De evolutie van productietechnologieën heeft geleid tot twee dominante benaderingen: additieve productie (AM) en subtractieve productie. Hoewel beide gericht zijn op de productie van functionele onderdelen, verschillen hun methodologieën, mogelijkheden en beperkingen aanzienlijk.
Subtractieve productie bereikt precisie door materiaalafvoer. Het proces begint met massieve materiaalstaafjes (zoals metalen ingots en kunststofplaten) en maakt gebruik van technieken zoals computergestuurde numerieke bewerking (CNC), frezen en draaien om systematisch materiaal te verwijderen en de gewenste vorm te verkrijgen. Dit proces biedt duidelijke voordelen: het levert een uitstekende oppervlakteafwerking en hoge dimensionale nauwkeurigheid (met een tolerantie van ±0,025 mm), de dragende oppervlakken hebben superieure mechanische eigenschappen dankzij de isotrope korrelstructuur, en de volwassen technologie is breed toegepast in diverse industrieën. Er zijn echter ook duidelijke beperkingen: het materiaalverlies is aanzienlijk (het afvalpercentage kan bij complexe onderdelen van titaniumlegering oplopen tot 90%), het is beperkt door geometrische vormen (bijvoorbeeld interne kanalen en traliewerkstructuren zijn meestal onhaalbaar), en slijtage van de gereedschappen versnelt bij het bewerken van harde materialen zoals titanium, wat de productiekosten verhoogt.
Additieve fabricage bouwt onderdelen op door laag-voor-laag afzetting. Op basis van digitale modellen vormt het componenten door materialen (meestal metaalpoeder of polymeer) laag voor laag af te zetten, waarbij belangrijke technologieën zijn: Selective Laser Melting (SLM), Fused Deposition Modeling (FDM) en Binder Jetting (BJ). De kernvoordelen liggen in: productie bijna in de eindvorm, wat materiaalverspilling minimaliseert (met een uitschotpercentage van minder dan 5%), ongeëvenaarde ontwerpvrijheid (waardoor organische vormen, interne holten en lichtgewicht roosterstructuren kunnen worden vervaardigd) en de mogelijkheid tot snelle prototyping en afgestemde productie (zoals patiëntspecifieke medische implantaat). Toch heeft de techniek ook nadelen: de oppervlakteruwheid is relatief hoog, waardoor vaak nabewerking vereist is; anisotrope materiaaleigenschappen kunnen de structurele integriteit beïnvloeden; het bouwvolume is beperkt en de productiesnelheid is traag voor massaproductie.
Materiaalefficiëntie is een cruciale scheidslijn tussen de twee, met name duidelijk bij de bewerking van hoogwaardige metalen. Bij de traditionele bewerking van titaniumlegeringen gaat een grote hoeveelheid grondstof verloren, terwijl additieve fabricage meer dan 95% van het ingevoerde poeder gebruikt. Deze efficiëntie sluit aan bij duurzaamheidsdoelstellingen en kan op termijn de grondstofkosten verlagen.
Wat betreft de afweging tussen ontwerpflexibiliteit en precisie, blinkt additieve fabricage uit bij toepassingen die complexe structuren vereisen: in de lucht- en ruimtevaartsector kan hiermee bijvoorbeeld topologie-geoptimaliseerde beugels worden geproduceerd die het gewicht verminderen zonder afbreuk te doen aan de sterkte; in de medische sector maakt het de productie mogelijk van poreuze botimplantaten die weefselintegratie bevorderen. Subtraktieve fabricage daarentegen domineert in situaties met strikte precisie-eisen: zoals motordelen die micronnauwkeurige toleranties vereisen, en optische of afdichtende oppervlakken die spiegelgladde afwerking nodig hebben.
Hybride productieoplossingen komen steeds meer op als een trend om de sterke punten van beide methoden te integreren. Vooruitstrevende producenten combineren deze twee processen in toenemende mate: ze gebruiken additieve fabricage om onderdelen bijna in eindvorm met complexe kenmerken te produceren, en passen vervolgens subtraktieve bewerking toe om kritieke oppervlakken en interfaces te verfijnen. Dit synergetische model brengt innovatie en betrouwbaarheid in evenwicht, bijvoorbeeld turbinebladen met 3D-geprinte koelkanalen en CNC-afgewerkte vleugelprofielen.
Wat duurzaamheid betreft, ondersteunt additieve fabricage een circulaire economie, waarbij gerecycleerde poeders (zoals afval van titaniumlegeringen) in gesloten kringen kunnen worden hergebruikt; hoewel het recyclingpercentage van subtraktieve fabricage verbetert, blijft dit proces nog steeds voor uitdagingen staan bij het scheiden van metaalspaan en het herstellen van de materiaaleigenschappen.
Wat de toekomstige ontwikkelingsrichting betreft, zal met de voortschrijdende ontwikkeling van digitale productietechnologieën de keuze tussen additieve en subtractieve processen afhangen van drie kernfactoren: onderdeelcomplexiteit (de afweging tussen geometrische vrijheid en structurele eenvoud), productievolume-eisen (het verschil tussen massaproductie en aangepaste batches) en duurzaamheidseisen (materiaalefficiëntie en indicatoren voor koolstofvoetafdruk). Hybride oplossingen zullen waarschijnlijk domineren in sectoren met een hoge toegevoegde waarde, terwijl specifieke toepassingscenario’s zich zullen richten op één enkel proces. Het tijdperk van ‘het ene of het andere’ neemt langzaam af, en industriële succes ligt nu in de strategische integratie van beide processen.
EN