ساخت کاهشی و افزایشی چیست؟ – معایب و مزایا

ساخت کاهشی و افزایشی دو روش ساخت و تولید قطعات هستند که در روش ساخت کاهشی [به انگلیسی: Subtractive Manufacturing] مواد اضافی به کمک ماشینکاری از روی قطعه کار خام حذف می‌شوند. در مقابل، در ساخت افزایشی [به انگلیسی: Additive Manufacturing]  با افزودن لایه به لایه مواد قطعه نهایی تولید می‌شود. اگرچه این رویکردها اساساً متفاوت هستند اما اغلب به دلیل همپوشانی دامنه کاربردهایشان در کنار هم استفاده می‌شوند.

درک اینکه چگونه می‌توان از هر نوع تکنولوژی برای بهینه‌سازی توسعه و ساخت محصول بیشترین استفاده را کرد، در ابتدا می‌تواند دشوار باشد. هر دو روش مزایایی دارند که در استفاده از یک رویکرد بر دیگری منطقی‌تر است. برای مثال، یک فرآیند می‌تواند برای یک حجم ساخت خاص یا در مرحله خاصی از توسعه محصول مفیدتر باشد.

در این نوشته، نگاه دقیق‌تری به تکنیک‌ها و کاربردهای مختلف ساخت کاهشی و افزایشی خواهیم انداخت تا به شما در تصمیم‌گیری درباره نحوه استفاده از آن‌ها برای فرآیندهای خود کمک کنیم.

ساخت کاهشی – Subtractive Manufacturing

ساخت کاهشی اصطلاحی است برای انواع مختلف ماشینکاری کنترل‌شده و فرآیندهای حذف مواد که در ابتدا به شکل بلوک‌های جامد، میله‌های پلاستیکی، فلزی یا سایر مواد هستند شکل می‌گیرد. این فرآیندها که شامل حذف مواد از طریق برش، سوراخ‌کاری، سنگ‌زنی و … به صورت دستی و یا توسط کنترل عددی کامپیوتری (CNC)  هدایت می‌شوند.

در کنترل عددی کامپیوتری، یک مدل مجازی طراحی شده در نرم افزار CAD به عنوان ورودی برای ساخت عمل می‌کند. شبیه‌سازی نرم‌افزار با ورودی کاربر ترکیب می‌شود تا مسیرهای ابزار را از طریق هندسه قطعه هدایت کند. این دستورالعمل‌ها به دستگاه می‌گویند که چگونه برش‌ها، کانال‌ها، سوراخ‌ها و هر ویژگی دیگری را که نیاز به حذف مواد دارد، با در نظر گرفتن سرعت ابزار برش و سرعت تغذیه مواد ایجاد کند. ابزارهای برشی قطعات را بر اساس داده‌های ساخت به کمک رایانه (CAM) با کمک یا تعامل انسانی کم یا بدون هیچ گونه کمکی تولید می‌کنند.

فرآیندهای ساخت کاهشی معمولاً برای ایجاد قطعات در پلاستیک یا فلزات برای نمونه‌سازی اولیه، ساخت ابزارآلات و قطعات مصرفی نهایی استفاده می‌شوند. آنها برای کاربردهایی که نیاز به تلورانس‌ها و هندسه‌های دقیق دارند که ساخت آن‌ها با قالب‌گیری، ریخته‌گری یا سایر روش‌های سنتی دشوار است، ایده‌آل هستند.

ساخت افزایشی – Additive Manufacturing

بر خلاف ساخت کاهشی (حذف مواد از یک قطعه بزرگ‌تر)، در فرآیندهای ساخت افزایشی یا چاپ سه بعدی، قطعات با افزودن مواد یک لایه در یک زمان، با هر لایه متوالی به لایه قبلی تا زمانی که قطعه کامل شود، تولید می‌شوند.

درست مانند ابزارهای برشی کاهشی، فناوری‌های ساخت افزایشی قطعات را از مدل‌های CAD ایجاد می‌کنند. آماده‌سازی مدل‌ها برای چاپ سه‌بعدی با نرم‌افزار آماده‌سازی چاپ یا برش‌دهنده عمدتاً خودکار است، و راه‌اندازی کار را بسیار آسان‌تر و سریع‌تر از ابزارهای برشی می‌کند. بسته به فناوری، چاپگر سه بعدی مواد را رسوب می‌دهد. به طور انتخابی پودر را ذوب می‌کند، یا مواد فوتوپلیمر مایع را برای ایجاد قطعات بر اساس داده‌های CAM آماده می‌کند. قطعات پرینتر سه بعدی اغلب به تمیز کردن و تکمیل نیاز دارند تا به خواص و ظاهر نهایی خود قبل از آماده شدن برای استفاده دست یابند.

ساخت افزایشی برای طیف وسیعی از کاربردهای مهندسی و ساختی از جمله نمونه‌سازی، ساخت ابزارآلات و الگوهای ریخته‌گری و ساخت سفارشی قطعات نهایی ایده‌آل است. چاپگرهای سه بعدی صنعتی درجه بسیار بالایی از آزادی طراحی را ارائه می‌دهند و می‌توانند طرح‌های پیچیده‌ای را تولید کنند که ایجاد آنها با هر روش ساخت دیگری غیرممکن یا بسیار پرهزینه است. متداول ترین مواد مورد استفاده در ساخت مواد افزایشی پلاستیک‌ها هستند. پرینترهای سه بعدی رومیزی راه حلی مقرون به صرفه برای ایجاد قطعات پلاستیکی ارائه می دهند.

چه زمانی باید از ساخت کاهشی و افزایشی استفاده کرد

در حالی که تفاوت‌های کلیدی بین این دو روش وجود دارد اما ساخت کاهشی و افزایشی در مقابل همدیگر نیستند. در واقع، آن‌ها اغلب در کنار هم و در مراحل مختلف توسعه محصول و در ساخت و تولید استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، فرآیند نمونه‌سازی اغلب بر هر دو ابزار افزایشی و کاهشی متکی است. تولید مدل‌های مفهومی اولیه با ساخت افزایشی پلاستیکی، مانند استریولیتوگرافی (SLA) یا تف جوشی لیزری (SLS)  عموماً اقتصادی‌تر و سریع‌تر است. چاپ سه بعدی طیف گسترده‌ای از گزینه‌ها برای انتخاب مواد مختلف را برای نمونه‌سازی قطعات پلاستیکی ارائه می‌دهد. فناوری ساخت افزایشی معمولاً برای قطعات کوچک و طرح‌های بسیار پیچیده یا مناسب است.

با توجه به انتخاب‌های بی‌شمار در پرداخت‌های سطح و سرعت فرآیند، ساخت کاهشی اغلب انتخابی مناسب برای قطعات فلزی برای اکثر قطعات به جز پیچیده‌ترین طرح‌ها هستند. در فرآیند ساخت و تولید، فرآیندهای کاهشی و افزایشی اغلب مکمل یکدیگر هستند. تولیدکنندگان اغلب از پرینت سه بعدی پلاستیکی برای ساخت قطعات سفارشی و کم حجم استفاده می‌کنند. همچنین، برای حجم‌های بالاتر یا قطعاتی که تحت فشار مکانیکی شدیدتری قرار دارند، ساخت کاهشی را انتخاب می‌کنند. استفاده از ساخت افزایشی و کاهشی منجر به یک فرآیند ترکیبی می‌شود. این امر به طراحان و تولیدکنندگان محصول اجازه می‌دهد تا تطبیق پذیری و سرعت ساخت افزایشی را با استحکام قطعات تولیدی با ساخت کاهشی ترکیب کنند.