Perbedaan Antara Manufaktur Aditif dan Subtraktif

Manufaktur adalah salah satu langkah penting dalam produksi yang benar-benar mengubah bahan mentah atau sisa menjadi produk yang diinginkan dengan menambahkan nilai substansial. Beberapa proses manufaktur ada untuk memenuhi kebutuhan pemrosesan berbagai macam bahan dengan cara yang luas. Meningkatnya kebutuhan akan produk miniatur dengan kualitas permukaan yang lebih baik dan lebih banyak fungsi bawaan membuka jalan bagi perkembangan manufaktur yang cepat dan sebagai konsekuensinya, berbagai proses canggih telah berevolusi yang dapat memproses bahan secara efisien untuk memenuhi permintaan pasar saat ini dengan lebih baik. Cakupan manufaktur juga telah berkembang secara bertahap untuk mencakup domain yang luas mulai dari sektor industri tua hingga perusahaan berbasis produk atau layanan canggih untuk berkontribusi secara memadai terhadap kebutuhan mereka.

Berbagai pendukung berusaha untuk mengklasifikasikan semua proses manufaktur dengan cara yang sistematis; namun, dalam banyak kasus, klasifikasi tersebut gagal untuk secara jelas mencakup proses yang baru dikembangkan. Mempertimbangkan semua proses yang relevan, manufaktur dapat dikategorikan dalam lima kelompok berikut:

Proses casting: Di sini bahan mentah dilebur untuk dituangkan ke dalam rongga yang sudah dibuat sebelumnya dan yang sama dibiarkan mengalami pemadatan. Dengan demikian diperoleh produk dengan bentuk rongga yang terbalik. Proses kuno ini cocok untuk memberikan bentuk dasar pada komponen karena tidak dapat menghasilkan bentuk yang rumit atau memberikan permukaan yang halus. Semua proses pengecoran dan pencetakan (seperti cetakan pasir, pengecoran mati, pengecoran injeksi, dll.) mengikuti prinsip dasar ini.

Proses bergabung: Di sini dua atau lebih komponen padat dapat digabungkan baik sementara atau permanen. Penyambungan dapat dilakukan dengan melebur untuk membentuk koalesensi atau dengan bantuan elemen mekanis lainnya. Pengelasan, paku keling, penyolderan, pematrian, penggandengan, penyambungan yang pas, pengikatan perekat, pengikatan, sambungan cotter, sambungan buku jari, dll. berada di bawah payung penyambungan. Proses pembongkaran juga termasuk dalam hal ini.

Proses modifikasi: Di sini sifat material atau bentuk dasar dapat diubah dengan berbagai cara agar lebih sesuai dengan kebutuhan. Berbagai proses pembentukan seperti penempaan, penggulungan, menggambar, ekstrusi, dll. digunakan untuk transformasi bentuk; sedangkan, perlakuan panas, perlakuan kriogenik, pelapisan, dll. digunakan untuk memodifikasi sifat komponen.

Proses tambahan: Di sini lapisan material dalam bentuk semi-padat ditambahkan satu di atas yang lain untuk secara langsung membangun komponen tiga dimensi sejati yang memiliki fitur yang diperlukan dan akurasi yang ditingkatkan. Dengan demikian menghilangkan kebutuhan pasca-pemrosesan; namun, proses tersebut cocok untuk komponen berukuran kecil. Proses pembuatan prototipe cepat (seperti pencetakan 3-D, litografi stereo, sintering laser selektif, dll.) mengikuti prinsip aditif.

Proses subtraktif: Seperti namanya, di sini bahan lapis demi lapis dikeluarkan dari benda kerja padat untuk akhirnya menghasilkan produk yang diinginkan. Jadi pemborosan material terjadi. Proses pemesinan atau pemotongan logam mengikuti prinsip subtraktif. Contohnya meliputi pembubutan, pembentukan, penggilingan, pengeboran, penggilingan, pemukulan, pemesinan jet abrasif, pemesinan pelepasan listrik, pemesinan sinar laser, dll.

Tabel:Perbedaan antara manufaktur aditif dan subtraktif

Filosofi penjumlahan dan pengurangan: Kedua filosofi tersebut digunakan untuk menghasilkan komponen atau fitur tiga dimensi yang sebenarnya dengan akurasi dimensi yang ditingkatkan dan toleransi yang dekat; Namun, mereka berbeda dalam pendekatan mereka. Manufaktur aditif mengikuti prinsip menambahkan bahan lapis demi lapis satu sama lain sesuai desain untuk akhirnya membangun produk yang memiliki fitur yang diinginkan. Jadi prosesnya dimulai dengan ketinggian nol (tanpa material) dan secara bertahap ketinggiannya meningkat saat lapisan diendapkan. Material biasanya diendapkan dalam bentuk semi-padat dan lapisan berikutnya ditambahkan setelah lapisan sebelumnya benar-benar kering. Berlawanan dengan ini, dalam filosofi manufaktur subtraktif, bahan lapis demi lapis dipindahkan dari lokasi blok padat yang diinginkan untuk akhirnya mendapatkan komponen yang diinginkan. Jadi prosesnya dimulai dengan blok bahan mentah yang solid dan bahan dikeluarkan darinya untuk membuat fitur yang diinginkan. Material dapat dihilangkan dengan beberapa cara (seperti pemotongan dalam bentuk kepingan padat, peleburan dan penguapan, ionisasi, sputtering, dll.) berdasarkan proses yang digunakan.

Titik lebur bahan kerja: Dengan proses aditif, bahan kerja diperlukan untuk meleleh atau membuatnya menjadi plastik dengan pemanasan. Bahan dengan titik leleh yang lebih tinggi akan mengkonsumsi lebih banyak panas untuk menjadi plastik (semi-padat) sehingga dapat ditambahkan pada lapisan sebelumnya. Jadi lebih disukai untuk bahan titik leleh rendah seperti plastik atau PMMA. Namun, titik leleh bukan merupakan faktor yang cukup besar untuk memproses bahan teknik dengan metode subtraktif karena bahan dihilangkan dalam bentuk padat atau dengan ionisasi. Dalam proses NTM berbasis energi termal di mana material dihilangkan dengan peleburan dan penguapan, intensitas energi sinar selalu tetap lebih tinggi dari titik leleh material. Misalnya, di EDM, suhu lokal melebihi 10.000°C, yang jauh lebih tinggi dari 3422°C (titik lebur titanium, titik lebur tertinggi di antara semua logam).

Memanipulasi kepadatan volumetrik: Keuntungan terbesar dari proses aditif adalah kemungkinan mengubah kepadatan bahan kerja selama pengendapan lapisan. Di sini kerapatan dalam kisaran 20 – 100% dapat diadopsi dan volume material keseluruhan dapat diubah dengan cara yang terkendali. Ini dalam satu cara dapat mengurangi konsumsi material dan dengan cara lain dapat secara substansial mengurangi berat komponen, sebagian besar tanpa mengorbankan kekuatan dinding. Fasilitas seperti itu tidak dapat diperoleh dengan proses subtraktif, karena kepadatan bahan kerja tetap sama selama operasi. Dengan demikian bobot komponen tidak dapat dikurangi setelah blok bahan awal dasar dipilih.

Pemborosan bahan: Dengan proses aditif, lapisan tipis bahan ditambahkan di atas lapisan sebelumnya sesuai desain (desain berbasis komputer, seperti CAD). Jadi ketika ada fitur seperti rongga atau slot, maka material tidak diendapkan pada posisi itu. Pengendapan material secara berulang-ulang sesuai desain pada akhirnya menghasilkan objek 3-D yang diinginkan. Tidak ada pasca-pemrosesan lebih lanjut yang dilakukan di atasnya; sehingga tidak terjadi pemborosan material. Dengan proses subtraktif, bahan berlebih secara bertahap dihilangkan dari bahan baku dasar; namun, penghilangan tersebut dapat terjadi dalam berbagai bentuk (seperti serpihan padat, peleburan dan penguapan, ionisasi, sputtering, dll.) berdasarkan proses yang digunakan.

Kesesuaian: Hingga saat ini, dengan perkembangan teknologi sepenuhnya, proses aditif cocok untuk bahan selektif seperti plastik dan PMMA. Juga tidak dapat menangani objek yang lebih besar; kapasitas sistem biasanya terbatas pada 2kg. Namun, proses subtraktif dapat menangani berbagai macam material. Sifat mekanik, listrik dan termal tertentu (seperti kekerasan, kerapuhan, konduktivitas listrik, titik leleh, dll.) menimbulkan batasan pada kemampuan mesin untuk proses tertentu, tetapi batasan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan proses lain. Proses ini juga mampu menangani objek yang lebih besar secara efisien.

Produksi bentuk kompleks dan bagian berongga: Dalam proses aditif, gambar CAD pertama-tama diiris menjadi lapisan tipis (ketebalan lapisan tergantung pada akurasi dimensi dan permukaan akhir yang diinginkan) dan kemudian bahan ditambahkan lapis demi lapis di atas yang lain. Jadi setiap bentuk rumit dapat dipertimbangkan selama pengirisan dan langkah-langkah pengendapan material berikutnya, dan dengan demikian menghilangkan persyaratan pemrosesan pasca. Bahkan dapat menghasilkan bagian berongga internal, seperti rongga tertutup penuh. Proses subtraktif memiliki kemampuan yang terbatas dalam menghasilkan bentuk yang kompleks. Itu tidak dapat membuat rongga tertutup sepenuhnya.

Aspek industri: Proses aditif memakan waktu sebagai waktu deposisi lapisan dan setelah itu waktu pengeringan dikaitkan dengannya. Namun, saat membuat objek berukuran kecil yang memiliki bentuk rumit dan presisi tinggi (misalnya prototipe), hal ini dapat menghemat waktu dan biaya, terutama jika jumlah produksinya sangat kecil. Kontrol lingkungan ruang kerja yang ketat juga diinginkan dalam banyak kasus. Meskipun proses aditif muncul sebagai alternatif yang cocok untuk proses subtraktif di area tertentu, untuk produksi massal objek besar dengan bentuk sederhana, proses subtraktif dapat sangat menggantikan saingannya.

Perbandingan ilmiah antara manufaktur aditif dan manufaktur subtraktif disajikan dalam artikel ini. Penulis juga menyarankan Anda untuk membaca referensi berikut untuk pemahaman topik yang lebih baik.

1. Manufaktur Aditif Logam:Teknologi, Material, Desain dan Produksi oleh L. Yang, K. Hsu, B. Baughman, D. Godfrey, F. Medina, M. Menon dan S. Wiener (1 ^st edisi, Springer).
2. Manufaktur Aditif:Pencetakan 3D untuk Pembuatan Prototipe dan Manufaktur oleh A. Gebhardt dan J. Hötter (1 ^st edisi, Hanser).
3. Newman dkk. (2015); Perencanaan proses untuk teknologi manufaktur aditif dan subtraktif; Sejarah CIRP; Jil. 64 (1); hal. 467-470.