Subtraktive vs. Additive Fertigung

Angesichts der zunehmenden Verbreitung von additiver Fertigung wie dem 3D-Druck, insbesondere in Hightech-Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, sprechen wir mit Ray Bagley, Director of Product Management bei Spatial um ein Verständnis für den faszinierenden Trend aufzubauen.

In diesem Interview untersucht Ray, wie sich die subtraktive Fertigung – jahrzehntelang die Hauptstütze von Fertigungsprozessen – von der additiven Fertigung unterscheidet und welche neuen Vorteile und Herausforderungen letztere bietet.

Interviewer: Beginnen wir damit, den Hauptunterschied zwischen additiver und subtraktiver Fertigung zu verdeutlichen

Ray BagIey :Bei der Subtraktion beginnen Sie mit einem Stück Material und entfernen Stück für Stück Material davon, bis Sie die endgültige Form erreichen. Die Entfernung kann durch Fräsen, Drehen, Bohren, Erodieren, Schleifen oder Hammer und Meißel erfolgen.

Bei der additiven Fertigung fängt man bei Null an und fügt Stück für Stück Material hinzu – nur an den gewünschten Stellen – bis man die endgültige Form erreicht. Es gibt viele verschiedene additive Technologien, aber normalerweise verwendet eine einzelne Maschine nur eine davon.

Beispiele für subtraktive Fertigung

Interviewer: Können Sie konkrete Beispiele für die subtraktive Fertigung nennen?

Ray BagIey :Das häufigste Beispiel für subtraktive Fertigung ist die spanende Bearbeitung. Eine CNC-Fräse hat ein rotierendes Werkzeug und schneidet Metall weg. Und CNC (was für Computer Numerical Control steht) ermöglicht die Programmierung per Computer, sodass Sie ausgefallene Formen und Dinge immer wieder wiederholen können. Fräsen ist die häufigste subtraktive Operation.

Das Drehen mit einer Drehmaschine, bei der Sie das Teil in einen stationären Fräser drehen, ist die zweithäufigste Form der subtraktiven Fertigung, während Erosion und Schleifen zum Entfernen kleinerer Materialmengen verwendet werden. Es gibt viele subtraktive Ansätze und Methoden, aber Fräsen und Drehen sind die gängigsten.

Vorteile der ADDITIVEN FERTIGUNG

Interviewer: Was sind die wichtigsten Vorteile, die die additive Fertigung bietet, die die subtraktive Fertigung nicht bietet?

Ray BagIey :In der subtraktiven Fertigung kostet Luft Geld. Das heißt:Überall dort, wo Material aus dem Originalbestand entnommen werden muss, kostet das Taktzeit und damit Geld.

Die Komplexität beschränkt sich auf das, was entfernt werden kann; Es ist ziemlich einfach, Formen zu entwerfen, die mit keiner Kombination subtraktiver Methoden hergestellt werden können.

Beim Additiv ist die Komplexität (und der Luftraum) frei, aber das Material ist teuer. Organische Formen, interne Durchgänge, Gitter und viele andere Formen, die zum Drucken geeignet sind, aber nicht maschinell bearbeitet werden können.

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Interviewer: In welchen Situationen ist es sinnvoll, beide zu verwenden?

Ray BagIey :Additiv ist am besten geeignet, wenn Sie ein spärliches Design haben – wie ein Gitter oder Skelett – das ein geringes Verhältnis von Material zum Gesamtvolumen oder vielleicht Formen hat, die sehr komplex und schwierig oder unmöglich zu bearbeiten sind.

Subtraktiv ist besser, wenn die zu entfernende Materialmenge relativ gering ist. Ein Block mit einigen Löchern oder Merkmalen ist in der Regel viel billiger zu bearbeiten als zu drucken.

Probleme der additiven Fertigung

Interviewer: Welche Hürden muss die additive Fertigung überwinden, um eine breitere Anwendung zu finden?

Ray BagIey :Vorhersagbarkeit und Kontrolle.

Vorhersagbarkeit

Heutzutage ist es für jemanden eine Herausforderung, einen 3D-Drucker zu kaufen und mit dem zuverlässigen Drucken von Teilen zu beginnen. Sie müssen lernen, wie Sie Teile richtig für den Druck vorbereiten, Stützstrukturen anbringen, erfolgreich ohne größere Fehler drucken, die Nachbearbeitung minimieren und die physikalischen Eigenschaften des Ergebnisses kontrollieren.

Die meisten Menschen durchlaufen eine Menge Experimente oder fehlgeschlagene Drucke, bevor sie neue Designs zuverlässig drucken können. Mehr und mehr dieses Know-hows sollte in Software eingebaut werden, was die Zeit bis zum produktiven Einsatz einer neuen Maschine oder eines neuen Prozesses verkürzen und die Produktivität etablierter Maschinen steigern würde.

Materialkontrolle

Die Prozess- und Materialkontrolle ist eine andere. Wenn Sie einen Block aus Ti-6Al-4V-Titan kaufen und ihn zu einem Teil verarbeiten, wissen Sie – mit einem hohen Maß an Vertrauen – was Sie von den mechanischen Eigenschaften dieses Materials erwarten können.

Aber wenn Sie das gleiche Material in Pulverform kaufen und ein Teil drucken, sind die endgültigen Materialeigenschaften - unter Berücksichtigung der mehreren Schmelzzyklen während des Druckens, Porositäten und mehr - drastisch unsicherer.

Die Charakterisierung und Standardisierung all dieser Prozesseffekte auf Materialeigenschaften ist der Schlüssel, um die additive Fertigung in den Mainstream der Fertigung zu bringen.