Estos son los dos métodos principales de producción moderna. La fabricación aditiva destaca en la fabricación de estructuras ligeras, pero la fabricación sustractiva tiene sus propias ventajas en términos de precisión. En este artículo, examinaremos las diferencias y los pros y contras de cada uno para ayudarle a decidir cuál es el mejor para sus necesidades.
¿Qué es la fabricación aditiva?
También conocida como impresión 3D , la fabricación aditiva construye objetos capa a capa. En este proceso, máquinas especializadas depositan materiales a partir de diseños digitales 3D. Algunas de las tecnologías de fabricación aditiva más utilizadas son la estereolitografía (SLA), el modelado por deposición fundida (FDM) y la sinterización láser directa de metales (DMLS). Estos métodos nos permiten crear formas complejas que no se pueden fabricar con los métodos tradicionales.
¿Qué es la fabricación sustractiva?
A diferencia de la fabricación aditiva, la fabricación sustractiva utiliza máquinas que literalmente eliminan material de un bloque sólido para producir piezas. En este proceso se utiliza una máquina CNC que sigue instrucciones del código G. El resultado son piezas muy precisas, con una precisión de hasta 0.0001 pulgadas en piezas metálicas.
8 diferencias principales: método aditivo y sustractivo
1. Complejidad del diseño
La fabricación aditiva es muy eficaz para producir cavidades internas y geometrías complejas que resultan difíciles de fabricar con técnicas convencionales. La fabricación sustractiva mediante mecanizado CNC multieje permite crear diseños complejos, pero presenta limitaciones en estructuras anidadas y orificios internos.
2. Proceso de fabricación
La fabricación aditiva es el proceso de aplicar impresoras 3D de alta precisión para transformar datos CAD virtuales en objetos tangibles mediante estereolitografía (SLA), modelado por deposición fundida (FDM) y sinterización láser directa de metales (DMLS).
Por otro lado, la fabricación sustractiva esculpe piezas terminadas a partir de planchas de materia prima mediante operaciones CNC preprogramadas. Para lograr los criterios deseados, las máquinas también utilizan electrodos de electroerosión , herramientas de torneado y fresas.
3. Uso del material
Estos métodos de fabricación difieren marcadamente en cuanto al uso de materiales. En este sentido, la fabricación aditiva es muy eficiente en el uso de materiales, ya que utiliza solo el material necesario para construir las piezas capa por capa. Esto hace que se desperdicie menos del 10 % de materia prima.
Por otro lado, la fabricación sustractiva extrae grandes cantidades de material de los bloques aglomerados, lo que genera enormes desechos a través del fresado, corte y perforación. La tasa de desechos es del 60 al 70 % del material del bloque en los procedimientos sustractivos, mientras que hay algunos materiales que son reciclables. Esta diferencia se vuelve importante si se utilizan materiales que son caros, por ejemplo, con alto contenido de titanio o una aleación especial.
4. Tolerancia de la superficie y acabado de la superficie
El mecanizado CNC es una forma excepcional de fabricación sustractiva de alta precisión, capaz de alcanzar tolerancias de ±0.025 mm y una rugosidad superficial de Ra 0.2 µm. La tecnología de fabricación sustractiva más reciente proporciona un acabado similar al de un espejo para piezas aeroespaciales.
Por el contrario, los procedimientos aditivos tienen el desafío de las líneas de capas, ya que las configuraciones de DMLS de metal solo logran tolerancias de ±0.1 mm y Ra 4 µm. Por lo general, para las piezas aditivas que requieren alta precisión, se vuelven necesarios algunos pasos de posprocesamiento, como el tratamiento de la superficie o el mecanizado.
5. Velocidad y volumen de producción
Las velocidades de corte de las máquinas CNC sustractivas son de hasta 10,000 RPM, por lo que pueden fabricar cientos de componentes idénticos cada día, por lo que son perfectas para la fabricación en serie. En cambio, la fabricación aditiva trabaja a velocidades de producción de 15-150 cm³/hora de componentes metálicos y tarda entre 4 y 18 horas en completar una fase de producción.
La impresión 3D es buena para tiradas de bajo volumen, de 1 a 1000 unidades, pero el mecanizado sustractivo es bueno para tasas de producción constantes y volúmenes superiores a 1000.
6. Costo de instalación y costo de herramientas
Existe una gran diferencia en el costo del equipo para estos dos métodos. Las impresoras 3D FDM básicas comienzan en 399 dólares y llegan hasta los 2,883 dólares. Las impresoras de metal para industrias cuestan mucho más y pueden llegar a costar entre 46,999 y 300,000 dólares.
A diferencia de las impresoras 3D, las máquinas CNC básicas para fabricación sustractiva cuestan entre 2,300 y 3,500 dólares. Los sistemas CNC industriales de gama alta pueden costar entre 40,000 y 200,000 dólares.
Los costos de instalación también varían mucho. Para las máquinas CNC se necesitan herramientas, accesorios y plantillas adicionales. Por otro lado, las impresoras 3D de escritorio están listas para usarse de inmediato, ya que no requieren ninguna configuración.
7. Capacidad de personalización
La personalización en masa es otro punto fuerte de la fabricación aditiva, que no requiere cambios de herramientas entre diseños diferentes. Con esta tecnología, es posible producir implantes médicos, especialmente diseñados para pacientes especiales, en un plazo de 24 a 48 horas.
Por otro lado, las operaciones CNC sustractivas requieren nuevas herramientas, accesorios y programas para cada diseño diferente. Además, se necesitan entre 4 y 8 horas por modificación para cambiar su configuración.
La fabricación aditiva es adecuada para productos personalizados de bajo volumen, mientras que los métodos sustractivos son adecuados para la producción estandarizada en masa.
8. Efecto sobre el medio ambiente
Para volúmenes reducidos (menos de 1,000 unidades), la fabricación aditiva ofrece una mayor sostenibilidad, con un desperdicio de material insignificante y un menor consumo de energía. En los procesos SLS, la tecnología consume 10 kW/h y permite una producción local que reduce significativamente las emisiones del transporte. Por el contrario, la fabricación sustractiva genera más desperdicio por eliminación de material, aunque es más eficiente (ambientalmente) para la producción en masa.
Pros y contras: fabricación aditiva vs. fabricación sustractiva
Ambos tipos de fabricación son dos enfoques muy diferentes. Sus ventajas y desventajas varían según la aplicación.
Ventajas de fabricación aditiva
- La fabricación aditiva acelera la producción al permitir convertir un archivo CAD en una pieza directamente. Esto reduce el tiempo de producción de prototipos y lotes pequeños de meses a solo días.
- Con la fabricación aditiva, los ingenieros pueden producir formas complejas y estructuras reticulares con mucho menos peso y, al mismo tiempo, una resistencia considerable. Por este motivo, la fabricación aditiva es ideal para las piezas aeroespaciales.
- La fabricación aditiva es automática y requiere muy poca intervención humana. Los sistemas de inteligencia artificial vigilan todo y ajustan la configuración de las piezas en tiempo real para mantener la calidad.
- AM puede realizar diseños complicados que no se pueden realizar con otros métodos de fresado y corte.
Desventajas de fabricación aditiva
- Las opciones de materiales son muy limitadas. A diferencia de los métodos de fabricación tradicionales, la fabricación aditiva solo puede construir piezas a partir de determinadas resinas de fotopolímeros y polvos metálicos, cuyo coste de material es mucho mayor que el de los materiales "convencionales".
- Para tener éxito con la fabricación aditiva, los equipos necesitan habilidades especiales, que incluyen diseño CAD, experiencia en acabado y modelado por computadora.
Ventajas de Fabricación Sustractiva
- La fabricación sustractiva incluye el mecanizado CNC de alta velocidad, con tasas de eliminación de metal de hasta 1500 cm³/min. El resultado es una producción rápida y eficiente para grandes volúmenes.
- El método sustractivo es bueno para crear componentes masivos, especialmente con una resistencia del material y una tolerancia dimensional excepcionales.
- Los centros CNC multieje que utilizan SM pueden producir rápidamente piezas complicadas con una producción elevada de más de 500 unidades al día.
- Los resultados del método sustractivo son en su mayoría buenos en términos de calidad de superficie, con acabados suaves y precisos que a menudo necesitan poco o ningún tratamiento posterior.
Desventajas de Fabricación Sustractiva
- SM produce grandes cantidades de chatarra porque se elimina mucho material para crear la pieza.
- En SM existe la necesidad de reequipar para fabricar productos personalizados o cambiar formas, lo que puede resultar costoso.
Fabricación aditiva versus fabricación sustractiva: ¿cuál es mejor?
Nadie es completamente mejor que otro. Esto depende completamente de los requisitos de la aplicación a la que se dirige.
La fabricación aditiva permite crear diseños complejos y personalizados con muy pocos residuos, por lo que es adecuada para prototipos y componentes complejos a pequeña escala. Sin embargo, la fabricación sustractiva permite una producción rápida para grandes volúmenes y una mayor precisión, lo que hace que este proceso sea más apropiado para la fabricación a gran escala de piezas estandarizadas. Por lo tanto, la elección entre estos métodos depende del tipo de material, de la complejidad del diseño y del coste de producción.
Para Resumir,
Cada uno de los métodos de fabricación responde a una necesidad industrial diferente. Los prototipos y las piezas complejas y personalizadas se fabrican mejor mediante la fabricación aditiva, mientras que la fabricación sustractiva se utiliza para lograr precisión en la producción de gran volumen.
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Preguntas Frecuentes
¿Por qué es difícil obtener una tolerancia estricta en los tipos de fabricación aditiva y sustractiva?
Conseguir una tolerancia baja es difícil en la fabricación aditiva debido a propiedades del material como la expansión y contracción térmicas. El principal problema en la fabricación sustractiva es la necesidad de reemplazar constantemente las herramientas y también el desgaste de las mismas.
¿Es posible la fabricación aditiva y sustractiva en un solo proceso?
Por supuesto, existen sistemas de fabricación híbridos en los que se combinan métodos aditivos y sustractivos. Los métodos aditivos permiten crear geometrías complejas que luego se pueden terminar y ajustar con métodos sustractivos para lograr una mayor precisión.
¿Cómo encaja el diseño asistido por computadora (CAD) en ambos métodos de fabricación?
Los modelos CAD se utilizan directamente para generar impresiones capa por capa en la fabricación aditiva. Y en la fabricación sustractiva, los modelos CAD dirigen a las máquinas CNC para eliminar material con precisión.
¿Cuáles son los impactos de la fabricación aditiva y sustractiva en los ciclos de desarrollo de productos?
Los métodos aditivos más rápidos permiten crear prototipos de forma temprana. Por otro lado, la fabricación sustractiva requiere más tiempo de preparación y de preparación de herramientas, pero una vez que se han realizado estas tareas, es mucho más eficiente para la producción en masa.
¿Cómo maneja la fabricación aditiva y sustractiva las piezas multimateriales?
El método aditivo permite la creación de piezas de múltiples materiales en una sola pieza. El método sustractivo, por otro lado, exige diferentes operaciones de mecanizado y posterior ensamblaje para cada material.
