Quin procés de fabricació és millor: afegir capes o eliminar material? La fabricació additiva i subtractiva difereix de maneres significatives. Comprendre aquestes diferències és clau per triar el mètode adequat.
En aquesta publicació, explorarem els seus avantatges, limitacions i aplicacions del món real. Aprendràs a decidir entre aquests dos enfocaments per al teu proper projecte.
Què és la fabricació additiva?
La fabricació additiva (AM) és un procés que crea objectes afegint capa de material per capa, normalment basat en un model 3D. A diferència dels mètodes tradicionals, que eliminen el material, AM construeix parts des de zero, permetent dissenys complexos i eficiència del material.
Breu història de la fabricació additiva
El concepte de AM es remunta a la dècada de 1980, quan es van introduir per primera vegada les tecnologies d'impressió 3D. Les primeres innovacions tenien com a objectiu un prototipat ràpid, proporcionant maneres més ràpides i assequibles de crear prototips de producte. Des de llavors, AM ha evolucionat cap a una àmplia gamma d’aplicacions industrials, inclosos els camps aeroespacials, automoció i mèdica.
Com funciona la fabricació additiva
La fabricació additiva comença amb un model CAD. El model es talla en capes primes mitjançant programari. A continuació, la màquina AM afegeix material, capa per capa, fins que es formi l'objecte final. Els materials utilitzats van des de plàstics fins a metalls. Segons el procés, pot requerir que el post-processament, com ara la neteja o la curació, per completar la peça.
Tècniques comunes de fabricació additiva
Diverses tècniques es troben sota el paraigua d'AM, cadascuna que ofereix avantatges únics:
Impressió 3D
La impressió 3D és el mètode AM més reconegut. Construeix objectes mitjançant la capa de materials com el plàstic o el metall. Ideal per a parts i prototips personalitzats, és àmpliament accessible i rendible per a aplicacions més petites.
Sinterització làser selectiva (SLS)
El SLS utilitza un làser per a la sinteritat en pols, normalment plàstic o metall, en parts sòlides. És conegut per crear prototips funcionals duradors amb geometries complexes.
Modelització de deposició fusionada (FDM)
FDM funciona extrusant filaments termoplàstics a través d’una boquilla escalfada. S’utilitza habitualment per prototipar i produir peces de plàstic de baix cost.
Estereolitografia (SLA)
SLA utilitza llum ultraviolada per curar la capa de resina líquida per capa, creant peces altament precises amb acabats suaus. És adequat per a dissenys complexos i detalls excel·lents.
Sinterització de làser de metall directe (DMLS)
DMLS construeix peces metàl·liques sinteritzant pols de metall fins amb un làser. Aquesta tècnica és ideal per produir components metàl·lics complexos i complexos per a indústries com aeroespacial.
Tècniques addicionals de fabricació d’additius
A més dels mètodes coneguts, hi ha diverses altres tècniques avançades:
Jetting aglutinant : un agent d’enllaç es diposita selectivament entre les capes de pols, creant estructures complexes.
Diposició d’energia dirigida (Ded) : aquesta tècnica utilitza energia tèrmica centrada per fusionar materials a mesura que es dipositen, sovint s’utilitzen per reparar o afegir funcions a les parts existents.
Extrusió de material : el material s’extreu selectivament a través d’una boquilla per construir capes, que s’utilitza habitualment amb termoplàstics.
Jetting de material : les gotes de material es dipositen capa per capa per crear parts precises, sovint utilitzant fotopolímers.
LAMINACIÓ DE FELL : Les làmines de material estan unides per capa, adequades per a metalls i compostos.
Photopolimerització de l’IVA : la resina líquida es cura selectivament per llum per formar parts sòlides, amb aplicacions tant en prototipat com en producció.
Avantatges de la fabricació additiva
Additive Manufacturing (AM) ofereix nombrosos avantatges entre les indústries. Aquests avantatges el converteixen en un canvi de joc en la producció moderna.
Material reduït malbaratament
AM només utilitza el material necessari per al producte final. Aquest enfocament redueix significativament els residus en comparació amb els mètodes tradicionals.
Geometries complexes i dissenys complexos
AM sobresurt en crear formes complexes. Pot produir parts impossibles de fer amb tècniques convencionals.
Canals interns
Estructures de gelosia
Formes orgàniques
Prototipat més ràpid i temps de conducció més curts
El prototipat ràpid es fa realitat amb AM. Permet iteracions ràpides i cicles de desenvolupament de productes més ràpids.
| Prototipat tradicional | prototipat AM |
| Setmanes a mesos | Hores a dies |
| Diversos passos | Procés únic |
| Costos elevats d’eines | Sense eines |
Producció de lots petits rendibles
AM brilla en produir petites quantitats. Elimina la necessitat de motlles o eines costoses.
Millora de la sostenibilitat
La reducció dels residus es tradueix en una millora de la sostenibilitat. AM conserva recursos i energia.
Menys consum de matèries primeres
Necessitats de transport reduïdes
Menor consum d’energia en producció
Potencial per a la personalització massiva
AM permet a la adaptació de productes a les necessitats individuals. Això obre noves possibilitats en diversos camps:
Desavantatges de la fabricació additiva
Si bé la fabricació additiva (AM) ofereix molts avantatges, també té limitacions. Comprendre aquests inconvenients és crucial per a la seva aplicació efectiva.
Opcions de material limitat
AM utilitza menys materials que els mètodes subtractius. Aquesta restricció pot limitar el seu ús en determinades indústries.
Materials comuns AM:
Termoplàstics
Alguns metalls
Certa ceràmica
Producció de gran volum més lenta
AM sobresurt en lots petits, però es queda en la producció massiva. Els mètodes tradicionals solen superar -lo per grans volums.
| Volum de producció | AM Speed Speed | Speed |
| Petit (1-100) | Ràpidament | Lent |
| Mitjà (100-1000) | Moderar -se | Ràpidament |
| Gran (1000+) | Lent | Molt ràpid |
Majors costos de producció a gran escala
Per a la producció massiva, AM pot ser més car. El cost per unitat no disminueix significativament amb el volum.
PARTACIÓ DE PARTAMENT MENT
Les parts AM poden tenir una precisió inferior a les mecanitzades. El seu acabat superficial sovint requereix una millora.
Reptes de tolerància estrets
Assolir toleràncies estretes és difícil amb AM. Això pot ser problemàtic per a les parts que necessiten ajustaments precisos.
Requisits de post-processament
La majoria de parts AM necessiten un treball addicional després d’imprimir. Això afegeix temps i cost al procés de producció.
Passos comuns de post-processament:
Què és la fabricació subtractiva?
La fabricació subtractiva (SM) crea objectes eliminant material d’un bloc sòlid. És un mètode tradicional utilitzat en diverses indústries.
Breu història
SM es remunta a l’antiguitat. Els primers exemples són la talla de pedra i la fusteria. El SM modern va evolucionar amb la revolució industrial, donant lloc a màquines -eina precisa.
Com funciona
SM comença amb un material més gran. A continuació, màquines o eines tallen l'excés de material per crear la forma desitjada.
Tècniques comunes
Mecanitzat CNC
Les màquines de control numèric de l’ordinador (CNC) utilitzen instruccions programades per eliminar el material.
Fresc: talla material mitjançant eines rotatives
Tornant: configura parts cilíndriques girant la peça
Drillor: crea forats al material
Tall làser
Aquesta tècnica utilitza un làser d’alta potència per tallar materials. És precís i funciona en diversos materials.
Tall de waterjet
El tall de Waterjet utilitza aigua a alta pressió, sovint barrejada amb partícules abrasives, per tallar materials.
Tall de plasma
El tall de plasma fosa el material mitjançant un gas conductor elèctricament. És eficaç per tallar metall.
Mecanitzat de descàrrega elèctrica (EDM)
EDM utilitza descàrregues elèctriques per eliminar el material. És ideal per a metalls durs i formes complexes.
Detalls addicionals
Processos de mecanitzat
MOLTA: utilitza rodes abrasives per a acabats de superfície fina
Reaming: amplia i acaba forats
Avorrit: amplia els forats amb eines de tall d’un sol punt
Principis EDM
EDM funciona creant espurnes elèctriques controlades entre un elèctrode i la peça.
Paràmetres de tall làser
Potència: determina la profunditat de tall
Velocitat: afecta la qualitat del tall
Enfocament: influeix la precisió
Paràmetres de tall d’aigua
Pressió: normalment 60.000 psi o superior
Fluxo abrasiu: afecta la velocitat de tall i la qualitat
Diàmetre de la boquilla: influeix l'amplada i la precisió de tall
Avantatges de la fabricació subtractiva
La fabricació subtractiva (SM) ofereix nombrosos avantatges entre les indústries. Aquests avantatges el converteixen en un mètode crucial en la producció moderna.
Àmplia gamma de materials compatibles
SM funciona amb una gran varietat de materials:
Metalls (acer, alumini, titani)
Plàstics (ABS, PVC, acrílic)
Composites (fibra de carboni, fibra de vidre)
Fusta
Vidre
De pedra
Aquesta versatilitat permet a SM satisfer diverses necessitats de fabricació.
Alta precisió i precisió
SM excel·leix en crear parts altament precises. Assoleix toleràncies estretes, sovint tan petites com 0,001 polzades.
| Tècnica | Tolerància típica |
| Frescament CNC | ± 0,0005 ' |
| EDM | ± 0,0001 ' |
| Tall làser | ± 0,003 ' |
Acabats superficials excel·lents
SM produeix peces amb una qualitat superficial superior. Això sovint elimina la necessitat de processos d’acabat addicionals.
Producció més gran de gran volum
Per a la producció de gran volum, SM supera els mètodes additius:
Les màquines CNC de diversos eixos funcionen ràpidament
El canvi automatitzat d’eines redueix el temps d’inactivitat
Operacions simultànies en diferents parts
Producció rendible d’alt volum
SM es fa més econòmic a mesura que augmenta el volum de producció. Els costos inicials de configuració es compensen amb les taxes de producció més ràpides.
Creació de parts a gran escala
SM gestiona fàcilment components grans. És ideal per a indústries que requereixen peces substancials:
Aeroespacial (components d’avions)
Automoció (blocs de motor)
Construcció (elements estructurals)
Desavantatges de la fabricació subtractiva
Si bé la fabricació subtractiva (SM) ofereix molts avantatges, també té limitacions. Comprendre aquests inconvenients és essencial per a una aplicació efectiva.
Residus de materials més elevats
SM elimina el material per crear parts. Aquest procés genera residus importants:
En alguns casos, fins a un 90% del material es pot fer ferralla
Les opcions de reciclatge poden ser limitades per a determinats materials
Augment de l’impacte ambiental a causa de l’eliminació de residus
Creació de geometria complexa limitada
SM lluita amb dissenys complexos:
Les cavitats internes són difícils de produir
Algunes formes poden requerir diverses configuracions o eines especialitzades
Algunes característiques complexes poden ser impossibles de màquina
Temps de configuració més llargs i costos d’eines més elevats
SM sovint requereix una preparació extensa:
| d’aspecte | impacte |
| Selecció d'eines | Que requereix temps |
| Programació de màquines | Requereix experiència |
| Creació de dispositius | Cost addicional |
Menys flexibilitat de disseny
Modificar dissenys en SM pot ser costós:
Els canvis poden requerir una nova eina
Les màquines de reprogramació són sovint necessàries
Les configuracions existents poden quedar obsoletes
Requisits d’habilitats més elevades de l’operador
Les màquines SM demanen operadors qualificats:
Comprensió de les propietats materials
Coneixement de les velocitats de tall i les taxes d’alimentació
Capacitat d’interpretar dibuixos tècnics complexos
Costos de desgast i reemplaçament de les eines
Les eines SM es degraden amb el pas del temps:
És necessari la substitució regular d’eines
Les eines d’alta qualitat poden ser costoses
Les eines desgastades poden afectar la qualitat de la part
Comparació de la fabricació de fabricació additiva i
| de la fabricació | de fabricació | subtractiva |
| Elaborar | Construeix objectes afegint capes de material | Elimina el material d'una peça més gran per crear objectes |
| Residus materials | Residus mínims | Residus de material elevat |
| Materials compatibles | Limitat (principalment plàstics i alguns metalls) | Àmplia gamma (metalls, plàstics, fusta, vidre, pedra) |
| Complexitat | Pot produir geometries altament complexes i complexes | Millor adequat per a geometries relativament simples |
| Precisió | Menys precisos (toleràncies tan estretes com 0,100 mm) | Més precisos (toleràncies tan estretes com 0,025 mm) |
| Volum de producció | Apte per a lots petits | Ideal per a grans tirades de producció |
| Velocitat | Més lent per grans volums | Més ràpid per a grans volums |
| Costar | Més rendible per a petites quantitats | Més rendible per a grans quantitats |
| Flexibilitat del disseny | Alta flexibilitat per als canvis de disseny | Menys flexible per als canvis de disseny |
| Acabat superficial | Sovint requereix post-processament | Pot produir acabats suaus directament |
| Habilitat de l'operador | Requereix operadors menys qualificats | Requereix operadors altament qualificats |
| Cost dels equips | Menor cost inicial dels equips | Major cost inicial dels equips |
| Eines | Es requereix una eina mínima | Sovint es necessitaven eines àmplies |
| Sostenibilitat | Més sostenible a causa de menys residus | Menys sostenible a causa dels residus materials |
| Característiques internes | Pot crear funcions internes fàcilment | Difícil de crear funcions internes |
| Limitacions de mida | Generalment limitat a parts més petites | Pot produir peces a gran escala |
| Post-processament | Sovint requereix diversos passos | Nivell de finalització més elevat després del procés inicial |
Processos de fabricació híbrids
La fabricació híbrida combina la fabricació additiva (AM) i la fabricació de restractes (SM). Aquest enfocament aprofita els punts forts dels dos mètodes, creant una potent sinergia en la producció.
Definició i beneficis
Els processos híbrids integren tècniques AM i SM:
Els avantatges inclouen:
Augment de la flexibilitat del disseny
Eficiència material millorada
Qualitat de part millorada
Exemple Flux de procés:
Imprimeix 3D una forma gairebé net
Mecanatge CNC per a dimensions precises
Poliment per a un acabat superficial superior
Aplicacions comunes
La fabricació híbrida destaca en diverses àrees:
| de l'aplicació | benefici |
| Eines | Dissenys complexos amb toleràncies estretes |
| Jigs i accessoris | Formes personalitzades amb acabats duradors |
| Parts d’alta tolerància | Geometries complexes amb funcions precises |
Indústries que utilitzen processos híbrids:
Triar entre la fabricació additiva i la subtracció
La selecció del mètode de fabricació adequada depèn de diversos factors. Cada procés ofereix avantatges diferents, de manera que és crucial alinear la vostra elecció amb els requisits del projecte.
Factors a tenir en compte a l’hora de seleccionar un mètode de fabricació
Requisits materials
L’elecció del material té un paper important. La fabricació additiva (AM) normalment funciona millor amb plàstics i alguns metalls, mentre que la fabricació subtractiva (SM) pot gestionar una àmplia gamma de materials, inclosos metalls, plàstics, fusta i vidre. Si necessiteu materials difícils de màquina o una major durabilitat, SM sol ser la millor opció.
Part de complexitat i disseny
Per a dissenys complexos amb geometries complexes, com ara cavitats internes o articulacions articulades, amables, permetent una personalització elevada. SM, tot i que precisa, pot lluitar amb dissenys extremadament complexos. És més adequat per a geometries més senzilles o intermèdies on siguin necessàries toleràncies estretes.
Volum de producció i escalabilitat
L’AM és ideal per a volums de producció baixa a mitjana, com ara un prototipat ràpid o una producció de petits lots. Per a la producció a gran escala, SM és molt més eficient, sobretot quan es produeixen milers de parts idèntiques. A mesura que augmenta el volum de producció, la rendibilitat de la SM es fa clara.
Temps de conducció i hora de mercat
Els projectes que requereixen un termini curt es beneficien de les AM a causa de la configuració mínima i la transició ràpida del disseny al producte. No obstant això, per a una producció més gran, SM pot oferir temps de fabricació més ràpids un cop finalitzada la configuració, especialment per a les peces metàl·liques.
Restriccions de pressupost i cost
L’AM és més rendible per a parts petites i complexes, sobretot quan es prototipen. Tot i això, SM es fa més econòmic per a parts més grans o volums de producció elevats. Els costos de configuració i el cost per part solen disminuir a mesura que augmenta el volum en SM.
Objectius de sostenibilitat
AM genera menys residus, cosa que la converteix en una opció més sostenible. SM, tot i que més ràpid per a grans tirades, produeix residus de materials importants en forma de xips o restes. Si la sostenibilitat és una prioritat clau, AM podria ser millor.
Matriu de decisió per a la fabricació additiva i subtractiva
La següent matriu de decisions proporciona una comparació ràpida de factors per ajudar -vos a triar el mètode adequat: la fabricació
| de factors | additius (AM) | de la fabricació subtractiva (SM) |
| Gamma de materials | Limitat (sobretot plàstics, alguns metalls) | Ampli (metalls, plàstics, fusta, vidre) |
| Complexitat de part | Gestiona dissenys complexos i complexos | El millor per a geometries més senzilles i precises |
| Volum de producció | Ideal per a prototips per a lots petits | Eficient per a la producció massiva |
| Temps de conducció | Configuració més ràpida, canvi ràpid | Configuració més lenta, més ràpida per a grans tirades |
| Costar | Més car per a parts grans o metalls | Més rendible a volums més alts |
| Sostenibilitat | Menys residus, més sostenibles | Residus significatius, menys sostenibles |
Utilitzeu aquesta matriu per alinear les necessitats del vostre projecte amb els punts forts de cada mètode de fabricació.
Aplicacions del món real de fabricació additiva i subtractiva
La fabricació additiva (AM) i la fabricació de restes (SM) tenen un paper crucial en diverses indústries. Les seves aplicacions continuen expandint -se i evolucionant.
Aeroespacial i aviació
AM: components lleugers, geometries complexes
SM: peces del motor d’alta precisió, elements estructurals
Indústria de l’automoció
AM: prototipat ràpid, peces personalitzades
SM: blocs de motor, components de transmissió
Medical i Dental
AM: implants personalitzats, pròtesis
SM: Instruments quirúrgics, corones dentals
Béns de consum i electrònica
AM: Productes personalitzats, articles per a lots petits
SM: carcasses de telèfons intel·ligents, components portàtils
Maquinària i eines industrials
Arquitectura i construcció
AM: Models a escala, elements decoratius
SM: Components estructurals, elements de façana
Conclusió
La fabricació additiva i restiva té punts i punts febles únics. AM Excels en dissenys i personalització complexos. SM ofereix precisió i versatilitat del material.
Comprendre aquestes diferències és crucial per prendre decisions de fabricació informades. Penseu en les necessitats específiques del vostre projecte quan escolliu un mètode.
Avaluar factors com el material, la complexitat, el volum i el cost. Això us ajudarà a seleccionar el millor enfocament dels vostres objectius de fabricació.
