Additive vs. Subtraktive Fertigung: Den besten Prozess für Ihre Produktionsanforderungen wählen

Seit der industriellen Revolution hat sich die Fertigungstechnologie nie aufgehört zu entwickeln. Unternehmen suchen immer nach schnelleren, günstigeren oder besseren Produktionsmethoden. In den letzten Jahrzehnten gehörten einige der zuverlässigsten Prozesse für die Herstellung maßgeschneiderter Teile zu zwei Bereichen: additive Fertigung oder subtraktive Fertigung. Materialien können Kunststoffe, Thermoplaste, Eisen, Stahl, Kohlenstoff etc. umfassen. Obwohl sowohl additive als auch subtraktive Fertigungsprozesse verwendet werden, um Objekte aus Materialien herzustellen, sind sie nicht identisch. Was ist also der Unterschied zwischen additiver und subtraktiver Fertigung?

Was ist additive Fertigung?

Additive Fertigung umfasst Prozesse, die den Aufbau von Objekten durch Hinzufügen von Material beinhalten. Wenn ein Unternehmen ein Objekt durch Hinzufügen von Material erstellt, gilt dies als additive Fertigung. Das Material wird schrittweise auf das Bett oder Substrat aufgebracht, sodass neue Objekte mit unterschiedlichen Größen und Formen aus den Rohmaterialien entstehen können.

Die meisten additiven Fertigungsprozesse beinhalten 3D-Druck. Tatsächlich ist der Begriff „additive Fertigung“ zum Synonym für 3D-Druck geworden. Ein 3D-Drucker ist eine Maschine, die Material auf dem Druckbett ablegt. Daher bauen sie Objekte durch Hinzufügen von Material auf. Das Funktionsprinzip eines typischen 3D-Druckers besteht darin, extrudiertes Material aus der Düse freizusetzen. Er baut die Basisschicht und dann die nächsthöhere Schicht. Der 3D-Drucker baut jede einzelne Schicht weiter auf, bis das Objekt fertiggestellt ist.

Vorteile

Der größte Vorteil der additiven Fertigung ist ihre Designvielseitigkeit. Additive Fertigung kann hochkomplexe Modelle erzeugen, sogar Designs mit hohlen Innenbereichen, die andere Fertigungsprozesse nicht können. Tatsächlich können Designs, die fast in CAD erstellt werden können, auch durch additive Fertigung repliziert werden.

Für eine kleine Anzahl von Prototypenmodellen ist additive Fertigung meist praktischer. Das liegt daran, dass additive Fertigungsmaschinen wie FDM-3D-Drucker sehr wenig Einrichtung erfordern. Mit 3D-Design können Sie einen 3D-Drucker in wenigen Minuten starten. Da der Prozess fast vollständig automatisiert ist, muss keine Zeit für Werkzeugwechsel aufgewendet werden. Diese Flexibilität macht additive Fertigung zur Technologie der Wahl für „On-Demand“-Produktion.

Da additive Fertigung keinen Abfall von vorhandenen Materialien entfernt, erzeugt der Prozess von Natur aus viel weniger Abfall im Vergleich zur subtraktiven Fertigung. Für Unternehmen kann dies Entsorgungs- oder Recyclingkosten reduzieren.

Nachteile

Obwohl additive Fertigung vielseitig im Design ist, ist sie in Bezug auf Materialien streng limitiert. Die meisten 3D-Drucktechnologien sind auf die Verwendung von Kunststoff- oder Kunststoffverbundwerkstoffen beschränkt. Zudem führt die schichtweise Bauweise zu strukturellen Schwachstellen, wo die Schichten aneinander haften. Das bedeutet, dass Objekte, die mit additiver Fertigung erstellt werden, möglicherweise nicht stark genug sind, um Gewicht zu tragen oder extremen Bedingungen standzuhalten. Dies beschränkt additive Fertigung im Wesentlichen auf die Erstellung nicht-funktionaler Prototypen.

Obwohl vorhandene 3D-Drucker Metall drucken können, sind sie in der Industrie noch selten. Generell ist die Erstellung maßgeschneiderter Metallteile mit 3D-Druck teurer als mit CNC-Bearbeitung.

Selbst für relativ schnelle 3D-Druckprozesse (wie SLS und SLA) ist der schichtweise Aufbau von Objekten sehr langsam. Das macht additive Fertigung unpraktisch für die Reaktion auf hohe Nachfragevolumen. Der 3D-Drucker hat auch eine begrenzte Bauplattformgröße. Wenn die Arbeit große Teile oder Modelle erfordert, müssen sie als kleinere Komponenten gedruckt und zusammengeklebt werden. Dies führt zu zusätzlicher Arbeit, nicht zu erwähnen mehr Fehlerquellen.

Was ist subtraktive Fertigung?

Subtraktive Fertigung umfasst Prozesse, die den Aufbau von Objekten durch Entfernen von Material beinhalten. Im Wesentlichen das Gegenteil der additiven Fertigung. Das Unternehmen fügt keine Materialien hinzu, sondern führt subtraktive Fertigung durch, indem es Material entfernt. Es beginnt usually mit einem großen Stück Rohmaterial. Das Unternehmen entfernt dann das überschüssige Material, um neue Objekte mit kleineren Abmessungen und unterschiedlichen Formen zu erstellen.

Der Begriff subtraktive Fertigung bezeichnet den Prozess der Herstellung von Objekten durch Verwendung von CNC-Computer-Numerical-Control-Maschinen (CNC), um kontinuierlich Material vom ursprünglichen Block zu entfernen, um die gewünschte Form und Größe zu erreichen. Der Prozess beginnt, wenn der Konstruktionsingenieur das CAD-Modell an die mechanische Werkstatt übermittelt, vorzugsweise über ein Online-Angebotssystem. Fortgeschrittene Software analysiert und entwirft und wählt Werkzeuge, Werkzeugwege und beste Werkstücke aus. CNC-Werkzeugmaschinen können eine Vielzahl von Materialien verwenden, darunter Metall, Holz, Glas, Keramik, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe.

Vorteile

Subtraktive Fertigung hat mehrere Schlüsselvorteile:

• Oberflächenqualität
• Hohe Präzision und geometrische Genauigkeit
• Ausgezeichnete Wiederholbarkeit
• Hohe Belastungsanwendungen
• Im Vergleich zur additiven Fertigung niedrigere Bearbeitungskosten für bestimmte Teile. Subtraktive Fertigung bewahrt die ursprüngliche Integrität des Materials. Das bedeutet, dass subtraktiv gefertigte Produkte langlebiger sind, was die Technologie besonders in der Automobil- und Flugzeugindustrie beliebt macht.
• Kompatibel mit mehreren Materialien
• Geschwindigkeit & hohe Produktivität

Subtraktive Fertigung involviert Maschinen mit linearen und mehrachsigen Drehfähigkeiten. Standard 3-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Fräsmaschinen und Drehmaschinen können Werkstücke aus verschiedenen Richtungen bearbeiten, um komplexe Designs zu erreichen.

Die Qualität von Modellen und Teilen, die durch subtraktive Fertigung erstellt werden, ist generally besser als bei additiver Fertigung. Da dieser Prozess keine sichtbaren Schichtlinien erzeugt, ist nur minimaler Aufwand in der Nachbearbeitung erforderlich.

Nachteile

Es ist unmöglich, übermäßig komplexe Designs oder hohle Objekte mit CNC-Bearbeitung zu schneiden oder zu schnitzen. Es braucht auch viel Zeit, die CNC-Maschine einzurichten. Selbst geringfügige Designänderungen können eine Neumontage erfordern, die manuell durchgeführt werden muss. Daher behält sich der Hersteller CNC-Bearbeitung für die Massenproduktion vor.

Abschließende Gedanken

In Bezug auf Fertigungstechnologie ist additive Fertigung durch 3D-Druck noch eine aufstrebende Technologie. Obwohl ihr Verkaufsargument darin besteht, dass sie für fast alle 3D-Designs einen hervorragenden Verkaufspunkt schaffen kann, ist die Technologie nicht gut genug, um traditionellere Fertigungsmethoden zu eliminieren. Subtraktive Fertigung existiert seit Jahrzehnten, wird aber in mehreren Branchen immer noch als Standard angesehen.

Subtraktive Fertigung ist immer noch die Methode, die Unternehmen verwenden, wenn sie große Stückzahlen von Teilen schnell und zuverlässig produzieren müssen. Diese Technologie eignet sich besonders für die Herstellung hochbelastbarer Teile aus Metall. Da immer mehr Unternehmen neue Technologien wie Laserschneiden und Elektroerosion (EDM) erforschen, scheint subtraktive Fertigung nicht in Gefahr zu sein, zu verschwinden.