Bij de ontwikkeling van de moderne industrie worden vooruitgangen geboekt in Bewerkingstechnologie hebben geleid tot veel nieuwe ideeën en doorbraken. De overgang van traditionele subtractieve productie, zoals frezen en draaien, naar de snel opkomende additieve productie, ook wel bekend als 3D-printenElke methode heeft zijn eigen unieke voordelen en toepassingen. Bedrijven moeten het verschil begrijpen. Het gaat om additieve en subtractieve productie. Dit is cruciaal voor de keuze van de beste technologie. In dit artikel bespreken we de kenmerken, voor- en nadelen en toepassingen van deze twee methoden. Dit helpt u de beste technologie te kiezen voor verschillende producten en omstandigheden in de moderne productie.
Of misschien wilt u zich verder verdiepen in het verschil tussen CNC- en 3D-printen. Ik raad je aan om de verschil tussen CNC-bewerking en SLS 3D-printen voor meer gespecialiseerd inzicht.
Inhoudsopgave
Wat is additieve productie?
Additieve productie is een hightech productiemethode. 3D-objecten worden gebouwd door materiaal laag voor laag toe te voegen. In tegenstelling tot traditionele subtractieve productie heeft additieve productie geen snijgereedschap nodig om materiaal te verwijderen. In plaats daarvan worden vaste onderdelen "geprint" vanuit digitale ontwerpbestanden. Deze aanpak verbetert de ontwerpflexibiliteit aanzienlijk. Het maakt het mogelijk om complex gevormde onderdelen te produceren. Het vermindert ook materiaalverspilling en verkort de productiecycli.
Belangrijkste technologieën
Bindmiddelspuiten: Binder jetting is een 3D-printtechnologie. Het creëert objecten laag voor laag door vloeibare lijm op poedervormig materiaal te spuiten. Deze methode kan worden gebruikt voor metalen, zand, kunststoffen en keramiek. Deze methode is snel en goedkoop, waardoor het populair is voor het maken van modellen en mallen.
Gerichte energiedepositie (DED): Gerichte energiedepositie (DDE) creëert objecten door metaalpoeder of draad te smelten. Het wordt voornamelijk gebruikt om bestaande metalen onderdelen te repareren of te verbeteren. Je vindt deze techniek in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de energiesector.
Materiaal extrusie: Deze methode staat ook bekend als fused deposition modeling (FDM). Hierbij worden objecten laag voor laag gecreëerd door lange kunststoffilamenten te verhitten en te extruderen. Dit is een van de meest gebruikte 3D-printtechnieken voor kunststoffen zoals PLA, ABS en PETG.
Materiaalstralen: Material jetting creëert fijne objecten door vloeibare materialen zoals hars laag voor laag te spuiten en uit te harden. Het is ideaal voor het produceren van onderdelen in verschillende materialen en kleuren, zoals sieradenontwerp, medische modellen en productprototypes.
Poederbedfusie (PBF): Poederbedfusietechnieken omvatten technologieën zoals selectief lasersmelten (SLM) en elektronenbundelsmelten (EBM). Deze methoden gebruiken een hoogenergetische lichtbundel om materiaal laag voor laag op een poederbed te smelten en zo sterke metalen of kunststof onderdelen te creëren. PBF is daarom bij uitstek geschikt voor de productie van zeer precieze en sterke componenten.
Lamineren van platen: Met plaatlaminering worden objecten gemaakt door dunne lagen materiaal zoals papier, plastic of metaal te snijden en te lijmen. Het is een kosteneffectieve manier om grote modellen, mallen en gereedschappen te vervaardigen.
Fotopolymerisatietanks (VAT-fotopolymerisatie): Deze methode omvat stereolithografie (SLA) en digitale lichtverwerking (DLP). Hierbij wordt licht gebruikt om vloeibare hars laag voor laag uit te harden. Deze methode kan zeer fijne onderdelen produceren. Voorbeelden hiervan zijn tandheelkundige apparatuur, medische modellen en prototypes van complexe consumentenproducten.
Voordelen van additieve productie
- Ontwerpflexibiliteit: Met Additive Manufacturing kunt u complexe vormen en interne structuren creëren zonder dat er extra stappen nodig zijn.
- Hoog materiaalgebruik: In tegenstelling tot traditionele productiemethoden produceert additieve productie vrijwel geen materiaalverspilling, omdat alleen het benodigde materiaal wordt gebruikt.
- Snel prototypen: De mogelijkheid om snel van ontwerp naar eindproduct te komen, versnelt de ontwikkeling aanzienlijk.
- Maatwerkproductie: Additieve productie is ideaal voor het creëren van gepersonaliseerde en op maat gemaakte producten die voldoen aan de specifieke behoeften van klanten.
Beperkingen van additieve productie
- Langzame productiesnelheden:Additieve productie is een stapsgewijze opbouw. Het is daarom langzamer dan traditionele massaproductie.
- Beperkte materiaalkeuze: Niet alle materialen zijn geschikt voor additieve productie. Vooral bepaalde hoogwaardige legeringen en composieten zijn niet geschikt.
- Oppervlaktekwaliteit en nauwkeurigheid: Sommige onderdelen die met behulp van additieve productietechnieken worden geproduceerd, vereisen mogelijk een nabewerking. Zo bereiken ze de vereiste oppervlaktekwaliteit en maatnauwkeurigheid.
- Hogere kosten: Vooral bij Additive Manufacturing van metalen zijn de apparatuur- en materiaalkosten hoog, waardoor het geschikt is voor kleine productieseries.
Wanneer moet u additieve productie gebruiken?
- Prototyping: In de beginfase van productontwikkeling voor snel iteratief ontwerp en testen.
- Complexe onderdelen: Voor complexe geometrieën die niet via traditionele processen kunnen worden geproduceerd of die zeer duur zijn om te produceren.
- Lage volumeproductie: Voor de productie van op maat gemaakte producten of producten in beperkte oplage, zoals medische implantaten en onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart.
- Lichtgewicht ontwerp: Additieve productie wordt gebruikt om lichtgewicht constructies te creëren waarbij gewichtsvermindering en optimale prestaties vereist zijn.
Wat is subtractieve productie?
Subtractieve productie is een traditioneel productieproces. Hierbij wordt een deel van de grondstof verwijderd om het gewenste onderdeel of product te verkrijgen. Het proces omvat doorgaans verschillende snijtechnieken. Deze omvatten: frezen, draaien, boren en slijpenZe zijn ontworpen om nauwkeurig materiaal uit een massief blok te verwijderen om een specifieke vorm en maat te verkrijgen.
Belangrijkste technologieën
Slijtage (schuurbewerking): Slijptechnologie maakt gebruik van slijpschijven of andere schuurmiddelen om het oppervlak van een werkstuk te snijden en zo nauwkeurige afmetingen en een nauwkeurige oppervlakteafwerking te bereiken. Veelgebruikte schuurmethoden zijn onder andere vlakslijpen, cilindrisch slijpen en centerloos slijpen. De technologie is geschikt voor harde materialen zoals metalen, keramiek en glas. Daarom wordt het veel gebruikt voor de productie van zeer nauwkeurige onderdelen en gereedschappen.
CNC-bewerkingscentra: CNC-bewerkingscentra (Computer Numerical Control) voeren meerassige bewerkingen uit met computergestuurde snijgereedschappen (bijv. frezen en boren). CNC-technologie kan diverse processen uitvoeren, zoals draaien, frezen, boren en tappen, en is geschikt voor vrijwel alle metalen en kunststoffen. De voordelen van CNC-technologie zijn een hoge bewerkingsnauwkeurigheid, een hoge mate van automatisering en de geschiktheid voor massaproductie van complexe onderdelen.
Elektrische vonkbewerking (EDM): Elektrische vonkbewerking (EDM) wordt gebruikt om het materiaal lokaal te smelten en te verdampen door de hoge temperatuur en hoge druk die door de ontlading worden gegenereerd, waardoor complexe vormen en fijne oppervlakken ontstaan. EDM is met name geschikt voor het bewerken van harde materialen die moeilijk te verspanen zijn. Voorbeelden hiervan zijn harde legeringen en gehard staal. Het wordt daarom vaak gebruikt bij de productie van matrijzen en het bewerken van precisieonderdelen.
Lasersnijden: Lasersnijden maakt gebruik van een krachtige laserstraal om materiaal te smelten of te verdampen voor nauwkeurig snijden. De technologie is geschikt voor een breed scala aan materialen, waaronder metaal, kunststof, hout en textiel. Het kan complexe vormen met hoge precisie snijden. Lasersnijden wordt veel gebruikt in plaatbewerking, de productie van reclameborden en de productie van medische apparatuur.
Waterstraalsnijden: Waterstraalsnijden maakt gebruik van een hogedrukwaterstraal (soms met schuurmiddel) om materialen te snijden. Hierdoor ontstaat er geen warmteontwikkeling en kan materiaalvervorming worden voorkomen. Het is geschikt voor het snijden van materialen zoals metaal, glas, keramiek en composietmaterialen. Daarnaast is het bijzonder geschikt voor het bewerken van warmtegevoelige materialen en gevormde materialen. Waterstraalsnijden wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie en de bouw.
Voordelen van subtractieve productie
- Hoge precisie en oppervlaktekwaliteit: Door middel van fijnbewerking kan met subtractieve productie een extreem hoge maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking worden bereikt.
- Breed scala aan materialen: Vrijwel alle vaste materialen kunnen door subtractieve productie worden bewerkt, waaronder metalen, kunststoffen, hout en composieten.
- Volwassen verwerkingstechnologie: Technologie voor de productie van gereduceerd materiaal is goed ingeburgerd bij grootschalige industriële productie en wordt ondersteund door een breed scala aan gereedschappen en apparatuur.
- Efficiënt materiaalgebruik: Materiaalverspilling kan effectief worden verminderd door snijpaden en bewerkingsparameters te optimaliseren.
Beperkingen van de productie van gereduceerd materiaal
- Materiaalafval: Door het bewerken waarbij materiaal wordt weggehaald, ontstaat er veel materiaalverspilling, vooral bij het bewerken van complexe vormen.
- Langere verwerkingstijd: Bij complexe onderdelen is de bewerkingstijd bij subtractieve productie langer, vooral bij hoge nauwkeurigheidseisen.
- Hoge apparatuurkosten: Geavanceerde CNC-apparatuur, EDM-bewerkingsmachines en lasersnijapparatuur zijn duur en de initiële investering is groot.
- Beperkingen in het verwerkingsontwerp: Bij subtractieve productie zijn bepaalde complexe interne structuren lastig direct te bewerken. Hiervoor zijn meerdere processen of speciale gereedschapsinrichtingen nodig.
Wanneer moet je subtractieve productie gebruiken?
- Hoogprecisie-onderdelen: Bewerking van onderdelen waarbij een zeer hoge maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking vereist zijn, zoals matrijzenbouw en fijnmechanische onderdelen.
- Traditionele productieprocessen: Subtractieve productie blijft het dominante proces in massaproductie, vooral bij het bewerken van metalen en harde materialen.
- Complexe geometrieën: Ondanks de voordelen van additieve productie voor complexe vormen, is subtractieve productie nog steeds een betrouwbare methode voor het bewerken van onderdelen met complexe geometrieën, vooral in combinatie met meerassige CNC-technologie.
- Massaproductie: Wanneer productontwerpen vastliggen en de vraag hoog is, kan subtractieve productie een efficiënte en kosteneffectieve oplossing voor massaproductie bieden.
Gerelateerd leesmateriaal: CNC-bewerking versus SLS 3D-printen
Vergelijkingstabel additieve productie versus subtractieve productie
| Vergelijkingsaspect | Additieve productie | Subtractieve productie |
|---|---|---|
| Instellen | Relatief eenvoudige initiële opstelling, vooral voor kleinschalige productie en prototyping. | Complexe initiële instellingen, vooral voor geavanceerde CNC- en EDM-apparatuur, waarvoor een gedetailleerde configuratie van procesparameters nodig is. |
| Ondersteunde materialen | Ondersteunt diverse materialen, waaronder kunststoffen, metalen, keramiek en composieten, met enkele beperkingen voor hoogwaardige materialen. | Er wordt een breed scala aan materialen ondersteund, waaronder metalen, kunststoffen, hout en composieten. De meest voorkomende materialen kunnen worden verwerkt. |
| Het vervaardigen van complexe vormen | Produceert eenvoudig complexe geometrieën en interne structuren zonder aanvullende processen. | Beperkingen door bewerkingspaden en gereedschappen; sommige interne structuren kunnen moeilijk direct bewerkt worden en vereisen meerdere processen of speciale apparatuur. |
| Nauwkeurigheid | Afhankelijk van het type technologie kan met behulp van geavanceerde additieve productie (bijvoorbeeld Vat-fotopolymerisatie, PBF) een hoge precisie worden bereikt. | Biedt doorgaans een hogere maatnauwkeurigheid en oppervlakteafwerking, vooral bij CNC-technologie. |
| Productiesnelheid | Langzamer, vooral bij het creëren van grote onderdelen of onderdelen met een hoge resolutie vanwege de opbouw in meerdere lagen. | Snelheid is afhankelijk van de apparatuur en het proces; over het algemeen sneller dan additieve productie, vooral in efficiënte productielijnen. |
| Productievolume | Geschikter voor kleinschalige productie, prototyping en op maat gemaakte producten. | Geschikt voor grootschalige industriële productie, vooral wanneer het productontwerp vastligt, wat efficiënte massaproductie mogelijk maakt. |
| Materieel afval | Minimaal materiaalverlies, beperkt tot ondersteunende structuren of noodzakelijke snoeiwerkzaamheden. | Er is sprake van aanzienlijk materiaalverlies, vooral bij het verwijderen van overtollig materiaal bij processen als draaien en frezen. |
| Oppervlakteafwerking | Nabewerking kan nodig zijn om de nauwkeurigheid en gladheid van het oppervlak te verbeteren. | Levert doorgaans direct een hoge oppervlaktekwaliteit op, maar voor specifieke toepassingen kan nabewerking, zoals polijsten of coaten, noodzakelijk zijn. |
| Maatwerk | Zeer geschikt voor gepersonaliseerde aanpassingen en rapid prototyping, waardoor er snel kan worden gereageerd op ontwerpwijzigingen. | Beperkte aanpassingsmogelijkheden; vereist doorgaans herprogrammering en instellingen, vooral bij aangepaste productie van complexe onderdelen. |
| Operatorvaardigheid | Vereist kennis van specifieke apparatuur en materialen voor additieve productie, met een relatief lage operationele drempel. | Vereist uitgebreide bewerkingsvaardigheden en CNC-programmeerkennis; hogere operationele eisen, vooral bij complexe bewerkingsprocessen. |
| Veiligheid | Over het algemeen worden er veilige materialen en processen gebruikt, maar sommige technieken (bijvoorbeeld lasersinteren) kunnen schadelijk stof of dampen genereren, waardoor beschermende maatregelen nodig zijn. | Brengt gevaren met zich mee, zoals spaanders, lawaai en hoge temperaturen. Operators moeten zich strikt aan de veiligheidsprotocollen houden. |
| Eigenschappen van geproduceerde onderdelen | Geschikt voor de productie van lichte onderdelen met complexe vormen, maar de mechanische eigenschappen kunnen slechter zijn dan die van traditioneel vervaardigde onderdelen. | De geproduceerde onderdelen beschikken doorgaans over uitstekende mechanische eigenschappen en oppervlaktekwaliteit, waardoor ze geschikt zijn voor veeleisende technische toepassingen zoals in de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en bij de matrijzenbouw. |
Toepassingen van additieve productie en subtractieve productie
Zowel additieve als subtractieve productie hebben belangrijke toepassingsgebieden in de moderne productie.
Additieve productie biedt aanzienlijke voordelen bij maatwerk, de productie van kleine series en complexe onderdelen. Subtractieve productie daarentegen domineert bij zeer precieze, grootschalige en traditionele productie.
Afhankelijk van de specifieke productie-eisen kunnen de twee productiemethoden gecombineerd worden. Dit maximaliseert de productiviteit en kosteneffectiviteit.
Toepassingen van additieve productie
Prototyping: Met additieve productieprocessen kunnen ontwerpers en ingenieurs snel productontwerpen herhalen en valideren door in korte tijd daadwerkelijke prototypes te genereren op basis van ontwerpmodellen. Dit is met name belangrijk in sectoren zoals de auto-industrie, consumentenelektronica en medische apparatuur.
Productie van complexe onderdelen: Additieve productie biedt aanzienlijke voordelen bij de productie van complexe geometrieën en interne structuren, zoals honingraatstructuren en topologisch geoptimaliseerde onderdelen. De lucht- en ruimtevaart, de medische sector en de high-end consumentenindustrie benutten dit voordeel vaak om lichtgewicht, hoogwaardige onderdelen te produceren.
Aangepaste producten: Additieve productie is bijzonder geschikt voor de productie van op maat gemaakte producten, zoals gepersonaliseerde medische implantaten, op maat gemaakte sieraden en speciale consumentenproducten. In deze toepassingen is elk onderdeel uniek, en met additieve productie kunnen deze op maat gemaakte producten tegen lage kosten en tijdsinvestering worden geproduceerd.
Kleine volumeproductie: Bij de productie van kleine aantallen kan additieve productie de kosten en tijd die gepaard gaan met gereedschap elimineren. Deze techniek is met name geschikt voor sectoren waarin de marktvraag snel verandert, zoals mode, kunstontwerp en hoogwaardige productie.
Toepassing van subtractieve productie
Productie van grote volumes: CNC-bewerkingscentra, draaibanken, freesmachines en andere apparatuur kunnen grote hoeveelheden onderdelen produceren met een hoge efficiëntie en consistente nauwkeurigheid. Verkleinde materiaalverwerking wordt veel gebruikt in massaproductiesectoren zoals de auto-industrie, de productie van apparaten en de productie van zware industriële apparatuur.
Hoogprecieze onderdelenbewerking: Subtractieve productieprocessen zoals CNC-bewerking, slijpen en EDM kunnen worden gebruikt voor de productie van mallen, mechanische precisieonderdelen, behuizingen voor elektronische apparaten en uiterst precieze onderdelen voor medische apparatuur.
Traditionele productie: Materiaalbesparende productie neemt een belangrijke plaats in binnen de traditionele productie, met name in de metaalbewerking. Door middel van snij-, boor-, frees- en slijpprocessen kan materiaalbesparende productie een verscheidenheid aan metalen materialen, zoals staal, aluminiumlegeringen, titaniumlegeringen, enzovoort, efficiënt verwerken.
Matrijzenbouw: Met behulp van CNC-bewerking en EDM kan subtractieve productie zeer nauwkeurige en duurzame mallen produceren voor spuitgiet-, stans- en spuitgietprocessen. Deze mallen worden veel gebruikt in massaproductie in de auto-, elektronica- en consumentengoederenindustrie.
Subtractieve versus additieve productiekosten
Kosten voor machines en gereedschappen
Additieve productie brengt doorgaans hoge kosten voor machines en gereedschappen met zich mee. Hiervoor zijn met name geavanceerde CNC-bewerkingsmachines, draadvonkmachines, lasersnijmachines en andere apparatuur nodig. De aanschaf- en onderhoudskosten van deze machines zijn echter hoog. Daarnaast kan, afhankelijk van de bewerkingsbehoeften, een reeks gespecialiseerde gereedschappen en opspansystemen nodig zijn.
Aan de andere kant brengt additieve productie ook hogere initiële apparatuurkosten met zich mee. Dit is met name het geval bij metaal-3D-printers en geavanceerde fotopolymerisatieapparatuur. Er zijn dan meestal geen extra mallen of speciaal gereedschap nodig. Dit kan in sommige gevallen dus tot kostenbesparingen leiden.
Arbeidskosten
Additieve productie is arbeidsintensiever. Het vereist operators met uitgebreide bewerkingsvaardigheden en kennis van CNC-programmering. Dit komt doordat complexe opstellingen en bewerkingen vaak ervaren technici vereisen.
Additieve productie daarentegen is sterk geautomatiseerd en relatief eenvoudig te bedienen. De arbeidskosten zijn daardoor lager. Desondanks zijn er bij additieve productie nog steeds technici nodig voor het onderhoud en de installatie van de apparatuur.
Materiaalkosten
De materiaalkosten voor subtractieve productie zijn doorgaans relatief laag. Door de aard van het proces is er echter veel materiaalverspilling. Dit is met name het geval bij subtractieve productie van complexe onderdelen.
Aan de andere kant zijn de materiaalkosten voor additieve productie doorgaans hoger. Dit proces kent echter een zeer hoge materiaalbenuttingsgraad en zeer weinig afval. Op de lange termijn kan dit dus een deel van de hoge materiaalkosten compenseren.
Nabewerkingskosten
Bij subtractieve productie zijn de onderdelen meestal klaar voor gebruik of behoeven ze slechts een minimale nabewerking, zoals polijsten of oppervlaktebehandeling.
Aan de andere kant vereisen additief vervaardigde onderdelen, met name onderdelen met hoge eisen aan precisie of sterkte, vaak extra nabewerking. Voorbeelden hiervan zijn het verwijderen van ondersteunende structuren, het gladmaken van het oppervlak of warmtebehandeling. Deze stappen verhogen meestal de totale kosten.
Over het algemeen kunnen de initiële kosten van additieve productie op korte termijn hoger uitvallen, vooral wat betreft apparatuur en materialen. In sommige gevallen, zoals bij maatwerk en productie in kleine series, zullen de kostenvoordelen echter geleidelijk zichtbaar worden.
Subtractieve productie brengt hogere machine- en arbeidskosten met zich mee. Bij massaproductie maken het echter, dankzij het beproefde proces en de lagere materiaalkosten, concurrerender wat betreft de totale kosten.
De keuze van de productiemethode hangt daarom af van de specifieke productiebehoefte, het productievolume, het materiaaltype en het kostenbudget.
Conclusie
In dit artikel bekijken we de verschillen tussen additieve en subtractieve productie. We analyseren de sterke en zwakke punten van beide en bespreken hun toepassingen in verschillende sectoren. Technologie blijft zich ontwikkelen. Zowel additieve productie als subtractieve productie zijn in ontwikkeling. Ze brengen nieuwe kansen en uitdagingen voor de industrie. Yonglihao Machinery is een professionele Leverancier van CNC-bewerkingsdienstenWij kunnen alle soorten wijzigingen aan en bieden onze klanten professionele CNC-bewerkingsdiensten.
Veelgestelde vragen
Wat is het belangrijkste verschil tussen additieve productie en subtractieve productie?
3D-printen is een bottom-up productieproces. Het bouwt 3D-objecten door laag voor laag materiaal toe te voegen. Dit maakt het mogelijk om complexe vormen te produceren en materiaalverspilling te minimaliseren. Subtractieve productie daarentegen is de traditionele methode om materiaal uit een blok ruw materiaal te verwijderen om een eindproduct te vormen. Het is geschikt voor het maken van onderdelen met hoge precisie en gladde oppervlakken, maar kan leiden tot meer materiaalverspilling.
Welk productieproces is het meest kosteneffectief?
De kosteneffectiviteit hangt af van het type productie, de seriegrootte en de complexiteit van het onderdeel. Voor kleine series en op maat gemaakte onderdelen is additieve productie doorgaans goedkoper. Er zijn geen dure gereedschappen of complexe opstellingen nodig. Voor de productie van veel van dezelfde onderdelen kan subtractieve productie goedkoper zijn. De productie verloopt sneller en de kosten per stuk zijn lager.
Kunnen additieve en subtractieve productie samen worden gebruikt?
Ja, de technieken kunnen samen worden gebruikt. Dit vormt een hybride productieaanpak. Deze aanpak combineert de ontwerpflexibiliteit van additieve productie met de nauwkeurigheidsvoordelen van subtractieve productie. Het is bedoeld voor de productie van onderdelen die complexe vormen nodig hebben, maar ook een hoge precisie en afwerking vereisen. Door de twee technologieën te combineren, kunnen fabrikanten meer flexibiliteit en efficiëntie bereiken. Dit verbetert het ontwerp- en productieproces, waardoor complexere en hoogwaardigere producten ontstaan.