Razvoj proizvodnih tehnologij je povzročil nastanek dveh prevladujočih pristopov: aditivne proizvodnje (AM) in subtraktivne proizvodnje. Čeprav imata obe metodi za cilj izdelavo funkcionalnih komponent, se njuni metodologiji, zmogljivosti in omejitve zelo razlikujeta.
Odstranjevalna izdelava doseže natančnost z odstranjevanjem materiala. Začne se s trdnimi materialnimi polizdelki (kot so kovinske ingote in plastične plošče) ter uporablja tehnike, kot so obdelava z računalniško numerično krmiljenjem (CNC), frezanje in tokarenje, pri čemer se sistematično odstranjuje material, da se doseže želena geometrija. Ta postopek ponuja jasne prednosti: zagotavlja odlično površinsko obdelavo in visoko dimenzionalno natančnost (z dopustno napako ±0,025 mm), nosilne površine imajo izjemne mehanske lastnosti zaradi izotropne zrnate strukture, poleg tega je zrelo tehnologijo že široko sprejela industrija. Vendar pa ima tudi očitne omejitve: odpadki materiala so obsežni (stopnja odpadkov lahko doseže celo 90 % pri zapletenih delih iz titanove zlitine), geometrijske oblike so omejene (npr. notranji kanali in rešetkaste strukture običajno niso izvedljivi) ter se obraba orodja pospeši pri obdelavi trdih materialov, kot je titan, kar povečuje stroške proizvodnje.
Aditivna izdelava gradí dele s postopnim nanosom plast za plast. Na podlagi digitalnih modelov sestavlja komponente z nanosom materialov (običajno kovinskega prahu ali polimera) plast za plast; ključne tehnologije vključujejo selektivno lasersko taljenje (SLM), modeliranje z iztiskom raztaljenega materiala (FDM) in vezalno brizganje (BJ). Njene osnovne prednosti so: izdelava skoraj končnih oblik, ki minimalno zmanjša odpadke materiala (stopnja odpadkov manj kot 5 %), nepremagljiva svoboda oblikovanja (omogoča izdelavo organskih oblik, notranjih votlin in lahkotnih rešetkastih struktur) ter možnost hitrega izdelovanja prototipov in prilagojene proizvodnje (npr. medicinskih implantatov, posebej prilagojenih posameznim bolnikom). Kljub temu ima tudi pomanjkljivosti: površinska hrapavost je relativno visoka, kar pogosto zahteva dodatno obdelavo; anizotropne lastnosti materiala lahko vplivajo na strukturno celovitost; prostornina gradnje je omejena, hitrost proizvodnje pa je počasna za masovno proizvodnjo.
Učinkovitost pri uporabi materiala je ključna ločilna črta med obema postopkoma, zlasti opazna pri obdelavi dragocenih kovin. Pri tradicionalni obdelavi titanovih zlitin se izgubi veliko surovin, medtem ko aditivna izdelava uporabi več kot 95 % vhodnega prahu. Ta učinkovitost ustreza ciljem trajnostnega razvoja in lahko na dolgi rok zmanjša stroške surovin.
Ko gre za kompromis med fleksibilnostjo oblikovanja in natančnostjo, aditivna izdelava izstopa v aplikacijah, ki zahtevajo zapletene strukture: na področju letalske in vesoljske tehnike omogoča izdelavo topološko optimiziranih nosilcev, ki zmanjšujejo maso brez izgube trdnosti; na področju medicine pa omogoča izdelavo poroznih kostnih implantov, ki spodbujajo integracijo tkiva. Subtraktivna izdelava pa prevladuje v primerih, kjer so zahtevane izjemno natančne mere: na primer pri motornih komponentah, ki zahtevajo toleranco na ravni mikronov, ter pri optičnih ali tesnilnih površinah, ki zahtevajo ogledalno gladko površino.
Rešitve hibridne proizvodnje se pojavljajo kot trend za integracijo prednosti obeh postopkov. Proizvajalci, ki gledajo naprej, vedno pogosteje združujejo oba postopka: z dodatno proizvodnjo izdelujejo dele skoraj končne oblike z zapletenimi značilnostmi, nato pa z odstranjevalno obdelavo (rezanjem) izboljšajo kritične površine in stike. Ta sinergični model uravnoteži inovacije in zanesljivost, na primer turbinski lopatice z 3D-tiskanimi hlajenimi kanali in z CNC-om obdelanimi profili kril.
Z vidika trajnostnih vidikov dodatna proizvodnja podpira krožno ekonomijo, pri kateri se reciklirani praški (npr. ostanki titanove zlitine) lahko ponovno uporabljajo v zaprtih sistemih; čeprav se stopnja recikliranja pri odstranjevalni proizvodnji izboljšuje, še naprej srečuje izzive pri ločevanju kovinskih struženk in obnavljanju lastnosti materiala.
Kar zadeva prihodnjo razvojno pot, bo z napredkom digitalnih tehnologij izdelave izbira med aditivnimi in subtraktivnimi procesi odvisna od treh osnovnih dejavnikov: zapletenosti dela (kompromis med geometrijsko svobodo in strukturno preprostostjo), zahtev po količini proizvodnje (razlika med masovno proizvodnjo in prilagojenimi serijami) ter zahtev po trajnostnosti (učinkovitost uporabe materialov in indikatorji emisij ogljikovega dioksida). Hibriderne rešitve bodo verjetno prevladovale v visokovrednostnih sektorjih, medtem ko se bodo določeni primerni primeri uporabe nagibali k enemu samemu procesu. Era »ali-ali« se končuje, industrijski uspeh pa sedaj temelji na strategični integraciji obeh procesov.
EN