FirstMold Half Logo

Разница между аддитивным и субтрактивным производством

Поделитесь этой статьей:
Аддитивное производство и субтрактивное производство Изображение

В каком-то смысле обсуждение разницы между аддитивным и субтрактивным производством равносильно обсуждению разницы между механической обработкой с ЧПУ и 3D-печатью.

Что такое аддитивное и субтрактивное производство?

На сегодняшний день человеческие методы производства претерпели три основных изменения, а именно: эквиматериальное производство, субтрактивное производство и аддитивное производство.

Эквиматериальное производство - это производство изделий такими методами, как литье, ковка и сварка, при которых вес материала остается относительно неизменным (продукт + примеси), - практика с историей более 3000 лет.

Под субтрактивным производством (CNC) понимается использование такого оборудования, как токарные, фрезерные, строгальные и шлифовальные станки, для резки материалов с целью получения нужной формы. Эта практика существует уже более 300 лет, со времен промышленной революции. О конкретных процессах субтрактивного производства мы рекомендуем прочитать статью "Что такое механическая обработка с ЧПУ.”

Аддитивное производство (широко известное как 3D-печать) подразумевает использование таких технологий, как фотополимеризация, селективное лазерное спекание и моделирование методом наплавленного осаждения, для постепенного добавления материала с целью формирования нужной формы. Эта практика существует уже более 30 лет, начиная с 1980-х годов. Чтобы лучше понять суть аддитивного производства, мы рекомендуем прочитать о "3D-печать.”

Исторический прогресс различных методов производства
Исторический прогресс различных методов производства

Оглядываясь на историю, можно сказать, что как эквиматериальное, так и субтрактивное производство внесли значительный вклад в развитие человечества и даже непосредственно способствовали промышленному скачку в человеческом обществе. Считается, что в ближайшем будущем 3D-печать также принесет людям больше инноваций и удобств.

Преимущества и недостатки аддитивного и субтрактивного производства

Появление каждого метода производства представляет собой революцию в производстве, но их соответствующие преимущества и недостатки как стимулируют, так и сдерживают развитие их собственных технологий. Ниже я проанализирую сильные и слабые стороны каждой технологии.

Производство эквиматериалов:

Преимущества: Относительно развитое, настраиваемое производство

Недостатки: Низкая эффективность, высокая стоимость, непригодность для массового производства

Субтрактивное производство:

Преимущества: Возможность крупномасштабного массового производства, высокая эффективность, возможность достижения очень высокой точности

Недостатки: Высокая стоимость персонализированной настройки, отходы и обрезки

Аддитивное производство (текущая стадия):

Преимущества: Возможность индивидуальной настройки, короткий цикл разработки продукта, низкая стоимость

Недостатки: Высокая стоимость для массового производства, относительно ограниченный выбор материалов

Преимущества и недостатки субтрактивного и аддитивного производства

As previously mentioned, one of the main advantages of subtractive manufacturing techniques is their ability to provide high dimensional accuracy. Unlike most 3D printing processes that rely on heat, subtractive manufacturing allows parts to be built at room temperature, avoiding size accuracy issues associated with material processing (усадка).

Для обеспечения точности размеров при субтрактивном производстве необходим контроль окружающей среды. Например, если для конструирования деталей используются стальные блоки, материал должен быть доставлен в помещение, где будет происходить резка, не менее чем за 3 дня, иначе его размеры будут меняться в зависимости от температуры и влажности.

По сравнению с 3D-печатью субтрактивное производство также выигрывает за счет более широкого спектра совместимых материалов. В отличие от 3D-печати, для которой требуется несколько принтеров, работающих с разными материалами, субтрактивное производство позволяет создавать металлические, пластиковые или деревянные детали на одном и том же станке.

Проблемы и ограничения субтрактивного производства

Однако субтрактивные производственные процессы имеют существенные недостатки. Во-первых, по сравнению с 3D-печатью, различные методы производства оставляют после себя значительное количество отходов, в то время как аддитивное производство привлекательно тем, что использует только необходимое количество материала.

Например, при механической обработке производители должны удалять стружку и другой мусор, чтобы ограничить количество лишнего материала, который может помешать процессу резки. Помимо пыли, образующейся при субтрактивном производстве, дым от этого процесса также может быть вреден для операторов, что часто случается при использовании лазерных или электроэрозионных процессов.

Кроме того, субтрактивное производство не может обеспечить такую же свободу производства, как 3D-печать - иногда детали, которые можно напечатать за один раз, требуют нескольких операций, использования разных машин и разделения на несколько частей для сборки, чтобы повторить их с помощью субтрактивного производства.

Наконец, добиться сложных геометрических форм с помощью процессов удаления материала сложнее. Аддитивное производство обеспечивает большую свободу в процессе проектирования. Другими словами, дизайнерам не нужно беспокоиться об ограничениях, накладываемых используемыми станками, что позволяет их воображению свободно развиваться, не будучи ограниченным производственными возможностями.

Как субтрактивное и аддитивное производство дополняют друг друга

Если эти две технологии часто считают конкурентами, то на данный момент они имеют совершенно разные области применения. Поэтому в основном они используются как дополнение друг к другу. С тех пор как 3D-печать начала активно развиваться, она чаще всего используется для создания прототипов.

Благодаря своим преимуществам 3D-технология позволяет быстро и недорого изготовить несколько деталей, что открывает возможности для различных итераций. После определения формы, материала и деталей можно приступить к серийному производству, используя методы субтрактивного производства.

Такие процессы, как лазерная резка и гидроабразивная резка, позволяют создавать большое количество деталей за короткое время. Однако другие методы, такие как обработка на станках с ЧПУ, могут быть очень трудоемкими. Эта технология требует значительных затрат времени на программирование и почти обязательного присутствия человека. Сегодня обработка с ЧПУ используется в основном для изготовления литьевых форм, которые являются формообразующими технологиями.

Достижения в области производства: Сотрудничество субтрактивного и аддитивного производства

Кроме того, хотя субтрактивное производство позволяет ремонтировать предметы, 3D-печать открывает больше возможностей в этой области. Например, процесс направленного энергетического осаждения (DED), который можно использовать для ремонта металлических деталей без их замены.

В частности, эта технология позволяет добавлять материал в существующие детали, что избавляет от необходимости изготавливать компоненты или заменять крупные детали без необходимости. В глобальном масштабе 3D-технологии позволяют воспроизводить детали, вышедшие из строя или износившиеся со временем, причем все они производятся по требованию и небольшими партиями. Пользователям не нужно выбрасывать их, они могут отремонтировать детали и минимизировать их воздействие на окружающую среду.

Несмотря на различия и процессы, субтрактивное производство и аддитивное производство развиваются бок о бок. Благодаря своим характеристикам эти два вида производства дополняют друг друга и позволяют быстро создавать точные детали, которые раньше было невозможно себе представить.

Чтобы объединить эти производственные технологии, были созданы несколько совместных проектов, таких как FirstMold, цель которых - предоставить компаниям свободу проектирования, свойственную аддитивному производству, и точность, свойственную субтрактивному производству.

Может ли аддитивное производство заменить субтрактивное?

Ответ FirstMold таков: по крайней мере, пока не может.

Почему говорят, что 3D-печать не может заменить субтрактивное производство на современном этапе? Я думаю, что это можно проанализировать со следующих двух точек зрения.

Каков текущий спрос?

Прежде чем анализировать текущий спрос, давайте разберемся, почему субтрактивное производство смогло заменить большинство отраслей эквиматериального производства.

Человеческое общество достигло определенного уровня развития, и основные потребности в выживании были удовлетворены. Далее возникает потребность в большем количестве материальных благ. В сочетании с глобализацией, вызванной великими путешествиями, традиционные методы производства в небольших мастерских просто не в состоянии удовлетворить огромный разрыв в материальных потребностях общества. Чтобы производить продукцию более эффективно и качественно, возникло субтрактивное производство, или методы массового производства.

Если посмотреть на это сейчас, то ситуация та же. Базовые потребности в материалах уже трудно удовлетворить, и все больше людей начинают задумываться о персонализированной настройке. Если по-прежнему использовать традиционный субтрактивный метод производства, это неизбежно приведет к удорожанию продукции. Таким образом, это возможность для аддитивного производства.

Но на данном этапе она еще не развилась до такой степени, чтобы появился большой спрос на персонализированные продукты, и большая часть населения все еще преследует экономическую эффективность, а не духовные желания.

Для того чтобы стать опытным специалистом, требуется время, а в настоящее время технология 3D-печати еще далека от того, чтобы обеспечить масштабную персонализацию.

Отсутствие возможностей

По сравнению с субтрактивным производством, аддитивное производство является медленным, имеет ограниченный выбор материалов и является дорогостоящим.

То, что скорость нынешнего оборудования для 3D-печати низкая, неоспоримо. На производство готового продукта уходит слишком много времени, а спрос превышает предложение.

Печать чашки занимает два-три часа, и к тому времени, когда мы ее печатаем, человек уже хочет пить.

Когда мы сможем напечатать автомобиль за секунду или дом за десять минут? Именно так должны выглядеть революционные технологии.

Автомобиль, изготовленный методом аддитивной 3d-печати
Автомобиль, изготовленный методом аддитивной 3d-печати

Кроме того, что касается материалов, то в настоящее время доступные материалы для печати ограничены. Помимо наиболее распространенных пластмасс, существуют также нейлон, смола, гипсовый порошок, металлический порошок и т.д., и одно устройство может печатать только одним типом материала каждый раз.

Если человек хочет напечатать изделие из композитного материала, ему может потребоваться последующая сборка или другие операции.

Как уже говорилось ранее, при анализе текущих желаний людей с точки зрения духовных потребностей и экономической эффективности, подавляющее большинство выберет экономичность. Поэтому рынку сложно принять цены на продукцию, полученную с помощью 3D-печати.

На самом деле, на современном этапе аддитивное и субтрактивное производство прекрасно уживаются друг с другом, что на данный момент является наилучшим способом использования обеих технологий.

Заключительные слова

Будь то эквиматериальное производство, субтрактивное производство или аддитивное производство, на самом деле не существует явления, когда одно заменяет другое. Лучшим результатом является сосуществование различных технологий, и всегда будут существовать отрасли, которые в них нуждаются. FirstMold предоставляет услуги по механической обработке с ЧПУ и 3D-печати и имеет многолетний опыт работы в обеих отраслях. Таким образом, она имеет определенное влияние в этом отношении.

Возможно, в будущем мы будем с нетерпением ждать появления так называемого "гибридного производства".

Оглавление
Теги
Вам также может понравиться
Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *