Manufaktur Aditif vs. Subtraktif: Perbedaan Utama yang Dijelaskan

Manufaktur adalah langkah krusial dalam produksi yang sebenarnya mengubah bahan baku atau sisa menjadi produk yang diinginkan dengan menambahkan nilai yang substansial. Beberapa proses manufaktur ada untuk memenuhi kebutuhan pemrosesan berbagai macam materi dengan cara yang luas. Kebutuhan yang meningkat untuk produk miniatur dengan kualitas permukaan yang lebih baik dan lebih banyak fungsionalitas bawaan membuka jalan bagi perkembangan manufaktur yang cepat dan sebagai akibatnya berbagai proses canggih telah berkembang yang dapat memproses materi secara efisien untuk lebih baik memenuhi permintaan pasar saat ini. Lingkup manufaktur juga telah berkembang secara bertahap untuk mencakup domain yang luas mulai dari sektor industri kuno hingga perusahaan produk atau layanan canggih untuk berkontribusi secara memadai terhadap kebutuhan mereka.

Berbagai proponent mencoba mengklasifikasikan semua proses manufaktur dengan cara yang sistematis; namun, dalam banyak kasus, klasifikasi semacam itu gagal untuk secara tidak ambigu mencakup proses yang baru dikembangkan. Mempertimbangkan semua proses yang relevan, manufaktur dapat dikategorikan ke dalam lima grup berikut:

Proses cetakan: Di sini bahan baku dilelehkan untuk dituangkan ke dalam rongga yang telah dibangun dan sama diizinkan untuk mengalami pengakuan. Jadi produk dengan bentuk terbalik dari rongga diperoleh. Proses kuno ini cocok untuk memberikan bentuk dasar pada komponen karena tidak dapat menghasilkan bentuk rumit maupun memberikan permukaan halus. Semua proses cetakan dan cetakan (seperti cetakan pasir, cetakan cetak, cetakan suntikan, dll.) mengikuti prinsip dasar ini.

Proses penggabungan: Di sini dua atau lebih komponen padat dapat digabungkan secara sementara atau permanen. Penggabungan dapat dilakukan dengan pelehan untuk membentuk koalesensi atau dengan bantuan elemen mekanis lainnya. Las, pemasangan sekrup pasir, peleburan, pengelasan, pengikat, fit joining, perekat, pemenasahan, kotter joint, knuckle joint, dll. termasuk dalam cakupan penggabungan. Proses pembongkaran juga termasuk dalam ini.

Proses modifikasi: Di sini properti materi atau bentuk dasar dapat diubah dengan berbagai cara untuk lebih sesuai dengan kebutuhan. Berbagai proses pembentukan seperti pukulan, gulir, gambar, ekstrusi, dll. digunakan untuk transformasi bentuk; sementara, pemanasan, perawatan kriogenik, pelapisan, dll. digunakan untuk memodifikasi properti komponen.

Proses aditif: Di sini lapisan material dalam bentuk semi-padat ditambahkan satu demi lain untuk langsung membangun komponen tiga dimensi yang benar dengan fitur yang diperlukan dan akurasi yang ditingkatkan. Demikian itu menghilangkan kebutuhan pemrosesan pasca; namun, proses semacam ini cocok untuk komponen ukuran kecil. Proses prototipe cepat (seperti 3-D printing, stereo lithography, selective laser sintering, dll.) mengikuti prinsip aditif.

Proses subtraktif: Seperti yang namanya sapikan, di sini lapisan demi lapisan material dihapus dari workpiece padat untuk akhirnya menghasilkan produk yang diinginkan. Jadi pemborosan material terjadi. Proses pemesinan atau pemotongan logam mengikuti prinsip subtraktif. Contoh meliputi bubut, forming, milling, bor, gerinda, lapping, abrasive jet machining, electric-discharge machining, laser beam machining, dll.

Tabel: Perbedaan antara manufaktur aditif dan subtraktif

Filosofi penambahan dan pengurangan: Keduanya digunakan untuk menghasilkan komponen atau fitur tiga dimensi yang benar dengan akurasi dimensi yang ditingkatkan dan toleransi ketat; namun, mereka berbeda dalam pendekatannya. Manufaktur aditif mengikuti prinsip menambahkan lapisan demi lapisan material satu demi lain sesuai dengan desain untuk akhirnya membangun produk dengan fitur yang diinginkan. Jadi proses dimulai dengan tinggi nol (tanpa materi) dan secara bertahap tingginya bertambah saat lapisan ditetapkan. Material biasanya ditetapkan dalam bentuk semi-padat dan lapisan berikut ditambahkan setelah lapisan sebelumnya menjadi sepenuhnya kering. Sebaliknya, dalam filosofi manufaktur subtraktif, lapisan demi lapisan material dihapus dari lokasi yang diinginkan dari blok padat untuk akhirnya mendapatkan komponen yang diinginkan. Jadi proses dimulai dengan blok bahan baku padat dan material dihapus padanya untuk menciptakan fitur yang diinginkan. Material dapat dihapus dengan berbagai cara (seperti pemotongan dalam bentuk kotoran padat, pelehan dan penguapan, ionisasi, sputtering, dll.) berdasarkan proses yang digunakan.

Titik leleh bahan kerja: Dengan proses aditif, bahan kerja perlu dilelehkan atau dibuat plastik dengan pemanasan. Material dengan titik leleh tinggi akan mengonsumsi lebih banyak panas untuk menjadi plastik (semi-padat) sehingga dapat ditambahkan di atas lapisan sebelumnya. Demikian ini dipilih untuk materi dengan titik leleh rendah seperti plastik atau PMMA. Namun, titik leleh bukan faktor yang signifikan untuk pemrosesan bahan teknik dengan metode subtraktif karena material dihapus dalam bentuk padat atau oleh ionisasi. Dalam proses NTM berbasis energi termal semacam itu di mana material dihapus oleh pelehan dan penguapan, intensitas energi sinar selalu berlebih jauh dibandingkan titik leleh materi. Misalnya, dalam EDM, suhu lokal melebihi 10.000°C, yang jauh lebih tinggi dari 3422°C (titik leleh titanium, titik leleh tertinggi di antara semua logam).

Memanipulasi kepadatan volumetrik: Keuntungan terbesar dari proses aditif adalah kemungkinan mengubah kepadatan bahan kerja selama penambahan lapisan. Di sini kepadatan dalam rentang 20 – 100% dapat diadopsi dan volume material keseluruhan dapat diubah dengan cara yang terkontrol. Ini satu cara dapat mengurangi konsumsi material dan cara lain dapat secara substansial mengurangi berat komponen, sebagian besar tanpa mengorbankan kekuatan dinding. Fasilitas semacam ini tidak dapat diperoleh dengan proses subtraktif, karena kepadatan bahan kerja tetap sama selama operasi. Demikian berat komponen tidak dapat dikurangi setelah blok material awal dipilih.

Pemborosan material: Dengan proses aditif, lapisan tipis material ditambahkan di atas lapisan sebelumnya sesuai dengan desain (desain berbasis komputer, seperti CAD). Jadi ketika ada fitur rongga atau slot, material tidak ditetapkan pada posisi itu. Penambahan material berulang dalam lapisan sesuai dengan desain pada akhirnya menghasilkan objek 3-D yang diinginkan. Tidak ada pemrosesan pasca yang dilakukan padanya; jadi tidak ada pemborosan material yang terjadi. Dengan proses subtraktif, material berlebih secara bertahap dihapus dari bahan baku dasar; namun, penghapusan semacam ini dapat terjadi dalam berbagai bentuk (seperti kotoran padat, pelehan dan penguapan, ionisasi, sputtering, dll.) berdasarkan proses yang digunakan.

Kecocokan: Hingga sekarang, dengan perkembangan teknologi yang sepenuhnya, proses aditif cocok untuk materi selektif seperti plastik dan PMMA. Juga tidak dapat menangani objek yang lebih besar; kapasitas sistem biasanya terbatas hingga 2kg. Namun, proses subtraktif dapat menangani berbagai macam materi. Beberapa properti mekanik, listrik dan termal (seperti kekerasan, kerapuhan, konduktivitas listrik, titik leleh, dll.) memberikan pembatasan pada kemampuan pemesinan untuk proses tertentu, namun keterbatasan semacam ini dapat diatasi dengan menggunakan proses lain. Proses ini juga mampu menangani objek yang lebih besar secara efisien.

Produksi bentuk kompleks dan bagian rongga: Dalam proses aditif, gambar CAD pertama diiris menjadi lapisan tipis (ketebalan lapisan tergantung pada akurasi dimensi yang diinginkan dan finishing permukaan) dan kemudian material ditambahkan lapisan demi lapisan satu demi lain. Jadi setiap bentuk rumit dapat dipertimbangkan selama langkah pengirisan dan penambahan material yang berikutnya, dan demikian menghilangkan kebutuhan pemrosesan pasca. Ini bahkan dapat menghasilkan bagian rongga internal, seperti rongga sepenuhnya tertutup. Proses subtraktif memiliki kemampuan terbatas dalam menghasilkan bentuk kompleks. Ini tidak dapat menciptakan rongga sepenuhnya tertutup.

Aspek industri: Proses aditif memakan waktu karena waktu penambahan lapisan dan waktu pengeringan yang kemudian terkait dengannya. Namun, saat memproduksi objek kecil dengan bentuk rumit dan presisi tinggi (misalnya prototipe), ini dapat hemat waktu dan biaya, terutama jika kuantitas produksi sangat kecil. Kontrol lingkungan kerja yang ketat juga diinginkan dalam banyak kasus. Meskipun proses aditif muncul sebagai alternatif yang cocok untuk proses subtraktif di beberapa area, untuk produksi massal objek besar dengan bentuk sederhana, proses subtraktif dapat secara luas mengalahkan pesaingnya.

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

1. Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Production by L. Yang, K. Hsu, B. Baughman, D. Godfrey, F. Medina, M. Menon and S. Wiener (1^st edition, Springer).
2. Additive Manufacturing: 3D Printing for Prototyping and Manufacturing by A. Gebhardt and J. Hötter (1^st edition, Hanser).
3. Newman et al. (2015); Process planning for additive and subtractive manufacturing technologies; CIRP Annals; Vol. 64 (1); pp. 467-470.