Wissen Sie, welches Herstellungsverfahren für Ihr Produkt besser ist: subtraktiv oder additiv? Wenn Sie die Unterschiede zwischen diesen beiden Verfahren kennen, können Sie fundierte Entscheidungen für Ihr nächstes Projekt treffen. Wir werden die Unterschiede untersuchen und sehen, wie sie sich auf Ihre Produktionsziele auswirken können.
Bei der subtraktiven Fertigung wird Material aus einem Block entfernt, um eine bestimmte Form zu erhalten. Bei der additiven Fertigung hingegen werden Objekte Schicht für Schicht erstellt, normalerweise mithilfe der 3D-Drucktechnologie. Beide Verfahren haben ihre Stärken: Die subtraktive Fertigung bietet Präzision, während die additive Fertigung komplexe Geometrien mit weniger Materialabfall ermöglicht.
Grundlagen der additiven Fertigung
Additive Fertigung oder AM wird oft synonym verwendet mit 3d Drucken. Mit dieser Methode werden durch den schichtweisen Aufbau digitaler Designs komplexe, leichte und detaillierte Strukturen erstellt.
Was ist ein additiver Fertigungsprozess?
Dieser Prozess beginnt mit einem digitalen Entwurf, der normalerweise mithilfe einer CAD-Software erstellt wird. Das Modell wird dann in dünne Schichten geschnitten und einzeln gedruckt, um ein dreidimensionales Objekt zu erstellen. Die Schichten werden verschmolzen, bis das Objekt fertig ist.
Arten additiver Fertigungstechnologien
Additive Fertigung umfasst mehrere Technologien, die jeweils für unterschiedliche Materialien und Anwendungen geeignet sind.
Stereolithografie (SLA)
Bei der SLA-Technik wird ein Ultraviolettlaser verwendet, um das Fotopolymer Schicht für Schicht zu verfestigen. Diese Technik ist für ihre hochpräzise und glatte Oberfläche bekannt.
Fused Deposition Modeling
FDM ist ein Verfahren, bei dem thermoplastische Filamente durch eine beheizte Düse extrudiert und das Material schichtweise aufgetragen wird.
Selektives Lasersintern
Beim SLS werden die pulverförmigen Materialien mit einem Laser gesintert, wodurch eine feste Struktur entsteht.
Direktes Metall-Lasersintern
DMLS ähnelt SLS, da dabei durch Lasersintern pulverförmiger Metalle dichte und komplexe Metallkomponenten erzeugt werden.
Grundlagen der subtraktiven Fertigung
Bei der subtraktiven Fertigung werden Materialabschnitte aus einem festen Objekt wie Metall oder Kunststoff ausgehöhlt oder entfernt, um ein Endprodukt zu erzeugen.
Was ist das subtraktive Fertigungsverfahren?
Der Prozess beginnt mit einem massiven Stab, Blech oder Materialblock, der dann mit verschiedenen Schneid- und Fräswerkzeugen präzise geformt wird. Zur Führung dieser Werkzeuge werden häufig computergesteuerte Maschinen verwendet. Dies ermöglicht hohe Präzision, Effizienz und Wiederholbarkeit.
Gängige Techniken
Die subtraktive Fertigung umfasst eine Vielzahl von Techniken, die jeweils auf bestimmte Materialien und Anwendungen zugeschnitten sind.
CNC-Bearbeitung
CNC-Bearbeitung verwendet computergesteuerte Maschinen, um Material mit hoher Präzision zu entfernen.
Laserschneiden
Laserschneiden ist das Schneiden oder Gravieren eines Materials mit einem Laserstrahl.
Mahlen
Der Mahlprozess Beim Fräsen werden rotierende Schneidwerkzeuge eingesetzt, die Material entfernen. Beim Fräsen können viele Merkmale erzeugt werden, darunter Konturen, Schlitze und Löcher.
Drehbank
Das Material wird geformt, indem es gegen ein Schneidinstrument gedreht wird. Diese Technik wird hauptsächlich für zylindrische Teile verwendet und führt zu präzisen, konsistenten Ergebnissen.
Elektrische Entladungsbearbeitung (EDM)
EDM entfernt Material durch elektrische Entladungen. Diese Methode ist besonders effektiv bei der Arbeit mit komplexen oder komplizierten Materialien.
Vor- und Nachteile der additiven Fertigung
Vorteile
- Weniger Abfall: Bei der additiven Fertigung werden Teile Schicht für Schicht aufgebaut, wodurch der Materialabfall im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden erheblich reduziert wird.
- Reduzierter Werkzeugaufwand: Mit dieser Methode benötigen Sie weniger Werkzeuge. Sie benötigen keine Spezialwerkzeuge. Dies reduziert Rüstzeit und -kosten.
- On-Demand-Produktion: Ermöglicht eine bedarfsgerechte Produktion ohne umfangreiche Lagerbestände. Dies reduziert Lagerkosten und Gemeinkosten.
- Vorlaufzeit: Beschleunigt die Entwicklung, indem schnelle Prototypen und schnellere Anpassungen ermöglicht werden.
- Nachhaltigkeit: Durch die Verwendung biologisch abbaubarer Materialien und weniger Abfall wird die Umweltfreundlichkeit der Herstellungsprozesse verbessert.
- Komplexe Teile: Erleichtert die Erstellung komplizierter und komplexer Designs, die mit subtraktiven Methoden nur schwer zu erreichen sind.
Nachteile
- Oberflächen: Die für subtraktiv gefertigte Teile erforderliche Glätte und Präzision erfordern oft zusätzliche Endbearbeitungsprozesse.
- Produktionsvolumen: Obwohl sie für die Prototypenentwicklung geeignet sind, können kleine Chargen und die Skalierung auf große Produktionsmengen weniger kosteneffizient sein.
- Qualitätskontrolle: Variabilität kann zu einer inkonsistenten Produktion führen, die strenge Qualitätskontrollen erfordert.
- Materielle Einschränkung: Für die additive Fertigung ist nur eine begrenzte Anzahl von Materialien geeignet.
Subtraktive Fertigung: Vor- und Nachteile
Vorteile
- Hohe Genauigkeit: Subtraktive Methoden sind für ihre Präzision und die Fähigkeit, engere Toleranzen zu erreichen, bekannt.
- Oberflächenfinish: Bietet hervorragende Oberflächengüten direkt aus der Maschine. Dadurch ist keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich.
- Komplexität: Ermöglicht die präzise Steuerung der Erzeugung komplexer Merkmale, einschließlich interner Strukturen und Hinterschnitte.
- Geschwindigkeit: Bei bestimmten Materialien und Teilegeometrien ist die deduktive Fertigung schneller.
- Vielseitigkeit: Es kann mit vielen Materialien verwendet werden, einschließlich Metallen und Kunststoffen.
- Änderungen: Modifikationen sind möglich, insbesondere wenn Sie mit einem festen Block beginnen.
Nachteile
- Abfall: Hierbei werden erhebliche Materialmengen entfernt. Dies führt zu einer höheren Ausschussrate bei den Rohstoffen.
- Kosten: Hohe Maschinen-, Werkzeug- und Einrichtungskosten für die Produktion kleiner Stückzahlen.
- Werkzeugverschleiß: Werkzeuge unterliegen durch mechanische Prozesse einem Verschleiß und müssen ausgetauscht und gewartet werden.
- Sicherheit: Durch die Materialabtragung und scharfe Werkzeuge können Sicherheitsrisiken entstehen.
- Materialstaub: Zur Aufrechterhaltung einer sicheren Arbeitsumgebung sind möglicherweise spezielle Absauglösungen für den vom Material erzeugten Staub und die Partikel erforderlich.
- Energieverbrauch: Generell verbrauchen additive Verfahren mehr Energie pro Produktionseinheit.
Additive Fertigung vs. subtraktive Fertigung: Anwendungen
Additive Fertigung: Anwendungen
Additive Fertigung eignet sich für bestimmte Branchen und Anwendungen, die individuelle Anpassung, Komplexität und Prototyping erfordern.
- Prototyping： Schnelle Iteration von Designkonzepten ohne teure Werkzeuge
- Kundenspezifische medizinische Geräte: Herstellung maßgeschneiderter zahnärztlicher und prothetischer Geräte für einzelne Patienten.
- Luft- und Raumfahrtkomponenten: Komplexe Leichtbaukomponenten, die das Flugzeuggewicht reduzieren und die Treibstoffeffizienz erhöhen.
- Automobilindustrie: Kundenspezifische Komponenten für Kleinserienmodelle und komplexe Komponenten, die für die konventionelle Fertigung zu kompliziert sind.
- Schmuck & Kunst: Ermöglicht komplizierte Muster und Designs, die mit herkömmlichen Methoden nicht oder nur schwer zu erreichen sind.
- Die Architektur: Komplexe Architekturkomponenten und -modelle, die feine Details erfordern.
Subtraktive Fertigung: Anwendungen
Die subtraktive Fertigung ist die ideale Lösung für Anwendungen, die hohe Präzision, hervorragende Oberflächengüte und Materialeigenschaften erfordern, die mit AM nur schwer zu erreichen sind.
- Massenproduktion: Produzieren Sie große Mengen an Teilen effizient mit gleichbleibender Qualität und Präzision.
- Industrielle Maschinen: Komponenten, die Haltbarkeit und hohe Toleranz erfordern, wie Zahnräder, Vorrichtungen und andere Komponenten.
- Unterhaltungselektronik Teile wie Gehäuse und Halterungen, die hohen ästhetischen und funktionalen Ansprüchen genügen.
- Automobilproduktion: Hochfeste Teile für den Einsatz im Automobil, wie etwa Motorkomponenten und Strukturelemente.
- Luft-und Raumfahrtindustrie: Hochfeste, kritische Komponenten wie Fahrwerksbaugruppen und Rotorblätter.
- Medizinische Implantate: Titanimplantate für die Orthopädie, die hervorragende Materialeigenschaften erfordern.
Vergleich von additiver Fertigung und subtraktiver Fertigung
Hier ist eine Tabelle, die Additive Fertigung und Subtraktive Fertigung schnell vergleicht.
| Eigenschaften | Additive Fertigung | Subtraktive Fertigung |
|---|---|---|
| Verwendete Materialien | Kunststoffe, Metalle, Keramik, Harze | Alle festen Materialien, vorwiegend Metalle |
| Abfallaufkommen | Minimal, baut aus dem Nichts auf | Hoch, da Material aus einem größeren Block entfernt wird |
| Werkzeugkosten | Geringe bis keine, da keine Spezialwerkzeuge erforderlich sind | Hoch, da spezielle Schneidwerkzeuge erforderlich sind |
| Komplexität der Teile | Hoch, kann komplexe Geometrien leicht erstellen | Durch Schneidwerkzeuge auf zugängliche Bereiche beschränkt |
| Produktionsgeschwindigkeit | Langsamer bei der Massenproduktion, schneller bei Prototypen | Schneller bei Großserien, langsamer bei Prototypen |
| Verarbeitungsqualität | Für eine glatte Oberfläche ist möglicherweise eine Nachbearbeitung erforderlich | Hochwertige Oberflächen direkt erreicht |
| Kosteneffektivität | Kostengünstiger bei Kleinserien oder Sonderanfertigungen | Kostengünstiger bei großen Produktionsläufen |
| Präzision | Weniger präzise, Verbesserungen laufen | Hochpräzise, geeignet für kritische Teile |
| Flexibilität | Hochwertige, leicht digital veränderbare Designs | Niedrig, erfordert Umrüstung bei Designänderungen |
| Energieverbrauch | In vielen Fällen niedriger, hängt aber von Material und Maschine ab | Generell höher aufgrund von Werkzeugeinsatz und Materialabfall |
| Ideale Anwendungen | Prototyping, kundenspezifische medizinische Geräte, Teile für die Luft- und Raumfahrt | Massenproduktion, Industrieteile, Konsumgüter |
Wählen Sie zwischen additiver Fertigung oder subtraktiver Fertigung
Wann sollten Sie additive Fertigungstechnologie nutzen?
Additive Fertigung ist in vielen Szenarien die beste Lösung.
- Rapid-Prototyping: AM ist ein hervorragendes Werkzeug für Rapid Prototyping. Es ermöglicht Ihnen, Änderungen und Iterationen vorzunehmen, ohne die Werkzeuge zu wechseln.
- Komplexe Geometrien: AM eignet sich hervorragend für die Herstellung von Teilen mit komplizierten oder komplexen Geometrien.
- Anpassung： AM bietet Ihnen die nötige Flexibilität ohne zusätzliche Kosten.
- Gewichtsreduzierung: In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie kann eine Gewichtsreduzierung die Leistung und Effizienz erheblich verbessern.
- Werkzeuge und Vorrichtungen: Ich kann schnell Spezialwerkzeuge und -vorrichtungen herstellen.
Wann sollten Sie subtraktive Fertigungsmethoden verwenden?
Unter diesen Umständen ist die subtraktive Fertigung die bevorzugte Methode.
- Großserienproduktion: Bei großen Produktionsläufen kann SM aufgrund der schnelleren Materialabtragsrate und des geringeren Abfalls kostengünstiger und effizienter sein.
- Materialeigenschaften: SM ist oft effektiver, wenn Materialeigenschaften erforderlich sind.
- Oberflächengüte und Präzision: SM ist normalerweise besser geeignet, wenn ein Teil eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit mit engen Toleranzen aufweisen muss.
- Einfachheit und Geschwindigkeit für bestimmte Designs: SM ist schneller beim Einrichten und Fertigstellen von Teilen mit einfacher geometrischer Komplexität.
- Wichtige Komponenten: SM kann nun wesentliche Komponenten effizienter verarbeiten.
Kosten der additiven Fertigung im Vergleich zur subtraktiven Fertigung
Beim Kostenvergleich zwischen additiver Fertigung und subtraktiver Fertigung wirken sich mehrere Faktoren auf die Gesamtkosten der einzelnen Verfahren aus. Um Ihnen zu helfen, die finanziellen Auswirkungen der einzelnen Verfahren zu verstehen, finden Sie hier eine Aufschlüsselung:
Erstinvestition
- Additive Fertigung: Im Allgemeinen erfordern subtraktive Werkzeuge eine höhere Anfangsinvestition.
- Subtraktive Fertigung: CNC- und andere subtraktive Maschinen können teuer sein, insbesondere wenn sie hohe Präzision oder große Kapazitäten erfordern.
Materialkosten
- Additive Fertigung: Die Kosten pro Materialeinheit können aufgrund der benötigten Spezialmaterialien (z. B. Metallpulver und spezielle Polymere) höher sein. Außerdem können die Abfallkosten gesenkt werden, da Materialien effizienter genutzt werden.
- Subtraktive Fertigung: Obwohl Massenmaterialien pro Einheit möglicherweise weniger kosten, muss bei den Gesamtkosten eine erhebliche Menge an Materialabfall berücksichtigt werden.
Arbeitskosten
- Additive Fertigung erfordert weniger Arbeitsaufwand, da die Maschinen den Großteil des Prozesses selbst erledigen können, sobald der Druck gestartet ist.
- Subtraktive Fertigung erfordert qualifizierte Arbeitskräfte für die Bedienung von Maschinen, Anlagen und den Dauerbetrieb.
Betriebskosten
- Additive Fertigung: Da die Herstellung weniger Schritte umfasst, können die Betriebskosten gesenkt werden.
- Subtraktive Fertigung: Höherer Energieverbrauch aufgrund der Art der Schneidprozesse, Bohren oder Fräsen. Darüber hinaus erhöhen die Kosten für den Werkzeugwechsel und den Werkzeugverschleiß die Betriebskosten.
Produktionsvolumen und -geschwindigkeit
- Additive Fertigung: Wirtschaftlicher für kleine oder komplexe Produktionsläufe.
- Subtraktive Fertigung: Im großen Maßstab wirtschaftlicher, da die Kosten pro Artikel bei größeren Produktionsmengen drastisch sinken.
Vorlaufzeit und Flexibilität
- Additive Fertigung: Kann kürzere Vorlaufzeiten bieten und sich schnell an Designänderungen anpassen, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen.
- Subtraktive Fertigung: Beim Einrichten eines neuen Prozesses oder wenn Designänderungen neue Vorrichtungen oder Werkzeuge erfordern, kann die Vorlaufzeit länger sein.
Kosten auf lange Sicht
- Additive Fertigung: Die Fähigkeit, Leichtbaustrukturen mit minimalem Abfall herzustellen, kann auf lange Sicht Geld sparen.
- Subtraktive Fertigung: Bietet Langlebigkeit, Zuverlässigkeit und Konsistenz, insbesondere bei hohen Stückzahlen. Dadurch können die Produktionskosten für Standardprodukte langfristig gesenkt werden.
Schlussfolgerung
Die spezifischen Anforderungen Ihres Projekts bestimmen, ob Sie sich für additive oder subtraktive Fertigung entscheiden. AM ist ideal für komplexe Geometrien, individuelle Anpassungen und Kleinserienproduktion. Es bietet Flexibilität und Effizienz bei Designänderungen und minimiert gleichzeitig den Abfall. Dies ist ideal für die Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Automobilindustrie, in der Innovation von entscheidender Bedeutung ist.
SM ist das Beste für die Produktion im großen Maßstab. Es bietet unübertroffene Präzision, Konsistenz und Kosteneffizienz. Es eignet sich besser für Projekte, die engere Toleranzen erfordern, und produziert Teile mit überlegenen Oberflächen.
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FAQs
Was ist die beste Methode für Rapid Prototyping?
Additive Fertigung eignet sich besser für Rapid Prototyping. Sie ermöglicht schnelle Designiterationen, ohne dass Werkzeuge oder Einstellungen geändert werden müssen. AM kann Teile direkt aus digitalen Designs produzieren und so die Zeit zwischen Design und Prototyp verkürzen.
Welche Kosten sind mit den einzelnen Methoden verbunden?
Die Kosten für subtraktive und additive Fertigung variieren je nach Umfang und Komplexität. AM ist in der Regel kostengünstiger und hat niedrigere Anfangskosten für kleinere Chargen oder komplexe Sonderteile. SM ist aufgrund der Anfangsinvestition in Ausrüstung und Werkzeuge zunächst teurer. Bei höheren Produktionsmengen wird es jedoch aufgrund effizienterer Materialien und schnellerer Produktionsraten billiger.
Welche Auswirkungen haben additive und subtraktive Fertigung auf die Umwelt?
Additive Fertigung (AM) wird oft als umweltfreundlicher angesehen als subtraktive Fertigung. AM kann Abfall reduzieren, indem nur die Materialien verwendet werden, die zur Herstellung eines Teils erforderlich sind. Außerdem werden recycelte Materialien verwendet.
Weitere Ressourcen:
3D-Druckmaterialien – Quelle: Formlabs
Nachhaltige Praktiken in der Fertigung – Quelle: Precog
Vergleichender Leitfaden zu Fertigungstechnologien – Quelle: Treatstock
Hey, ich bin Kevin Lee
In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
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Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
