Сравнение аддитивного и субтрактивного производства: в чем разница?

В развитии современной промышленности прогресс в Технология обработки привели к появлению множества новых идей и прорывов. Произошёл переход от традиционного субтрактивного производства, такого как фрезерование и точение, к быстро развивающемуся аддитивному производству, также известному как 3D-печатьКаждый метод имеет свои уникальные преимущества и области применения. Компании должны понимать разницу между аддитивным и субтрактивным производством. Это критически важно для выбора оптимальной технологии. В этой статье мы обсудим особенности, плюсы и минусы, а также области применения этих двух методов. Это поможет вам выбрать оптимальную технологию для различных продуктов и условий современного производства.

Или, может быть, вы хотите продолжить более глубокое изучение разницы между ЧПУ и 3D-печатью. Я предлагаю вам ознакомиться с разница между обработкой с ЧПУ и SLS 3D-печатью для более специализированное понимание.

Что такое аддитивное производство?

Аддитивное производство — это высокотехнологичный метод производства. Он позволяет создавать трёхмерные объекты путём добавления материала послойно. В отличие от традиционного субтрактивного производства, аддитивное производство не требует режущих инструментов для удаления материала. Вместо этого оно «печатает» цельные детали из цифровых файлов проекта. Такой подход значительно повышает гибкость проектирования. Он позволяет производить детали сложной формы, а также сокращает количество отходов и производственные циклы.

Основные технологии

Струйная подача связующего: Струйное нанесение связующего — это технология 3D-печати. Она позволяет создавать объекты послойно, распыляя жидкий клей на порошкообразный материал. Этот метод применим для металлов, песка, пластика и керамики. Этот метод быстрый и недорогой, что делает его популярным для изготовления моделей и форм.

Направленное энергетическое депонирование (DED): Метод направленного энергетического осаждения позволяет создавать изделия путём плавления металлического порошка или проволоки. Он в основном используется для ремонта или улучшения существующих металлических деталей. Этот метод применяется в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и энергетическая.

Экструзия материала: Этот метод также известен как моделирование методом послойного наплавления (FDM). Он позволяет создавать объекты слой за слоем путём нагревания и экструзии длинных пластиковых нитей. Это один из самых распространённых методов 3D-печати для таких пластиков, как PLA, ABS и PETG.

Струйная обработка материала: Струйная формовка материалов позволяет создавать тонкие изделия путём послойного распыления и затвердевания жидких материалов, таких как смола. Этот метод идеально подходит для производства деталей из различных материалов и цветов. Например, для ювелирного дизайна, медицинских моделей и прототипов продукции.

Плавление в порошковой постели (PBF): Методы плавления в порошковом слое включают такие технологии, как селективная лазерная плавка (SLM) и электронно-лучевая плавка (EBM). Эти методы используют высокоэнергетический луч света для послойного плавления материала в порошковом слое, создавая прочные металлические или пластиковые детали. Поэтому PBF идеально подходит для производства высокоточных и высокопрочных деталей.

Ламинирование листов: Ламинирование листов позволяет создавать изделия путём резки и склеивания тонких слоёв таких материалов, как бумага, пластик или металл. Это экономичный способ изготовления крупных моделей, форм и инструментов.

Фотополимеризационные ванны (камера фотополимеризации): Этот метод включает стереолитографию (SLA) и цифровую обработку светом (DLP). Они используют свет для послойного отверждения жидкой смолы. Этот метод позволяет производить очень точные детали. Примерами служат стоматологическое оборудование, медицинские модели и прототипы сложных потребительских товаров.

Преимущества аддитивного производства

• Гибкость дизайна: Аддитивное производство позволяет создавать сложные формы и внутренние структуры без необходимости дополнительных этапов.
• Высокая эффективность использования материала: В отличие от традиционного производства, аддитивное производство практически не оставляет отходов. Это связано с тем, что в нём используются только необходимые материалы.
• Быстрое прототипирование: Возможность быстрого перехода от проектирования к готовому продукту значительно ускоряет разработку.
• Изготовление на заказ: Аддитивное производство идеально подходит для создания персонализированных и индивидуальных продуктов, отвечающих конкретным потребностям клиентов.

Ограничения аддитивного производства

• Низкие скорости производства: Аддитивное производство — это послойное строительство. Поэтому оно медленнее традиционного массового производства.
• Ограниченный выбор материалов: Не все материалы подходят для аддитивного производства. Особенно это касается некоторых высокопрочных сплавов и композитов.
• Качество поверхности и точность: Некоторые детали, изготовленные с использованием технологий аддитивного производства, могут потребовать последующей обработки. Это позволяет достичь необходимого качества поверхности и точности размеров.
• Более высокие затраты: Особенно в аддитивном производстве металлов затраты на оборудование и материалы высоки, что делает его подходящим для небольших серий производства.

Когда следует использовать аддитивное производство?

• Прототипирование: На ранних стадиях разработки продукта для быстрого итеративного проектирования и тестирования.
• Сложные детали: Для сложных геометрических форм, которые невозможно изготовить традиционными методами или изготовление которых требует больших затрат.
• Мелкосерийное производство: Для производства продукции по индивидуальному заказу или ограниченным тиражом, такой как медицинские имплантаты и детали для аэрокосмической отрасли.
• Легкая конструкция: Аддитивное производство используется для создания легких конструкций, где требуется снижение веса и оптимизация характеристик.

Что такое субтрактивное производство?

Субтрактивное производство — это традиционный производственный процесс. В нём часть сырья удаляется для получения желаемой детали или продукта. Этот процесс обычно включает в себя множество видов резки, включая: фрезерование, поворот, бурение и шлифование. Они предназначены для точного удаления материала из цельного блока для придания ему определенной формы и размера.

Основные технологии

Абразивное воздействие (абразивная обработка): Технология абразивной обработки использует шлифовальные круги или другие абразивные материалы для обработки поверхности заготовки с целью достижения точных размеров и качества поверхности. К распространённым методам абразивной обработки относятся плоское шлифование, круглое шлифование и бесцентровое шлифование. Эта технология подходит для обработки твёрдых материалов, таких как металлы, керамика и стекло. Поэтому она широко применяется для изготовления высокоточных деталей и инструментов.

Обрабатывающие центры с ЧПУ: Обрабатывающие центры с ЧПУ (числовым программным управлением) выполняют многокоординатную обработку с использованием управляемого компьютером режущего инструмента (например, фрез, сверл). Технология ЧПУ позволяет выполнять различные процессы, такие как точение, фрезерование, сверление, нарезание резьбы и т. д., и подходит практически для всех металлов и пластиков. Преимуществами технологии ЧПУ являются высокая точность обработки, высокая степень автоматизации и возможность массового производства сложных деталей.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО): Электроэрозионная обработка (ЭЭО) используется для локального расплавления и испарения материала за счёт высокой температуры и давления, создаваемых разрядом, что позволяет формовать сложные формы и тонкие поверхности. ЭЭО особенно подходит для обработки твёрдых материалов, трудно поддающихся резанию. К примерам относятся твёрдые сплавы и закалённые стали. Поэтому её часто используют при изготовлении пресс-форм и обработке прецизионных деталей.

Лазерная резка: Лазерная резка использует мощный лазерный луч для плавления или испарения материала, обеспечивая точную резку. Эта технология подходит для широкого спектра материалов, включая металл, пластик, дерево и текстиль. Благодаря возможности высокоточной резки сложных форм, лазерная резка широко применяется в обработке листового металла, изготовлении рекламных вывесок и производстве медицинского оборудования.

Гидроабразивная резка: Гидроабразивная резка использует струю воды под высоким давлением (иногда с добавлением абразива) для резки материалов. Благодаря этому процесс не нагревается и предотвращает деформацию материала. Гидроабразивная резка подходит для резки таких материалов, как металл, стекло, керамика и композитные материалы. Кроме того, она особенно подходит для обработки термочувствительных материалов и материалов, требующих формовки. Гидроабразивная резка широко применяется в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и строительстве.

Преимущества субтрактивного производства

• Высокая точность и качество поверхности: Благодаря точной обработке субтрактивное производство позволяет добиться чрезвычайно высокой точности размеров и чистоты поверхности.
• Широкий ассортимент материалов: Практически любой твердый материал может быть обработан методом субтрактивного производства, включая металлы, пластмассы, древесину и композиты.
• Зрелая технология обработки: Технология изготовления изделий с уменьшенным расходом материалов хорошо зарекомендовала себя в крупномасштабном промышленном производстве и поддерживается широким спектром инструментов и оборудования.
• Эффективное использование материалов: Потери материала можно эффективно сократить за счет оптимизации траекторий резания и параметров обработки.

Ограничения производства с уменьшенным расходом материалов

• Материальные отходы: Из-за обработки путем удаления материала отходы материала велики, особенно при обработке сложных форм.
• Более длительное время обработки: Для сложных деталей время обработки при субтрактивном производстве больше, особенно в случае требований высокой точности.
• Высокая стоимость оборудования: Высококачественное оборудование с ЧПУ, электроэрозионные станки и оборудование для лазерной резки стоят дорого, а первоначальные инвестиции велики.
• Ограничения при проектировании обработки: При субтрактивном производстве некоторые сложные внутренние структуры трудно обрабатывать напрямую, для этого требуются множественные процессы или специальные инструментальные приспособления.

Когда следует использовать субтрактивное производство?

• Высокоточные детали: Обработка деталей, требующих чрезвычайно высокой точности размеров и чистоты поверхности, например, изготовление пресс-форм и прецизионных механических деталей.
• Традиционные производственные процессы: Субтрактивное производство остается доминирующим процессом в массовом производстве, особенно при обработке металлов и твердых материалов.
• Сложная геометрия: Несмотря на преимущества аддитивного производства для сложных форм, субтрактивное производство по-прежнему является надежным методом обработки деталей со сложной геометрией, особенно в сочетании с многоосевой технологией ЧПУ.
• Массовое производство: Когда конструкция продукта фиксирована, а спрос высок, субтрактивное производство может стать эффективным и экономичным решением для массового производства.

Связанное чтение: Обработка с ЧПУ против SLS 3D-печати

Сравнительная таблица аддитивного и субтрактивного производства

Применение аддитивного и субтрактивного производства

Как аддитивное, так и субтрактивное производство имеют важные области применения в современном производстве.

Аддитивное производство обладает значительными преимуществами при изготовлении деталей по индивидуальному заказу, мелкосерийном и сложном производстве. В отличие от него, субтрактивное производство доминирует в высокоточном, крупносерийном и традиционном производстве.

В зависимости от конкретных производственных требований оба метода производства могут использоваться совместно. Это обеспечивает максимальную производительность и экономическую эффективность.

Применение аддитивного производства

Прототипирование: Процессы аддитивного производства позволяют дизайнерам и инженерам быстро итерировать и проверять проекты изделий, создавая реальные прототипы на основе проектных моделей в короткие сроки. Это особенно важно в таких отраслях, как автомобилестроение, производство бытовой электроники и медицинских приборов.

Изготовление сложных деталей: Аддитивное производство обладает значительными преимуществами при изготовлении деталей сложной геометрии и внутренней структуры, таких как сотовые структуры и топологически оптимизированные детали. В аэрокосмической, медицинской и высокотехнологичной потребительской промышленности это преимущество часто используется для производства лёгких и высокопроизводительных деталей.

Индивидуальные продукты: Аддитивное производство особенно хорошо подходит для производства индивидуальных изделий, таких как персонализированные медицинские имплантаты, ювелирные изделия и специализированные потребительские товары. В этих областях применения каждая деталь уникальна, и аддитивное производство позволяет производить такие индивидуальные изделия с низкими затратами времени и средств.

Мелкосерийное производство: При мелкосерийном производстве аддитивное производство позволяет исключить затраты и время, связанные с оснасткой, и особенно подходит для областей, где рыночный спрос быстро меняется, таких как мода, художественный дизайн и высокотехнологичное производство.

Применение субтрактивного производства

Крупносерийное производство: Обрабатывающие центры с ЧПУ, токарные и фрезерные станки, а также другое оборудование позволяют производить большие партии деталей с высокой эффективностью и стабильной точностью. Технология изготовления деталей с уменьшенным расходом материала широко применяется в таких областях массового производства, как автомобилестроение, производство бытовой техники и тяжёлого промышленного оборудования.

Высокоточная обработка деталей: Субтрактивные производственные процессы, такие как обработка на станках с ЧПУ, шлифование и электроэрозионная обработка, могут использоваться для изготовления пресс-форм, прецизионных механических деталей, корпусов электронных устройств и деталей высокоточных медицинских приборов.

Традиционное производство: Производство изделий из восстановленного материала занимает важное место в традиционном производстве, особенно в области металлообработки. Благодаря процессам резки, сверления, фрезерования и шлифования, производство изделий из восстановленного материала позволяет эффективно обрабатывать различные металлические материалы, такие как сталь, алюминиевые и титановые сплавы и т. д.

Изготовление пресс-форм: Благодаря обработке на станках с ЧПУ и электроэрозионной обработке субтрактивное производство позволяет изготавливать высокоточные и прочные пресс-формы для литья под давлением, штамповки и литья под давлением. Эти пресс-формы широко используются в массовом производстве в автомобильной, электронной и потребительской промышленности.

Субтрактивные и аддитивные производственные затраты

Стоимость машин и инструментов

Аддитивное производство обычно требует высоких затрат на оборудование и инструменты. В частности, требуются высококлассные станки с ЧПУ, электроэрозионные станки, лазерные режущие станки и другое оборудование. Однако расходы на приобретение и обслуживание этих станков высоки. Кроме того, в зависимости от требований к обработке может потребоваться целый ряд специализированных инструментов и приспособлений.

С другой стороны, аддитивное производство также требует более высоких первоначальных затрат на оборудование. Это особенно актуально для 3D-принтеров по металлу и высокопроизводительного оборудования для фотополимеризации. В этом случае, как правило, не требуются дополнительные формы или специальные инструменты. Таким образом, в некоторых случаях это может привести к экономии средств.

Затраты на оплату труда

Аддитивное производство более трудоёмко. Для него требуются операторы с обширными навыками работы на станках и знанием программирования ЧПУ. Это связано с тем, что для сложных наладок и операций часто требуются опытные специалисты.

Аддитивное производство, напротив, отличается высокой степенью автоматизации и относительной простотой эксплуатации. Следовательно, оно требует меньших трудозатрат. Тем не менее, аддитивное производство по-прежнему требует участия технических специалистов для обслуживания и настройки оборудования.

Материальные затраты

Материальные затраты при субтрактивном производстве обычно относительно невелики. Однако, в силу специфики процесса, существует большое количество отходов. Это особенно актуально при субтрактивном производстве сложных деталей.

С другой стороны, затраты на материалы при аддитивном производстве обычно выше. Однако этот процесс характеризуется очень высокой степенью использования материала и минимальным количеством отходов. Таким образом, в долгосрочной перспективе это может частично компенсировать высокие затраты на материалы.

Расходы на постобработку

В субтрактивном производстве детали обычно готовы к использованию или требуют лишь незначительной постобработки, например, полировки или обработки поверхности.

С другой стороны, детали, изготовленные методом аддитивного производства, особенно те, к которым предъявляются высокие требования по точности или прочности, часто требуют дополнительной постобработки. Например, удаления опорных конструкций, сглаживания поверхности или термообработки. Эти этапы обычно увеличивают общую стоимость.

В целом, в краткосрочной перспективе первоначальные затраты на аддитивное производство могут быть выше, особенно в части оборудования и материалов. Однако в некоторых случаях, например, при индивидуальном производстве и мелкосерийном производстве, его ценовые преимущества постепенно станут очевидны.

Субтрактивное производство требует более высоких затрат на оборудование и рабочую силу. Однако в условиях массового производства отлаженный процесс и более низкие затраты на материалы делают его более конкурентоспособным с точки зрения общей стоимости.

Таким образом, выбор способа изготовления зависит от конкретных производственных потребностей, объема производства, типа материала и бюджета затрат.

Заключение

В этой статье мы рассмотрим различия между аддитивным и субтрактивным производством. Мы проанализируем сильные и слабые стороны каждого из них и обсудим их применение в различных областях. Технологии продолжают развиваться. Как аддитивное, так и субтрактивное производство развиваются. Они приносят новые возможности и ставят новые задачи в отрасль. Yonglihao Machinery — профессиональный Поставщик услуг по обработке на станках с ЧПУМы можем внести любые изменения и предоставить нашим клиентам профессиональные услуги по обработке на станках с ЧПУ.

Часто задаваемые вопросы

В чем основное различие между аддитивным производством и субтрактивным производством?

3D-печать — это производственный процесс, основанный на принципе «снизу вверх». Он позволяет создавать трёхмерные объекты путём добавления материала слой за слоем. Это позволяет создавать сложные формы и минимизировать отходы материала. Субтрактивное производство, напротив, представляет собой традиционный метод удаления материала из заготовки для формирования готового изделия. Он подходит для изготовления деталей с высокой точностью и гладкими поверхностями, но может привести к увеличению отходов материала.

Какой производственный процесс более экономически эффективен?

Экономическая эффективность зависит от типа производства, размера партии и сложности детали. Для небольших партий и деталей, изготовленных на заказ, аддитивное производство обычно дешевле. Оно не требует дорогостоящего оборудования или сложной настройки. Для изготовления большого количества одинаковых деталей субтрактивное производство может быть дешевле. Оно обеспечивает более высокую скорость производства и более низкую себестоимость единицы продукции.

Можно ли использовать аддитивное и субтрактивное производство одновременно?

Да, эти технологии можно использовать вместе. Это формирует гибридный подход к производству. Этот подход сочетает в себе гибкость проектирования аддитивного производства с точностью субтрактивного производства. Он предназначен для изготовления деталей сложной формы, требующих высокой точности и чистоты обработки. Сочетание двух технологий позволяет производителям добиться большей гибкости и эффективности. Это способствует проектированию и производству, позволяя создавать более сложные и высокопроизводительные изделия.