Produzione additiva e produzione sottrattiva a confronto

Additive vs. Subtractive Manufacturing

I processi di produzione additiva costruiscono oggetti tramite l'aggiunta di materiale strato per strato, mentre quelli di produzione sottrattiva creano parti rimuovendo del materiale. Nonostante siano fondamentalmente diversi, i processi di produzione additiva e sottrattiva vengono spesso usati in combinazione, vista l'ampia gamma di applicazioni che hanno in comune.

Inizialmente può essere difficile capire come trarre il meglio da ciascun tipo di tecnologia per ottimizzare lo sviluppo del prodotto e la produzione. Ci sono casi in cui un approccio è più indicato dell'altro, ad esempio un processo può essere più adatto a un certo tipo di volume di produzione o in una specifica fase dello sviluppo del prodotto.

In questa guida analizzeremo in maniera approfondita le varie tecniche di produzione additiva e sottrattiva e le loro applicazioni per aiutarti a decidere come sfruttarle nei tuoi processi.


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Produzione sottrattiva

Sotto la definizione di produzione sottrattiva rientrano vari processi di lavorazione meccanica controllata e di rimozione del materiale a partire da blocchi solidi, barre di metallo, plastica o altri materiali che vengono modellati tramite rimozione con taglio, foratura e smerigliatura.

Questi processi possono essere effettuati manualmente, ma più spesso ci si serve del controllo numerico computerizzato.

In tal caso, un modello virtuale disegnato con un software CAD funge da input per lo strumento di fabbricazione. La simulazione del software viene affiancata all'input da parte dell'utente per generare percorsi utensile che guidano lo strumento di taglio nella geometria della parte. Queste istruzioni comunicano alla macchina come praticare tagli, canali, fori e altre caratteristiche che richiedano la rimozione di materiale, tenendo conto della rapidità dello strumento e della velocità di taglio del materiale stesso. Gli strumenti a controllo numerico computerizzato producono parti basate sui dati di produzione assistita da computer (CAM) con assistenza o interazione umana scarsa o nulla.

I processi di produzione sottrattiva vengono generalmente usati per creare parti in plastica o in metallo per la prototipazione, le attrezzature di produzione e le parti per uso finale. Sono perfetti per le applicazioni che richiedono tolleranze strette e geometrie difficili da modellare, colare o produrre con altri metodi tradizionali.

I processi di produzione sottrattivi si applicano a un'ampia gamma di materiali e metodi di elaborazione. I materiali più morbidi sono più facili da lavorare per ottenere la forma desiderata, ma sono più sensibili all'usura.

Processi di produzione sottrattiva

 

ProcessoMateriali
Lavorazione meccanica CNC (tornitura, foratura, alesatura, fresatura)Termoplastiche dure, plastiche termoindurenti, metalli morbidi, metalli duri (macchinari industriali)
Elettroerosione (EDM)Metalli duri
Taglio laserTermoplastiche, legno, acrilico, tessuti, metalli (macchinari industriali)
Taglio a getto d'acquaPlastiche, metalli duri e morbidi, pietra, vetro, compositi

 

Produzione additiva

Al contrario del processo sottrattivo, che consiste nella rimozione di materiale da un pezzo più grande, la produzione additiva o i processi di stampa 3D costruiscono oggetti aggiungendo materiale uno strato alla volta, facendo sì che ogni strato successivo si leghi al precedente finché la parte non è completa.

Come gli strumenti sottrattivi a controllo numerico computerizzato, le tecnologie di produzione additiva creano parti in base a modelli CAD. Approntare modelli per la stampa 3D con la preparazione della stampa o un software di visualizzazione per strati è un procedimento quasi completamente automatizzato, che rende l'impostazione del progetto molto più facile e rapida rispetto a quella con gli strumenti a controllo numerico computerizzato. A seconda della tecnologia, la stampante 3D può depositare materiale, fondere e sinterizzare polvere in modo selettivo o polimerizzare materiali liquidi fotopolimerici per creare parti basate su dati CAM. La parti stampate in 3D solitamente richiedono qualche forma di pulitura e di finitura per raggiungere le proprietà definitive, l'aspetto ottimale ed essere quindi pronte all'uso.

La produzione additiva è l'ideale per una gamma di applicazioni ingegneristiche e di produzione, fra cui la prototipazione, le attrezzature di produzione e i modelli di fusione, ed è perfetta per la produzione ponte, a breve termine e personalizzata di parti finali. Le stampanti 3D offrono un alto grado di libertà di progettazione e possono produrre design complessi che sarebbero troppo difficili o costosi da realizzare con qualsiasi altro metodo di produzione.

I materiali più comuni usati nella produzione additiva sono le plastiche e i metalli. La stampanti 3D desktop o da banco offrono una soluzione conveniente per creare parti in plastica, mentre attualmente i metalli sono relegati ai sistemi industriali.

Processi di produzione additiva

ProcessoMateriali
Stereolitografia (SLA)Varietà di resine (plastiche termoindurenti), ad alta resistenza, rigide, flessibili, elastiche, resistenti al calore, colabili (simili alla cera)
Sinterizzazione laser selettiva (SLS)Termoplastiche ingegneristiche, come il nylon
Modellazione a deposizione fusa (FDM)Termoplastiche standard, ad esempio ABS, PLA e le loro varie miscele
Getto di materialeVarietà di resine (plastiche termoindurenti)
Binder jettingMateriali simili al gesso (a pieno colore), metalli
Fusione laser selettiva e sinterizzazione laser diretta dei metalliMetalli morbidi e duri
Fusione a fascio di elettroniMetalli morbidi e duri


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Quando usare la produzione additiva e quella sottrattiva

Anche se presentano delle differenze sostanziali, la produzione sottrattiva e additiva non si escludono vicendevolmente. In realtà sono spesso usate l'una accanto all'altra in diversi stadi dello sviluppo del prodotto e nella produzione.

Il processo di prototipazione, ad esempio, spesso si basa su strumenti sia additivi che sottrattivi. I modelli iniziali e i prototipi sono generalmente più economici e veloci da produrre con processi di produzione additiva, come la stereolitografia o la sinterizzazione laser selettiva. La stampa 3D offre un'ampia gamma di opzioni nella scelta dei materiali per la prototipazione funzionale di parti in plastica. Le tecnologie additive in genere sono più adatte alle parti piccole e ai design altamente complessi o elaborati.

Nelle fasi avanzate del processo di sviluppo che richiedono lotti più consistenti, i processi sottrattivi diventano più competitivi. Anche oggetti di dimensioni maggiori e meno complessi sono generalmente più adatti alla produzione sottrattiva. Vista l'ampia scelta di finiture superficiali e la velocità del processo, la produzione sottrattiva è nella maggior parte dei casi la scelta privilegiata per la fabbricazione di parti finite. Poiché le parti metalliche stampate in 3D possono avere costi proibitivi, i processi sottrattivi sono indicati per le parti in metallo soltanto nel caso di design molto complessi.

Nella produzione i processi sottrattivi e additivi sono spesso complementari nella realizzazione di attrezzature, dime, fissaggi, attacchi, stampi e modelli. I produttori usano spesso parti in plastica stampate in 3D per parti rapide, personalizzate e di piccolo volume o per parti di ricambio, e optano per i processi sottrattivi del metallo in caso di maggiori volumi o parti soggette a elevate sollecitazioni meccaniche e deformazione.

Utilizzare sia la produzione additiva che quella sottrattiva dà luogo a un processo ibrido. Questo permette ai designer di prodotto e ai produttori di unire la versatilità e la rapidità della produzione additiva alla resistenza delle parti realizzate con tecnologie sottrattive.

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Sistemi additivi e sottrattivi a confronto

Le tecnologie additive e sottrattive si presentano in diverse forme, con un'ampia gamma di costi e capacità, dagli apparecchi desktop alle grandi attrezzature industriali. In conclusione, dovresti scegliere la tecnologia più adatta alle esigenze e alle applicazioni della tua attività.

Produzione additivaProduzione sottrattiva
Costo dell'attrezzaturaLe stampanti desktop professionali per le plastiche costano a partire dai 3500 $. Le macchine industriali su larga scala per i metalli partono da circa 400 000 $.Le piccole macchine a controllo numerico computerizzato per i laboratori hanno un costo minimo di circa 2000 $. Gli strumenti per i laboratori più avanzati vanno ben oltre quella cifra, a seconda del numero di assi, delle funzionalità, delle dimensioni della parte e dell'attrezzatura necessaria per gli specifici materiali.
FormazioneLe stampanti desktop sono facili da avviare e richiedono una formazione minima su impostazione della stampa, manutenzione, utilizzo della macchina e finitura. I sistemi di produzione additivi industriali richiedono personale dedicato e una formazione di lunga durata.Le piccole macchine a controllo numerico computerizzato esigono una formazione moderata su software, impostazione del progetto, manutenzione, utilizzo della macchina e finitura. Per i sistemi di produzione sottrattivi industriali di grandi dimensioni sono necessari personale dedicato e una formazione di lunga durata.
Requisiti della strutturaGli apparecchi desktop sono adatti per l'ufficio e i sistemi da banco per i laboratori con discreto spazio. Le stampanti 3D industriali spesso richiedono una stanza o uno spazio dedicato con controllo HVAC.Le piccole macchine a controllo numerico sono adatte per i laboratori. I sistemi industriali richiedono uno spazio dedicato più ampio.
Attrezzatura aggiuntivaStrumenti e sistemi (spesso automatizzati) di pulizia, lavaggio, polimerizzazione post-stampa e finitura, a seconda del processo.Varie attrezzature. Sistemi più avanzati automatizzano alcuni processi come il cambio degli strumenti, la pulizia e la manipolazione dei chip e la gestione del liquido refrigerante.

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