Comparando Manufatura Aditiva e Manufatura Subtrativa: Quais são as Diferenças?

No desenvolvimento da indústria moderna, os avanços em Tecnologia de usinagem levaram a muitas novas ideias e avanços. A manufatura subtrativa tradicional, como fresamento e torneamento, evoluiu para a manufatura aditiva, também conhecida como Impressão 3DCada método tem seus benefícios e usos únicos. As empresas precisam entender a diferença. Ela está entre manufatura aditiva e subtrativa. Isso é crucial para que elas escolham a melhor tecnologia. Neste artigo, discutiremos as características, os prós e os contras, e os usos desses dois métodos. Isso ajudará você a saber como escolher a melhor tecnologia para diferentes produtos e condições na manufatura moderna.

Ou talvez você queira continuar se aprofundando nas diferenças entre CNC e impressão 3D. Eu sugiro que você dê uma olhada no diferença entre usinagem CNC e impressão 3D SLS para uma visão mais especializada.

O que é manufatura aditiva?

A manufatura aditiva é um método de produção de alta tecnologia. Ela constrói objetos 3D adicionando material camada por camada. Ao contrário da manufatura subtrativa tradicional, a manufatura aditiva não necessita de ferramentas de corte para remover material. Em vez disso, ela "imprime" peças sólidas a partir de arquivos de projeto digitais. Essa abordagem melhora significativamente a flexibilidade do projeto. Ela possibilita a produção de peças com formatos complexos. Também reduz o desperdício de material e encurta os ciclos de produção.

Principais Tecnologias

Jateamento de aglutinante: Jateamento de ligante é uma tecnologia de impressão 3D que cria objetos camada por camada, pulverizando cola líquida sobre material em pó. Este método pode ser usado para metais, areia, plásticos e cerâmica. É rápido e barato, o que o torna popular para a criação de modelos e moldes.

Deposição de Energia Direcionada (DED): A Deposição de Energia Direcionada cria objetos derretendo pó metálico ou fios. É usada principalmente para reparar ou melhorar peças metálicas existentes. Você pode encontrar essa técnica em setores como aeroespacial, automotivo e de energia.

Extrusão de materiais: Este método também é conhecido como modelagem por deposição fundida (FDM). Ele cria objetos camada por camada, aquecendo e extrudando longos filamentos de plástico. Esta é uma das técnicas de impressão 3D mais comuns para plásticos como PLA, ABS e PETG.

Jateamento de materiais: O jateamento de materiais cria objetos finos pulverizando e endurecendo materiais líquidos, como resina, camada por camada. É ideal para a produção de peças em diferentes materiais e cores. Por exemplo, design de joias, modelos médicos e protótipos de produtos.

Fusão em leito de pó (PBF): As técnicas de fusão em leito de pó incluem tecnologias como fusão seletiva a laser (SLM) e fusão por feixe de elétrons (EBM). Esses métodos utilizam um feixe de luz de alta energia para fundir material camada por camada em um leito de pó, criando peças metálicas ou plásticas resistentes. O PBF é, portanto, ideal para a fabricação de componentes de alta precisão e alta resistência.

Laminação de folhas: A laminação de chapas cria objetos cortando e unindo camadas finas de materiais como papel, plástico ou metal. É uma maneira econômica de fabricar grandes modelos, moldes e ferramentas.

Tanques de fotopolimerização (fotopolimerização VAT): Este método inclui estereolitografia (SLA) e processamento digital de luz (DLP). Eles usam luz para endurecer a resina líquida camada por camada. Este método pode produzir peças muito finas. Exemplos incluem equipamentos odontológicos, modelos médicos e protótipos de produtos de consumo complexos.

Benefícios da Manufatura Aditiva

• Flexibilidade de design: A manufatura aditiva pode criar formas complexas e estruturas internas sem exigir etapas adicionais.
• Alta utilização de material: Ao contrário da manufatura tradicional, a manufatura aditiva praticamente não produz desperdício de material. Isso ocorre porque ela utiliza apenas o material necessário.
• Prototipagem Rápida: A capacidade de passar rapidamente do design ao produto final acelera muito o desenvolvimento.
• Fabricação personalizada: A manufatura aditiva é ideal para criar produtos personalizados e customizados para atender às necessidades específicas dos clientes.

Limitações da Manufatura Aditiva

• Velocidades de produção lentas: A manufatura aditiva é uma construção camada por camada. Portanto, é mais lenta do que a produção em massa tradicional.
• Seleção limitada de materiais: Nem todos os materiais são adequados para Manufatura Aditiva. Especialmente certas ligas e compósitos de alto desempenho.
• Qualidade e precisão da superfície: Algumas peças produzidas com técnicas de manufatura aditiva podem exigir processamento subsequente. É assim que elas atingem a qualidade de superfície e a precisão dimensional necessárias.
• Custos mais altos: Especialmente na Manufatura Aditiva de metais, os custos de equipamentos e materiais são altos, tornando-a adequada para pequenas tiragens de produção.

Quando usar a manufatura aditiva?

• Prototipagem: Nos estágios iniciais do desenvolvimento do produto para design e testes iterativos rápidos.
• Partes complexas: Para geometrias complexas que não podem ser produzidas por processos tradicionais ou são muito caras de produzir.
• Produção de baixo volume: Para a produção de produtos personalizados ou de edição limitada, como implantes médicos e peças aeroespaciais.
• Design leve: A manufatura aditiva é usada para criar estruturas leves onde a redução de peso e o desempenho otimizado são necessários.

O que é manufatura subtrativa?

A manufatura subtrativa é um processo de produção tradicional. Nele, uma parte da matéria-prima é removida para obter uma peça ou produto desejado. O processo normalmente envolve diversos tipos de corte. Estes incluem: moagem, virando, perfuração e moagem. Eles são projetados para remover com precisão material de um bloco sólido para criar um formato e tamanho específicos.

Principais Tecnologias

Abrasão (Usinagem Abrasiva): A tecnologia de abrasão utiliza rebolos ou outros abrasivos para cortar a superfície de uma peça, obtendo dimensões e acabamento superficial precisos. Os métodos abrasivos comuns incluem retificação de superfície, retificação cilíndrica e retificação sem centro. A tecnologia é adequada para materiais duros, como metais, cerâmica e vidro. Portanto, é amplamente utilizada na fabricação de peças e ferramentas de alta precisão.

Centros de usinagem CNC: Os centros de usinagem CNC (Controle Numérico Computadorizado) realizam usinagem multieixos com ferramentas de corte controladas por computador (por exemplo, fresas, brocas). A tecnologia CNC pode executar uma variedade de processos, como torneamento, fresamento, furação, rosqueamento, etc., e é adequada para quase todos os materiais metálicos e plásticos. As vantagens da tecnologia CNC são alta precisão de usinagem, alto grau de automação e adequação à produção em massa de peças complexas.

Usinagem por descarga elétrica (EDM): A Usinagem por Eletroerosão (EDM) é utilizada para fundir e evaporar o material localmente através da alta temperatura e alta pressão geradas pela descarga, formando formas complexas e superfícies finas. A EDM é particularmente adequada para usinar materiais duros e difíceis de cortar. Exemplos incluem ligas duras e aços endurecidos. Por isso, é frequentemente utilizada na fabricação de moldes e na usinagem de peças de precisão.

Corte a laser: O corte a laser utiliza um feixe de laser de alta potência para derreter ou vaporizar materiais, proporcionando um corte preciso. A tecnologia é adequada para uma ampla gama de materiais, incluindo metal, plástico, madeira e têxteis, pois permite cortar formas complexas com alta precisão. O corte a laser é amplamente utilizado no processamento de chapas metálicas, na fabricação de placas publicitárias e na fabricação de equipamentos médicos.

Corte por jato de água: O corte por jato de água utiliza um jato de água de alta pressão (às vezes com adição de abrasivos) para cortar materiais. Como resultado, não gera calor e evita a deformação do material. É adequado para cortar materiais como metal, vidro, cerâmica e materiais compósitos. Além disso, é especialmente adequado para o processamento de materiais sensíveis ao calor e materiais moldados. O corte por jato de água é comumente utilizado nas indústrias aeroespacial, automotiva e de construção.

Vantagens da Manufatura Subtrativa

• Alta precisão e qualidade de superfície: Por meio da usinagem fina, a manufatura subtrativa pode atingir precisão dimensional e acabamento de superfície extremamente altos.
• Ampla gama de materiais: Quase qualquer material sólido pode ser processado pela manufatura subtrativa, incluindo metais, plásticos, madeira e compósitos.
• Tecnologia de processamento madura: A tecnologia de fabricação com material reduzido está bem estabelecida para produção industrial em larga escala e é apoiada por uma ampla gama de ferramentas e equipamentos.
• Utilização eficiente de materiais: o desperdício de material pode ser efetivamente reduzido pela otimização dos caminhos de corte e dos parâmetros de usinagem.

Limitações da Fabricação de Materiais Reduzidos

• Resíduos de materiais: Devido à usinagem com remoção de material, o desperdício de material é grande, especialmente na usinagem de formas complexas.
• Maior tempo de processamento: Para peças complexas, o tempo de processamento da manufatura subtrativa é maior, especialmente no caso de requisitos de alta precisão.
• Alto custo do equipamento: equipamentos CNC de ponta, máquinas-ferramentas EDM e equipamentos de corte a laser são caros, e o investimento inicial é grande.
• Limitações do projeto de processamento: Na manufatura subtrativa, certas estruturas internas complexas são difíceis de processar diretamente, exigindo múltiplos processos ou ferramentas especiais.

Quando usar manufatura subtrativa?

• Peças de alta precisão: Processamento de peças que exigem precisão dimensional e acabamento superficial extremamente altos, como fabricação de moldes e peças mecânicas de precisão.
• Processos de fabricação tradicionais: A manufatura subtrativa continua sendo o processo dominante na produção em massa, especialmente para usinagem de metais e materiais duros.
• Geometrias complexas: Apesar das vantagens da manufatura aditiva para formas complexas, a manufatura subtrativa ainda é um método confiável para usinagem de peças com geometrias complexas, especialmente quando combinada com a tecnologia CNC multieixo.
• Produção em massa: Quando os designs dos produtos são fixos e a demanda é alta, a manufatura subtrativa pode fornecer uma solução eficiente e econômica para a produção em massa.

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Tabela de comparação entre manufatura aditiva e manufatura subtrativa

Aplicações da Manufatura Aditiva e Manufatura Subtrativa

Tanto a manufatura aditiva quanto a subtrativa têm áreas de aplicação importantes na manufatura moderna.

A manufatura aditiva apresenta vantagens significativas na personalização, na fabricação de pequenos lotes e na fabricação de peças complexas. Em contraste, a manufatura subtrativa domina a manufatura tradicional, de alta precisão e em grande volume.

Dependendo dos requisitos específicos de produção, os dois métodos de fabricação podem ser usados em combinação. Isso maximiza a produtividade e a relação custo-benefício.

Aplicações da Manufatura Aditiva

Prototipagem: Os processos de manufatura aditiva permitem que designers e engenheiros iterem e validem projetos de produtos rapidamente, gerando protótipos reais a partir de modelos de projeto em um curto período de tempo. Isso é particularmente importante em setores como automotivo, eletrônicos de consumo e dispositivos médicos.

Fabricação de peças complexas: A manufatura aditiva apresenta vantagens significativas na fabricação de geometrias e estruturas internas complexas, como estruturas em favo de mel e peças topologicamente otimizadas. Os setores aeroespacial, médico e de consumo de alto padrão frequentemente utilizam essa vantagem para produzir peças leves e de alto desempenho.

Produtos personalizados: A manufatura aditiva é particularmente adequada para a produção de produtos personalizados, como implantes médicos personalizados, joias personalizadas e produtos de consumo especiais. Nessas aplicações, cada peça é única, e a manufatura aditiva pode produzir esses produtos personalizados com baixo custo e investimento de tempo.

Produção em pequeno volume: Na produção em pequeno volume, a manufatura aditiva pode eliminar o custo e o tempo associados ao ferramental e é particularmente adequada para áreas onde a demanda do mercado muda rapidamente, como moda, design de arte e manufatura de ponta.

Aplicação da manufatura subtrativa

Produção de alto volume: Centros de usinagem CNC, tornos, fresadoras e outros equipamentos podem produzir grandes quantidades de peças com alta eficiência e precisão consistente. A manufatura com redução de material é amplamente utilizada em áreas de produção em massa, como fabricação automotiva, fabricação de eletrodomésticos e produção de equipamentos industriais pesados.

Processamento de peças de alta precisão: Processos de manufatura subtrativos, como usinagem CNC, retificação e eletroerosão, podem produzir moldes, peças mecânicas de precisão, invólucros de dispositivos eletrônicos e peças de dispositivos médicos de alta precisão.

Fabricação tradicional: A manufatura com redução de materiais ocupa uma posição importante na manufatura tradicional, especialmente na área de processamento de metais. Por meio de processos de corte, perfuração, fresamento e retificação, a manufatura com redução de materiais pode processar com eficiência uma variedade de materiais metálicos, como aço, ligas de alumínio, ligas de titânio, entre outros.

Fabricação de moldes: Por meio da usinagem CNC e eletroerosão, a manufatura subtrativa pode produzir moldes de alta precisão e durabilidade para processos de moldagem por injeção, estampagem e fundição sob pressão. Esses moldes são amplamente utilizados na produção em massa nas indústrias automotiva, eletrônica e de bens de consumo.

Custos de Manufatura Subtrativa vs. Aditiva

Custos de máquinas e ferramentas

A manufatura aditiva geralmente envolve altos custos com máquinas e ferramentas. Em particular, são necessárias máquinas-ferramentas CNC de ponta, equipamentos de eletroerosão, máquinas de corte a laser e outros equipamentos. No entanto, os custos de aquisição e manutenção dessas máquinas são altos. Além disso, uma variedade de ferramentas e acessórios especializados pode ser necessária, dependendo das necessidades de usinagem.

Por outro lado, a manufatura aditiva também apresenta custos iniciais de equipamento mais elevados. Isso é particularmente verdadeiro para impressoras 3D de metal e equipamentos de fotopolimerização de ponta. Geralmente, não são necessários moldes adicionais ou ferramentas especiais. Portanto, isso pode levar à economia de custos em alguns casos.

Custos de mão de obra

A manufatura aditiva exige mais mão de obra. Requer operadores com amplas habilidades de usinagem e conhecimento de programação CNC. Isso ocorre porque configurações e operações complexas geralmente exigem técnicos experientes.

Em contraste, a manufatura aditiva é altamente automatizada e relativamente simples de operar. Portanto, seu custo de mão de obra é menor. No entanto, a manufatura aditiva ainda exige técnicos para a manutenção e configuração dos equipamentos.

Custos de materiais

Os custos de material para a manufatura subtrativa costumam ser relativamente baixos. No entanto, devido à natureza do processo, há muito desperdício de material. Isso é particularmente verdadeiro na manufatura subtrativa de peças complexas.

Por outro lado, os custos de material para manufatura aditiva costumam ser mais altos. No entanto, esse processo tem uma taxa de utilização de material muito alta e pouquíssimo desperdício. Portanto, a longo prazo, isso pode compensar parte dos altos custos de material.

Custos de pós-processamento

Na manufatura subtrativa, as peças geralmente estão prontas para uso ou requerem apenas um pequeno pós-processamento. Exemplos incluem polimento ou tratamento de superfície.

Por outro lado, peças fabricadas por manufatura aditiva, especialmente aquelas com altos requisitos de precisão ou resistência, frequentemente exigem pós-processamento adicional. Exemplos incluem a remoção de estruturas de suporte, alisamento de superfície ou tratamento térmico. Essas etapas geralmente aumentam o custo total.

No geral, a curto prazo, os custos iniciais da manufatura aditiva podem ser maiores, especialmente em termos de equipamentos e materiais. No entanto, em alguns casos, como produção personalizada e fabricação em pequenos lotes, suas vantagens de custo se tornarão gradualmente aparentes.

A manufatura subtrativa tem custos mais elevados com maquinário e mão de obra. No entanto, na produção em massa, seu processo maduro e os menores custos de material a tornam mais competitiva em termos de custo total.

Portanto, a escolha do método de fabricação depende das necessidades específicas de produção, do volume de produção, do tipo de material e do orçamento de custos.

Conclusão

Neste artigo, examinamos as diferenças entre Manufatura Aditiva e Manufatura Subtrativa. Analisamos os pontos fortes e fracos de cada uma e discutimos suas aplicações em diferentes áreas. A tecnologia continua a se desenvolver. Tanto a Manufatura Aditiva quanto a Manufatura Subtrativa estão evoluindo. Elas trazem novas oportunidades e desafios para o setor. A Yonglihao Machinery é uma empresa profissional Prestador de serviços de usinagem CNC. Podemos lidar com todos os tipos de mudanças e oferecer aos nossos clientes serviços profissionais de usinagem CNC.

Perguntas frequentes

Qual é a principal diferença entre manufatura aditiva e manufatura subtrativa?

A impressão 3D é um processo de fabricação de baixo para cima. Ela constrói objetos 3D adicionando material camada por camada, permitindo a produção de formas complexas e minimizando o desperdício de material. Em contraste, a manufatura subtrativa é o método tradicional de remoção de material de um bloco de matéria-prima para formar um produto final. É ideal para fabricar peças com alta precisão e superfícies lisas, mas pode levar a mais desperdício de material.

Qual processo de fabricação é mais econômico?

A relação custo-benefício depende do tipo de produção, do tamanho do lote e da complexidade da peça. Para lotes pequenos e peças personalizadas, a manufatura aditiva costuma ser mais barata. Não requer ferramentas caras nem configurações complexas. Para a fabricação de muitas das mesmas peças, a manufatura subtrativa pode ser mais barata. Proporciona produção mais rápida e custos unitários mais baixos.

A manufatura aditiva e subtrativa podem ser usadas juntas?

Sim, as técnicas podem ser usadas em conjunto. Isso forma uma abordagem de manufatura híbrida. Essa abordagem combina a flexibilidade de projeto da Manufatura Aditiva com os benefícios de precisão da Manufatura Subtrativa. Serve para fabricar peças que exigem formas complexas, mas também alta precisão e acabamento. Ao combinar as duas tecnologias, os fabricantes podem obter mais flexibilidade e eficiência. Isso auxilia no processo de projeto e fabricação, resultando em produtos mais complexos e de alto desempenho.