Rapid Prototyping:Subtractive vs. Additive

Omdat additieve productie en 3D-printers tegenwoordig zo'n hot topic zijn, is het belangrijk om te onthouden waarom subtractieve processen zoals frezen nog steeds ongelooflijk belangrijk zijn voor rapid prototyping. Maar laten we eerst eens kijken naar enkele voordelen en beperkingen van additieve snelle prototyping (of directe digitale productie).

Voordelen van Additive Rapid Prototyping

Het proces van additieve rapid prototyping voegt materialen zoals vloeibare harsen samen, laag na laag, om een ​​3D-object te produceren uit modelgegevens. Additive rapid prototyping is over het algemeen eenvoudig, relatief goedkoop en snel. Additive rapid prototyping zorgt ook voor een aanzienlijke hoeveelheid complexiteit in holtes of interne gebieden van een onderdeel waarvoor ondersnijdingen nodig zijn en mogelijk zelfs onmogelijk zijn met subtractieve processen zoals frezen.

Beperkingen van Additive Rapid Prototyping

Het belangrijkste nadeel van additieve snelle prototyping is dat het resulterende onderdeel meestal niet is gemaakt van een eindgebruiksmateriaal zoals metaal ... en zelfs als dat zo is, het ontbreekt aan structurele integriteit. Dat komt omdat het punt waar de ene laag met de andere is verbonden, de fysieke kracht mist die wordt vertoond door een massief blok van hetzelfde materiaal (zonder lagen of verbindingen).

Subtractive Rapid Prototyping met materialen voor eindgebruik

Subtractieve rapid prototyping biedt de mogelijkheid om prototypes te maken in materialen voor eindgebruik. Omdat frezen of machinale bewerking materiaal van een groter stuk materiaal verwijdert, heeft het voltooide onderdeel een vaste samenstelling in plaats van een gelaagde samenstelling zoals te zien is bij additieve snelle prototyping met 3D-printers. Dit levert een hogere structurele integriteit op, wat van cruciaal belang is als het prototypeonderdeel moet worden gebruikt bij producttests. Producttesten met een onderdeel gemaakt door middel van subtractieve prototyping zorgen voor een nauwkeurige analyse van de levensvatbaarheid en zelfs duurzaamheid van het onderdeel, omdat het is gemaakt van hetzelfde materiaal dat zal worden gebruikt om productieonderdelen te vervaardigen.

Een breder scala aan oppervlakteafwerkingen en texturen met subtractieve prototypering

Subtractieve rapid prototyping-processen bieden ook een breder scala aan oppervlakteafwerkingen voor het voltooide prototype, in tegenstelling tot de standaard "getrapte afwerking" die vaak wordt bereikt bij additieve rapid prototyping met een 3D-printer. Dit kan variëren van een volledig glad oppervlak met een spiegelachtige afwerking tot een oppervlak met gefreesde of gegraveerde texturen. Op deze manier is subtractieve rapid prototyping met een snelle CNC-freesmachine in staat om prototypeonderdelen te produceren met een herhaalbaarheid die geschikt is voor eindgebruik. De gladde oppervlakteafwerking die kan worden bereikt met machinale bewerking op hoge snelheid kan functioneel gunstig zijn als het gegeven onderdeel moet schuiven en esthetisch gunstig als het prototype wordt gebruikt in markttesten.

Additive Rapid Prototyping vs. Subtractive Rapid Prototyping

Om de hierboven gemaakte punten te illustreren, hebben we onze applicatie-ingenieurs gevraagd om snel een prototype van een onderdeel te maken met behulp van zowel additieve als subtractieve processen. Omdat onze favoriete after-hours (knipoog, knipoog) verleden tijd tafelvoetbal is, hebben ze besloten om een ​​"vervangende" tafelvoetballer te maken om te testen. Deze beslissing was gebaseerd op een reële behoefte - aangezien we onlangs een van de mannen hadden gebroken die bij onze vintage tafelvoetbaltafel uit 1985 waren geleverd. Met behulp van additive rapid prototyping (3D-printen) konden ze in ongeveer 90 minuten een zeer rudimentaire tafelvoetbalman ontwerpen. Van daaruit begonnen ze te printen en in iets meer dan een uur was het onderstaande deel voltooid.

Met behulp van subtractieve rapid prototyping (high-speed frezen) programmering duurde het onderdeel aanzienlijk langer en klokte het in op 3 uur. 45 minuten. Het frezen van het onderstaande onderdeel was echter aanzienlijk sneller dan 3D-printen en duurde 28 minuten.

Product testen van een additief snel prototype versus een subtractief snel prototype

Nou, je wist dat we het onderdeel moesten "testen", toch? Dus, in een reeks van 4 nogal verhitte games met elk prototype, is dit wat we hebben gevonden. Qua functionaliteit en duurzaamheid was het subtractieve prototype de duidelijke winnaar. Het duurde niet alleen gedurende de 4 games, de solide compositie van het onderdeel zorgde voor sterkere opnamen met hoge snelheid. Bovendien zou het duidelijk nog honderden games volhouden. Ter vergelijking:het 3D-geprinte deel begon halverwege game 3 tekenen van delaminatie aan de rechterkant te vertonen - en tegen game 4 moesten we het repareren met een beetje plakband om de rest van onze "producttests" te doorstaan . De schade aan het onderdeel onthulde de interne samenstelling van het 3D-geprinte onderdeel zoals hieronder te zien is.

Het nogal holle karakter van dit onderdeel scheen een beetje licht op waarom we geen sterke opnamen konden maken met deze tafelvoetballer. Bij het analyseren van de resulterende oppervlakteafwerking op beide onderdelen, waren we van mening dat het subtractieve prototype … nou ja, gewoon aantrekkelijker was. Bovendien zorgde het freesproces voor meer flexibiliteit om verschillende oppervlakteafwerkingen te bereiken. We waren bijvoorbeeld in staat om het grootste deel van het subtractieve prototype erg soepel te maken, terwijl we het voetgedeelte een meer gestructureerde afwerking gaven voor extra "grip" of balcontrole. Daarentegen deed de inherente "getrapte" oppervlakteafwerking op het additieve prototype goed wat betreft balcontrole ... maar was niet erg aantrekkelijk over het hele onderdeel.

De ultieme subtractieve Rapid Prototyping CNC-machine:

De introductie vorig jaar van de DATRON neo compacte hogesnelheidsfreesmachine maakt subtractieve rapid prototyping betaalbaarder en levensvatbaarder dan ooit. Bovendien maakt het compacte formaat en de touchscreen-bediening het gebruiksvriendelijk en past het gemakkelijk in de krapste 'lab-type'-omgeving.