión 3D y tiene experiencia en ambas industrias desde hace muchos años. Por tanto, tiene cierto grado de influencia en este sentido.

Quizá lo que esperamos colectivamente es la llamada "fabricación híbrida" que puede surgir en el futuro.