Differenze a confronto, vantaggi e svantaggi
I processi di produzione additiva costruiscono oggetti aggiungendo materiale strato per strato, mentre la produzione sottrattiva rimuove il materiale da una forma solida. Sebbene questi approcci siano fondamentalmente diversi, i processi di produzione sottrattiva e additiva sono spesso utilizzati fianco a fianco vista l’ampia gamma di applicazioni che hanno in comune.
All’inizio può essere difficile capire come sfruttare al meglio ogni tipo di tecnologia per ottimizzare lo sviluppo del prodotto e la produzione. In entrambi i casi, ha senso utilizzare un approccio piuttosto che un altro, ad esempio, un processo può essere più utile per un certo volume di produzione o in una specifica fase di sviluppo del prodotto.
Produzione sottrattiva
La produzione sottrattiva è un termine generico per vari processi di lavorazione controllata e di asportazione di materiale che iniziano con blocchi solidi, barre, barre di plastica, metallo o altri materiali che vengono modellati per asportazione di materiale mediante taglio, foratura e rettifica.
Questi processi vengono eseguiti manualmente o, più comunemente, con l’ausilio di un controllo numerico computerizzato (CNC).
Il CNC
Nel CNC, un modello virtuale progettato nel software CAD funge da input per l’utensile di produzione. La simulazione software viene combinata con l’input dell’utente per generare percorsi che guidano l’utensile da taglio attraverso la geometria del pezzo. Queste istruzioni spiegano alla macchina come eseguire i tagli necessari, i canali, i fori e tutte le altre caratteristiche che richiedono l’asportazione di materiale, tenendo conto della velocità dell’utensile da taglio e dell’avanzamento del materiale. Gli utensili CNC producono pezzi a partire da questi dati di produzione assistita da computer (CAM), con poca o nessuna assistenza o interazione umana.
Inoltre, i processi di produzione sottrattiva sono generalmente utilizzati per creare parti in plastica o metallo per la prototipazione, la costruzione di utensili e l’uso finale. Sono ideali per applicazioni che richiedono tolleranze strette e geometrie difficili da modellare, fondere o produrre con altri metodi di produzione tradizionali.
Certamente, la produzione sottrattiva offre una varietà di materiali e metodi di lavorazione. Infatti, i materiali più morbidi sono molto più facili da lavorare nella forma desiderata, ma si consumano più rapidamente.
Produzione additiva
A differenza del processo di sottrazione del materiale da una parte più grande, i processi di produzione additiva o di stampa 3D costruiscono oggetti aggiungendo materiale uno strato alla volta, ogni strato successivo è legato allo strato precedente fino al completamento della parte.
Come gli strumenti CNC sottrattivi, le tecnologie di produzione additiva creano parti da modelli CAD. La preparazione dei modelli per la stampa 3D tramite il software di preparazione alla stampa o il software di slicing (taglio del pezzo in fette) è generalmente automatizzato, il che rende la configurazione dei lavori molto più semplice e veloce rispetto a quelli CNC. A seconda della tecnologia, la stampante 3D deposita il materiale, fonde selettivamente la polvere o polimerizza i materiali liquidi fotopolimerici per creare parti da dati CAM. Le parti stampate in 3D spesso richiedono una qualche forma di pulizia e finitura per ottenere le loro proprietà finali e il loro aspetto prima di essere pronte per l’uso.
La produzione additiva è ideale per una vasta gamma di applicazioni ingegneristiche e di produzione, tra cui la prototipazione, la realizzazione di attrezzature di produzione e la creazione di modelli di fusione. Inoltre, è possibile anche la produzione personalizzata dei pezzi finali, la realizzazione di piccole serie che richiederebbero una lavorazione complessa. È ideale quando il costo di realizzazione di uno stampo è elevato o per ridurre il time-to-market. Le stampanti 3D offrono un grado molto elevato di libertà di progettazione e possono produrre progetti complessi che sarebbe impossibile o eccessivamente costoso creare con qualsiasi altro metodo di produzione.
I materiali più comuni utilizzati nella produzione additiva sono la plastica e i metalli.
Quando utilizzare la produzione sottrattiva e additiva?
Sebbene esistano differenze fondamentali, la produzione sottrattiva e quella additiva non si escludono a vicenda. Infatti, sono spesso utilizzati fianco a fianco e in fasi diverse dello sviluppo del prodotto e della produzione.
Ad esempio, il processo di prototipazione si basa spesso su strumenti additivi e sottrattivi. I primi modelli e prototipi sono generalmente più economici e veloci da produrre con processi di produzione additiva, come la stereolitografia (SLA) o la sinterizzazione laser selettiva (SLS). Indubbiamente, la stampa 3D offre un’ampia gamma di materiali per la prototipazione funzionale di parti in plastica. Le tecnologie additive sono generalmente più adatte anche a pezzi piccoli e a progetti complessi o molto complessi.
Quando le fasi successive del processo di sviluppo richiedono lotti più grandi, i processi sottrattivi diventano più competitivi. Oggetti più grandi e meno complessi sono anche più adatti alla produzione sottrattiva. A causa della miriade di opzioni di finitura superficiale e della velocità del processo, la produzione sottrattiva è spesso la scelta migliore per la produzione di pezzi finiti che richiedono tolleranze ristrette.
I due processi
I processi sottrattivi e additivi spesso si completano a vicenda nella produzione di utensili, maschere, attrezzature, staffe, staffe, stampi e modelli. I produttori utilizzano spesso materiali in plastica stampata in 3D per parti veloci, personalizzate, a basso volume o di ricambio e scelgono processi di sottrazione per grandi volumi o parti soggette a sollecitazioni meccaniche più estreme.
L’uso della produzione additiva e sottrattiva si traduce in un processo ibrido. Ciò consente ai progettisti e ai produttori di combinare la versatilità e la velocità della produzione additiva con la resistenza dei pezzi prodotti per sottrazione.
Sistemi di produzione additiva o sottrattiva
Le tecnologie additive e sottrattive sono disponibili in varie forme, con una gamma di costi e capacità variabili, dalle macchine per ufficio alle grandi attrezzature industriali. Ecco una tabella per darvi esempi concreti.
Training
Le stampanti da tavolo sono praticamente pronte all’uso e richiedono una minima formazione sulle impostazioni in configurazione di stampa, manutenzione, funzionamento della macchina e finitura. I sistemi di produzione additiva per l’industria richiedono personale dedicato e una formazione completa.
Le macchine CNC di piccole dimensioni richiedono una formazione moderata su software, configurazione del lavoro, manutenzione, funzionamento della macchina e finitura. I sistemi di sottrazione industriale più grandi richiedono personale dedicato e una formazione completa.
Requisiti per l’installazione
Le macchine desktop/da tavolo sono adatte l’ufficio e per un ambiente di laboratorio officina con spazio moderato. Le stampanti industriali 3D spesso richiedono uno spazio dedicato o una stanza con controllo HVAC.
Le piccole macchine CNC sono adatte per le officine. Gli impianti industriali richiedono uno spazio più ampio e più dedicato.
Attrezzature ausiliarie
Strumenti e sistemi (alcuni automatici) per la pulizia, il lavaggio, il post-trattamento e la finitura, a seconda del processo.
Attrezzature varie. I sistemi più avanzati automatizzano i processi come il cambio utensile, la rimozione e la manipolazione dei trucioli e la gestione del refrigerante.
Costi delle attrezzature
Le stampanti da tavolo professionali costano da € 3.500 per la plastica. Le macchine industriali su larga scala per i metalli partono da € 150 000.
Le piccole macchine CNC per officine partono da circa 2.000 euro. Gli strumenti da officina più avanzati vanno ben oltre, a seconda del numero di assi, delle caratteristiche, delle dimensioni del pezzo e degli utensili necessari per materiali specifici.
