Rapid Prototyping:Subtraktiv vs. additiv

Da additive Fertigung und 3D-Drucker heutzutage so ein heißes Thema sind, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, warum subtraktive Prozesse wie Fräsen für das Rapid Prototyping immer noch unglaublich wichtig sind. Aber lassen Sie uns zunächst einige der Vorteile und Einschränkungen des additiven Rapid Prototyping (oder der direkten digitalen Fertigung) untersuchen.

Vorteile von additivem Rapid Prototyping

Der Prozess des additiven Rapid Prototyping verbindet und verschmilzt Materialien wie Flüssigharze Schicht für Schicht, um aus Modelldaten ein 3D-Objekt zu erzeugen. Additives Rapid Prototyping ist im Allgemeinen einfach, relativ kostengünstig und schnell. Additives Rapid Prototyping ermöglicht auch eine erhebliche Komplexität innerhalb von Hohlräumen oder Innenbereichen eines Teils, die Hinterschnitte erfordern würden und mit subtraktiven Verfahren wie Fräsen sogar unmöglich sein könnten.

Einschränkungen des Additive Rapid Prototyping

Der Hauptnachteil des additiven Rapid Prototyping besteht darin, dass das resultierende Teil normalerweise nicht aus einem Endverbrauchermaterial wie Metall besteht … und selbst wenn, dann fehlt es ihm an struktureller Integrität. Das liegt daran, dass der Punkt, an dem eine Schicht mit einer anderen verbunden wird, nicht die physikalische Festigkeit aufweist, die ein fester Block aus demselben Material aufweist (ohne Schichten oder Verbindungen).

Subtraktives Rapid-Prototyping mit End-Use-Materialien

Subtraktives Rapid Prototyping bietet die Möglichkeit, Prototypen in Endverbrauchsmaterialien zu erstellen. Da beim Fräsen oder maschinellen Bearbeiten Material von einem größeren Materialstück entfernt wird, hat das fertige Teil eine solide Zusammensetzung und nicht eine geschichtete Zusammensetzung, wie sie beim additiven Rapid Prototyping mit 3D-Druckern zu sehen ist. Dies führt zu einer höheren strukturellen Integrität, die kritisch ist, wenn das Prototypteil für Produkttests verwendet werden soll. Produkttests mit einem Teil, das durch subtraktives Prototyping hergestellt wurde, ermöglichen eine genaue Analyse der Lebensfähigkeit und sogar der Haltbarkeit des Teils, da es aus demselben Material hergestellt wird, das zur Herstellung von Produktionsteilen verwendet wird.

Eine breitere Palette von Oberflächenveredelungen und -texturen mit subtraktivem Prototyping

Subtraktive Rapid-Prototyping-Verfahren bieten auch ein breiteres Spektrum an Oberflächenveredelungen für den fertigen Prototypen im Gegensatz zum standardmäßigen „gestuften Finish“, das häufig beim additiven Rapid-Prototyping mit einem 3D-Drucker erzielt wird. Dies kann von einer vollständig glatten Oberfläche mit einem spiegelähnlichen Finish bis hin zu einer mit gefrästen oder gravierten Texturen reichen. Auf diese Weise ist das subtraktive Rapid Prototyping mit einer Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsmaschine in der Lage, Prototypteile mit einer Wiederholbarkeit herzustellen, die für die Endverbraucherproduktion geeignet ist. Die glatte Oberflächenbeschaffenheit, die mit Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erreicht werden kann, kann funktionell vorteilhaft sein, wenn das jeweilige Teil gleiten muss, und ästhetisch vorteilhaft, wenn der Prototyp in Markttests verwendet werden soll.

Additives Rapid-Prototyping vs. subtraktives Rapid-Prototyping

Um die oben genannten Punkte zu veranschaulichen, haben wir unsere Anwendungsingenieure gebeten, schnell einen Prototyp eines Teils zu erstellen, der sowohl additive als auch subtraktive Verfahren verwendet. Da unsere Lieblingsbeschäftigung nach Feierabend (zwinker, zwinker) Tischfußball ist, haben sie beschlossen, einen „Ersatz“-Tischfußballmann zum Testen zu machen. Diese Entscheidung basierte auf einem tatsächlichen Bedürfnis aus dem wirklichen Leben – da wir kürzlich einen der Männer kaputt gemacht hatten, die mit unserem Vintage-Kickertisch von 1985 geliefert wurden. Mithilfe von additivem Rapid Prototyping (3D-Druck) konnten sie in etwa 90 Minuten einen sehr rudimentären Kickermann entwerfen. Von dort aus begannen sie mit dem Drucken und in etwas mehr als einer Stunde war der unten gezeigte Teil fertig.

Bei der subtraktiven Rapid-Prototyping-Programmierung (Hochgeschwindigkeitsfräsen) dauerte das Teil wesentlich länger und dauerte 3 Stunden. 45 Minuten. Das Fräsen des Teils unten war jedoch erheblich schneller als das 3D-Drucken und dauerte 28 Minuten.

Produkttests eines additiven Rapid-Prototyps im Vergleich zu einem subtraktiven Rapid-Prototyp

Nun, Sie wussten, dass wir das Teil „testen“ mussten, oder? In einer Reihe von 4 ziemlich hitzigen Spielen mit jedem Prototyp haben wir also Folgendes gefunden. In puncto Funktionalität und Haltbarkeit war der subtraktive Prototyp der klare Sieger. Es hielt nicht nur die 4 Spiele durch, die solide Zusammensetzung des Teils sorgte für stärkere Schläge mit hoher Geschwindigkeit. Außerdem würde es eindeutig Hunderte von weiteren Spielen überstehen. Im Vergleich dazu zeigte das 3D-gedruckte Teil auf der rechten Seite nach der Hälfte von Spiel 3 Anzeichen von Delaminierung – und bei Spiel 4 mussten wir es mit etwas Tesafilm reparieren, um den Rest unserer „Produkttests“ zu überstehen. . Die Beschädigung des Teils offenbarte die innere Zusammensetzung des 3D-gedruckten Teils, wie unten zu sehen.

Die ziemlich hohle Natur dieses Teils beleuchtete ein wenig, warum wir mit diesem Kickermann keine starken Schläge erzielen konnten. Bei der Analyse der resultierenden Oberflächenbeschaffenheit an beiden Teilen fanden wir, dass der subtraktive Prototyp … nun, einfach attraktiver war. Außerdem bot der Fräsprozess mehr Flexibilität, um unterschiedliche Oberflächengüten zu erzielen. Zum Beispiel konnten wir den Großteil des subtraktiven Prototyps sehr glatt machen, während wir dem Fußbereich ein strukturierteres Finish für zusätzlichen „Grip“ oder Ballkontrolle gaben. Im Gegensatz dazu leistete die inhärente „gestufte“ Oberflächenbeschaffenheit des additiven Prototyps gute Dienste in Bezug auf die Ballkontrolle … war aber über das gesamte Teil nicht sehr attraktiv.

Die ultimative subtraktive Rapid-Prototyping-CNC-Maschine:

Die letztjährige Einführung der Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine DATRON neo compact macht subtraktives Rapid Prototyping erschwinglicher und praktikabler denn je. Außerdem machen seine kompakte Größe und die Touchscreen-Bedienung es einfach zu bedienen und passen problemlos in die engste „Laborumgebung“.