menu

Produzione additiva e sottrattiva: complementari o rivali?

Pubblicato il 27 Ottobre 2022 da Nunzia A.
Produzione additiva

Sebbene sempre più aziende scelgano la produzione additiva, la produzione sottrattiva è ancora il metodo più utilizzato nel settore industriale. Attualmente la stampa 3D viene utilizzata principalmente per integrare i metodi di produzione sottrattiva. Come suggerisce il nome, a differenza della produzione additiva, queste tecniche consistono nella rimozione di materiale per produrre un pezzo delle dimensioni desiderate. Oggi sono utilizzate in molti settori, come quello aeronautico, automobilistico, metallurgico, ecc. Abbiamo analizzato da vicino le differenze tra la produzione sottrattiva e quella additiva e il modo in cui possono essere utilizzate per completarsi a vicenda.

Per cominciare, è importante sapere che, proprio come la produzione additiva e i suoi molteplici processi, esistono molti metodi di produzione sottrattiva: probabilmente avrai sentito parlare di “lavorazione CNC”. Acronimo di Computer Numerical Control, comprende le tecniche di asportazione di materiale basate su un programma digitale che controlla le macchine utensili. Tra queste ci sono foratura, tornitura, fresatura o alesatura. La lavorazione CNC è oggi compatibile con un’ampia gamma di materiali, dalla plastica ai metalli. Detto questo, non tutte le tecniche di produzione sottrattiva utilizzano il controllo numerico.

Crediti foto: Protolabs

Che cos’è la lavorazione CNC?

La lavorazione CNC comprende diversi processi: inizieremo con la tornitura e l’alesatura. Questi processi utilizzano un pezzo in movimento su un asse rotante. L’energia necessaria per lavorare il pezzo è fornita dal movimento del pezzo stesso. Questi metodi consentono di produrre qualsiasi pezzo modellato dalla rotazione. In concreto, si tratta di un disegno 2D che viene replicato all’infinito lungo un asse di rotazione, formando così un modello 3D. Nonostante i nomi diversi, la tornitura e l’alesatura sono molto simili, poiché entrambe utilizzano lo stesso principio. La differenza principale è che l’alesatura lavora all’interno del pezzo, mentre la tornitura lavora all’esterno. Le macchine per la tornitura e l’alesatura permettono di progettare pezzi in legno, metalli e alcune materie plastiche, ecco perché sono oggi presenti in molti settori industriali, come quello automobilistico, aerospaziale, medicale o anche dell’arredamento.

LB

Passiamo ora alla fresatura. Per la sua precisione, la capacità di creare pezzi con cavità interne e la capacità di lavorare un pezzo, la fresatura è una vera risorsa nei processi di produzione. Questa tecnica utilizza frese per tagliare il materiale lateralmente. Ciò significa che quando la fresa è nel materiale, può muoversi perpendicolarmente e rimuovere il materiale lungo il suo percorso. La fresatura è compatibile con molti materiali grazie a una serie di utensili intercambiabili adatti a diversi compiti e materiali. Tuttavia, questo metodo presenta alcuni inconvenienti che possono renderlo di difficile accesso. Ad esempio, la lavorazione di un pezzo è spesso suddivisa in diverse fasi/operazioni che richiedono il cambio regolare degli utensili.

produzione additiva e sottrattiva

Il processo di fresatura

La foratura e la fresatura utilizzano strumenti molto simili, ma non devono essere confusi. La foratura viene utilizzata solo per realizzare fori tondi con una punta. Mentre la fresatura offre una maggiore libertà di lavorazione, la foratura consente di praticare fori di diametro pari a quello della punta. Nonostante i suoi numerosi vantaggi, la fresatura è molto più lenta della foratura per realizzare dei fori, motivo per cui la foratura è più adatta a realizzare più tagli uguali di seguito. Sebbene la lavorazione CNC comprenda molte tecniche, la produzione sottrattiva non si limita a queste. Anche altri metodi, come il taglio, sono utilizzati in molto settori.

Diverse tecniche di taglio

L’industria automobilistica utilizza il laser per produrre pezzi precisi come le pastiglie dei freni, mentre altri settori optano per l’elettroerosione. Conosciuta anche come EDM (Electrical Discharge Machining), questa tecnica si presenta in tre forme: elettroerosione a filo, elettroerosione a tuffo, e foratura rapida, che si differenzia dalla foratura tradizionale per la capacità di realizzare fori più sottili e profondi utilizzando un elettrodo. Pur essendo relativamente lenti, questi diversi metodi si distinguono dagli altri per la loro precisione. L’elettroerosione, nel dettaglio, utilizza le scariche elettriche per produrre pezzi da materiali conduttivi.

Oltre alla lavorazione a scarica elettrica, si utilizza anche il taglio laser. Con questa tecnologia, un laser con una potenza di diverse centinaia di watt può tagliare diversi materiali in modo rapido e preciso, ad esempio pezzi fino a 1 mm² con una tolleranza di più o meno 20 micron. Oltre al taglio, le macchine laser sono anche in grado di incidere. Le macchine a taglio laser sono disponibili in due forme: laser a CO2 e laser a fibra, utilizzati per il taglio e l’incisione dei metalli. Nonostante i loro vantaggi, queste macchine presentano alcuni svantaggi, ad esempio durante il funzionamento possono essere rilasciati fumi nocivi. Inoltre, poiché i laser tagliano il materiale grazie al calore, i laser stessi possono surriscaldarsi. È quindi necessario raffreddarli, cosa che spesso richiede macchine aggiuntive.

Infine, tra i principali processi di produzione sottrattiva e più specificamente di taglio, troviamo il taglio a getto d’acqua. Questo processo si basa sull’uso di un getto d’acqua, accompagnato da un abrasivo, che colpisce la superficie del materiale ad alta pressione. Per generare questo getto d’acqua è necessario un compressore ad alta pressione. La natura del getto e il materiale in questione influenzano la profondità e la velocità del taglio. Questa tecnica è molto diffusa nell’industria aerospaziale, automobilistica e meccanica. Offre un’elevata precisione, compatibilità con molti materiali e, a differenza di altri processi sottrattivi, non è dannosa. Mentre altri processi generano trucioli, polvere o fumo, il taglio a getto d’acqua elimina tutti questi rifiuti, poiché il getto d’acqua li trasporta nel suo percorso.

Il processo di taglio a getto d’acqua (crediti fotografici: Fogepack Systèmes)

Vantaggi e svantaggi rispetto alla produzione additiva

Come già detto, il principale vantaggio delle tecniche di produzione sottrattiva è probabilmente la loro capacità di offrire un’elevata precisione dimensionale. A differenza della maggior parte dei processi di stampa 3D che si basano sul calore per funzionare, la produzione sottrattiva consente di costruire le parti a temperatura ambiente, evitando così i problemi di precisione dimensionale legati alla lavorazione (contrazione) dei materiali. Per garantire la precisione dimensionale nella produzione sottrattiva, l’ambiente deve essere controllato. Ad esempio, se si vuole progettare un pezzo a partire da un blocco di acciaio, è obbligatorio portare il materiale nella stanza dove avverrà il taglio almeno 3 giorni prima, altrimenti cambierà dimensione (lavorazione) in base alla temperatura e all’umidità.

I processi di fabbricazione sottrattiva beneficiano anche di una gamma più ampia di materiali compatibili. Rispetto alla stampa 3D, dove è necessario disporre di più stampanti basate su processi diversi se si vogliono utilizzare materiali diversi, è possibile creare parti in metallo, plastica o legno sulla stessa macchina.

produzione additiva e sottrattiva

La produzione sottrattiva offre un’elevata precisione dimensionale

Tuttavia, i processi di produzione sottrattiva presentano notevoli svantaggi. Innanzitutto, a differenza della stampa 3D, i diversi metodi di produzione lasciano dietro di sé grandi quantità di scarti, mentre la produzione additiva è interessante perché utilizza solo la quantità di materiale necessaria. Nella lavorazione, ad esempio, trucioli e altre polveri devono essere rimossi durante il processo di produzione per limitare la quantità di materiale in eccesso che può interferire con il processo di taglio. Oltre alla polvere generata dalla produzione sottrattiva, è anche possibile che il fumo generato dal processo possa essere molto dannoso per gli operatori, cosa molto comune quando si utilizza un processo laser o di elettroerosione.

Inoltre, la produzione sottrattiva non offre la stessa libertà di produzione della stampa 3D: un pezzo stampabile in un’unica soluzione richiede talvolta più operazioni, l’uso di macchine diverse e la suddivisione in più parti da assemblare per essere replicato dalla produzione sottrattiva. Infine, è più difficile ottenere geometrie complesse con i processi di rimozione del materiale. La produzione additiva consente una maggiore libertà nel processo di progettazione. In altre parole, il progettista non dovrà preoccuparsi dei vincoli imposti dalle macchine utensili utilizzate e potrà quindi dare libero sfogo alla sua immaginazione, non essendo limitato dalle capacità di produzione.

In che modo la produzione sottrattiva e quella additiva sono complementari?

Se le due tecnologie sono regolarmente considerate rivali, per il momento hanno applicazioni molto diverse. Ed è per questo che vengono utilizzate per lo più in modo complementare. Fin dall’inizio della sua forte crescita, la stampa 3D viene utilizzata soprattutto per la prototipazione. Per i vantaggi che offrono, le tecnologie 3D consentono la produzione rapida e a basso costo di più parti e offrono quindi la possibilità di diverse iterazioni. Una volta determinati la forma, i materiali e le parti, è possibile produrle in serie utilizzando metodi di produzione sottrattiva. Diversi processi, come il taglio laser e il taglio a getto d’acqua, consentono di progettare un gran numero di pezzi in un breve periodo di tempo. Tuttavia, altri metodi, come la lavorazione CNC, possono richiedere molto tempo. Questa tecnica richiede un’importante fase di programmazione e una presenza umana necessaria. Oggi la lavorazione CNC è utilizzata principalmente nella produzione di stampi a iniezione.

Inoltre, se la produzione sottrattiva consente di riparare gli oggetti, la stampa 3D offre però maggiori possibilità in questo campo. Un esempio è la tecnologia di deposizione a energia diretta (DED), che può essere utilizzata per riparare parti metalliche senza doverle modificare. In concreto, la tecnologia è in grado di aggiungere materiale a una parte esistente, evitando così di realizzare assemblaggi o di sostituire inutilmente parti di grandi dimensioni. Più in generale, le tecnologie 3D consentono di riprodurre parti difettose o usurate dal tempo, il tutto su richiesta e in piccole serie. Invece di buttare via, gli utenti possono riparare i loro pezzi e ridurre al minimo l’impatto ambientale.

Produzione additiva sottrattiva

La tecnologia DED consente di riparare i pezzi (crediti fotografici: AdvancedPowders)

Nonostante le differenze, la produzione sottrattiva e quella additiva vanno spesso di pari passo. Grazie alle loro rispettive caratteristiche, questi due tipi di produzione si completano a vicenda, consentendo la rapida creazione di parti precise mai immaginate prima. Per combinare queste tecniche di produzione, sono stati creati alcuni progetti di consorzio, come l’organizzazione Hybrid Advanced Manufacturing – Integrating Technologies, che mira a offrire alle aziende la libertà di progettazione della produzione additiva e la precisione della produzione sottrattiva.

Cosa ne pensi della produzione sottrattiva? Come pensi che si possa paragonare alla produzione additiva? Faccelo sapere lasciando un commento sui nostri canali social Facebook, Twitter, LinkedinYouTube! Non dimenticare di iscriverti alla nostra Newsletter settimanale per ricevere tutte le notizie sulla stampa 3D direttamente nella tua casella di posta!

*Crediti foto copertina: Turcon

Lascia un commento

de_DEen_USes_ESfr_FRit_IT
Resta aggiornato
Ricevi ogni mercoledì un riassunto delle ultime notizie dal mondo della stampa 3D.

3Dnatives is also available in english

switch to

No thanks