Για δεκαετίες η συζήτηση έχει χαρακτηριστεί ως ανταγωνισμός: 3D εκτύπωση έναντι κατεργασίας CNC, πρόσθεση έναντι αφαίρεσης, στρώση-στρώση έναντι τσιπ-τσιπ. Οι βιομηχανίες που διακινούν τα περισσότερα υλικά, συμπεριλαμβανομένης της αεροδιαστημικής, της ενέργειας και της ιατρικής, έχουν σε μεγάλο βαθμό διευθετήσει αυτή τη συζήτηση συνδυάζοντας και τις δύο. Η υβριδική κατασκευή σημαίνει τη χρήση προσθετικών και αφαιρετικών διαδικασιών μαζί, μερικές φορές μέσα σε ένα μόνο μηχάνημα, για την παραγωγή εξαρτημάτων που καμία από τις δύο διαδικασίες δεν θα μπορούσε να κατασκευάσει μόνη της. Αυτός ο οδηγός καλύπτει τι είναι στην πραγματικότητα η υβριδική κατασκευή, πώς συγκρίνεται με τις καθαρά προσθετικές και καθαρά αφαιρετικές ροές εργασίας, τους κάθετους τομείς όπου έχει αποκτήσει την ισχυρότερη θέση και πού STYLECNC η δυνατότητα άλεσης σε καλούπι ταιριάζει. Για το υποκείμενο 3D εκτύπωση έναντι αστάρι χάραξης CNC, βλέπε 3D εκτυπωτής εναντίον 3D Σύγκριση δρομολογητών CNC.
Τι είναι η Υβριδική Παραγωγή;
Η υβριδική κατασκευή συνδυάζει πρόσθετα (3D εκτύπωση ή εναπόθεση μετάλλου) και αφαιρετικές (μηχανική κατεργασία CNC) διαδικασίες σε μία μόνο ροή εργασίας ή σε μία μόνο μηχανή. Το προσθετικό βήμα δημιουργεί γεωμετρία σχεδόν καθαρού σχήματος από μεταλλική σκόνη ή σύρμα και το αφαιρετικό βήμα ολοκληρώνει κρίσιμες επιφάνειες, εσωτερικά χαρακτηριστικά και διαστάσεις με περιορισμένη ανοχή στην ίδια διάταξη.
Η υβριδική κατασκευή υπάρχει σε 2 κύριες μορφές. Η πρώτη είναι η υβριδική κατασκευή μίας μηχανής, όπου οι κεφαλές εναπόθεσης προσθέτων και οι άξονες φρεζαρίσματος CNC μοιράζονται το ίδιο περίβλημα, τους ίδιους άξονες και το ίδιο πεδίο εργασίας. DMG MORI Lasertec 65 3D, Mazak Integrex i-400AM και Okuma LASER EX είναι τα πιο συχνά αναφερόμενα παραδείγματα. Το δεύτερο είναι το υβριδικό workflow, όπου ένα 3D Ο εκτυπωτής κατασκευάζει το εξάρτημα και μια ξεχωριστή μηχανή CNC το ολοκληρώνει, με τις δύο διαδικασίες να διαχειρίζονται ως συνεχής αγωγός. Και οι δύο μορφές χαρακτηρίζονται ως υβριδική κατασκευή στη βιβλιογραφία του κλάδου.
Το διακριτικό χαρακτηριστικό είναι η πρόθεση. Ένα κατάστημα που λειτουργεί 3D Ένα μηχάνημα σε μια γωνία και ένα εργοστάσιο σε μια άλλη δεν κάνει απαραίτητα υβριδική κατασκευή. Ένα εργαστήριο που σχεδιάζει εξαρτήματα γνωρίζοντας ότι ορισμένα χαρακτηριστικά θα εκτυπωθούν σχεδόν στο καθαρό σχήμα και άλλα θα υποστούν μηχανική κατεργασία με ανοχή κάνει υβριδική κατασκευή, ανεξάρτητα από το αν οι 2 διαδικασίες μοιράζονται ένα μόνο μηχάνημα.
Προσθετικό vs Αφαιρετικό vs Υβριδικό: Η Οριστική Σύγκριση
Ο παρακάτω πίνακας συγκρίνει τις 3 προσεγγίσεις σε όλους τους παράγοντες που καθορίζουν την επιλογή διαδικασιών σε περιβάλλοντα παραγωγής. Η σύγκριση έχει δημιουργηθεί ως στόχος χαρακτηριστικών αποσπασμάτων για αγοραστές που ερευνούν τις επιλογές τους.
| Παράγοντας | Πρόσθετο (3D Εκτύπωση) | Αφαιρετική (CNC) | Υβριδικό |
|---|---|---|---|
| Προσέγγιση κατασκευής | Εναπόθεση μετάλλου ή πολυμερούς σε στρώσεις | Αφαίρεση υλικού από ένα συμπαγές μπλοκ αποθέματος | Εναπόθεση σχεδόν σε καθαρό σχήμα συν τελική κατεργασία |
| Γεωμετρική ελευθερία | Υψηλότερο, συμπεριλαμβανομένων εσωτερικών πλεγμάτων και καναλιών | Περιορίζεται από την πρόσβαση σε εργαλεία και τη γεωμετρία του αποθέματος | Συνδυάζει την ελευθερία εναπόθεσης με την ακρίβεια κατεργασίας |
| Απόβλητα υλικών (αγορά για πτήση) | Κοντά στο 1:1 για τα περισσότερα μέρη | Έως 20:1 για σύνθετα αεροδιαστημικά εξαρτήματα | Προσεγγίζει 1:1 ακόμη και σε κράματα αεροδιαστημικής |
| Η επιφάνεια τελειώνει | Συνήθως απαιτείται μετεπεξεργασία | Ra 1.6 έως 3.2 απευθείας από το μηχάνημα | Μηχανικά επεξεργασμένο φινίρισμα σε κρίσιμες επιφάνειες |
| Ο όγκος παραγωγής είναι το ιδανικό σημείο | 1 έως 50 μέρη ανά σχέδιο | 100+ ανταλλακτικά όπου η χρήση εργαλείων αποσβένει | Ανταλλακτικά χαμηλού όγκου, πολύπλοκα, υψηλής αξίας |
| Κόστος εργαλείων | Ν/Α | Υψηλή προκαταβολή για εξαρτήματα και εργαλεία | Μέτριο, απαιτούνται ακόμη εξαρτήματα |
| Χρόνος κύκλου ανά εξάρτημα | 5 έως 15 ώρες τυπικά για μέταλλο | 30 έως 90 λεπτά τυπικά για μέταλλο | Ταχύτερο από το καθαρό πρόσθετο σε τελικά εξαρτήματα |
| Επένδυση κεφαλαίου | 10 έως 1 εκατομμύριο δολάρια ΗΠΑ ανάλογα με την τεχνολογία | 30 έως 500 δολάρια ΗΠΑ για βιομηχανικό CNC | 1 εκατομμύριο έως 2 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ για υβριδικά συστήματα ενός μηχανήματος |
| Καλύτερη εφαρμογή | Πρωτότυπα, σύνθετη γεωμετρία, ιατρικά προϊόντα κατά παραγγελία | Παραγωγικές περίοδοι, περιορισμένες ανοχές, σκληρά μέταλλα | Αεροδιαστημική, ενέργεια, MRO, ψύξη με σύμμορφη μούχλα |
Η πιο εντυπωσιακή διαφορά είναι η αναλογία «αγορά προς πτήση». Η παραδοσιακή αφαιρετική κατεργασία των στηριγμάτων τιτανίου για την αεροδιαστημική συχνά αφαιρεί το 95% του αρχικού υλικού ως τσιπ, οδηγώντας σε αναλογίες που φτάνουν έως και το 20:1. Η υβριδική κατασκευή κατασκευάζει πρώτα μορφές σχεδόν καθαρού σχήματος και στη συνέχεια κατεργάζεται μόνο κρίσιμες επιφάνειες, οδηγώντας την αναλογία κοντά στο 1:1. Σε υπερκράματα νικελίου και τιτάνιο που κοστίζουν εκατοντάδες δολάρια ανά κιλό, αυτή η εξοικονόμηση υλικών από μόνη της δικαιολογεί την επένδυση κεφαλαίου για πολλούς παραγωγούς αεροδιαστημικής και ενέργειας.
Πώς λειτουργεί η υβριδική παραγωγή
Η υβριδική κατασκευή συνδυάζει 3 βασικές τεχνολογίες: ένα σύστημα εναπόθεσης, ένα σύστημα κατεργασίας CNC και ενσωματωμένο λογισμικό CAD/CAM που προγραμματίζει και τις δύο διαδικασίες με βάση το ίδιο μοντέλο εξαρτήματος.
Κατευθυνόμενη Εναπόθεση Ενέργειας Plus Φρεζάρισμα 5 Άξονων
Το κυρίαρχο βιομηχανικό πρότυπο είναι η κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας (DED) σε συνδυασμό με φρεζάρισμα 5 αξόνων. Μια δέσμη λέιζερ ή ηλεκτρονίων λιώνει μεταλλική σκόνη ή σύρμα καθώς τροφοδοτείται μέσω ενός ομοαξονικού ακροφυσίου, δημιουργώντας χαρακτηριστικά σχεδόν δικτυωτού σχήματος στρώμα προς στρώμα. Στη συνέχεια, το ίδιο μηχάνημα αλλάζει από την κεφαλή εναπόθεσης σε έναν άξονα φρεζαρίσματος και τελειοποιεί κρίσιμες επιφάνειες σε ανοχή. DMG MORI Lasertec 65 3D και το Mazak Integrex i-400AM είναι εφαρμογές αναφοράς. Σύμφωνα με την κάλυψη του κλάδου, το Lasertec 65 3D Χειρίζεται εξαρτήματα διαμέτρου έως 500 mm και συνδυάζει την εναπόθεση υλικού σε 5 άξονες με πλήρη φρεζάρισμα σε 5 άξονες σε ένα μόνο περίβλημα.
Φινίρισμα με βάση πούδρας Fusion Plus με αφαίρεση
Ένα δεύτερο μοτίβο χρησιμοποιεί σύντηξη σε στρώμα σκόνης (PBF) για να εκτυπώσει το εξάρτημα σε μία μηχανή και στη συνέχεια το μεταφέρει σε μια Μύλος CNC για φινίρισμα. Αυτή η ροή εργασίας είναι πιο συνηθισμένη στην υιοθέτηση από μικρά εργαστήρια, επειδή αποφεύγει το κόστος κεφαλαίου ενός ολοκληρωμένου μηχανήματος. Το συμβιβασμό είναι ο χειρισμός εξαρτημάτων και η επανατοποθέτηση μεταξύ των διαδικασιών. Οι πλατφόρμες Matsuura Lumex και Sodick OPM συμπιέζουν αυτήν τη ροή εργασίας σε ένα μόνο μηχάνημα για μικρότερα, πιο περίπλοκα εξαρτήματα.
Πρόσθετο τόξου σύρματος Plus CNC άλεση
Η προσθετική κατασκευή τόξου σύρματος (WAAM) χρησιμοποιεί μια κεφαλή τύπου συγκόλλησης για την εναπόθεση υλικού με πολύ υψηλότερους ρυθμούς από τις μεθόδους που βασίζονται σε σκόνη, συχνά σε συνδυασμό με φρεζάρισμα 5 αξόνων για φινίρισμα. Το Mazak Variaxis j-600AM χρησιμοποιεί αυτήν την προσέγγιση. Το WAAM προτιμάται για μεγάλες κατασκευές στην αεροδιαστημική και την ενέργεια, όπου η ταχύτητα εναπόθεσης έχει μεγαλύτερη σημασία από την λεπτή ανάλυση. Κάθε μοτίβο μοιράζεται την ίδια θεμελιώδη φιλοσοφία σχεδιασμού: κατασκευάζει αποτελεσματικά σχεδόν καθαρό σχήμα και στη συνέχεια επεξεργάζεται με μηχανική κατεργασία για ακρίβεια.
Η επιλογή μεταξύ των 3 μοτίβων εξαρτάται από το μέγεθος του εξαρτήματος, το υλικό και τις απαιτήσεις ακρίβειας. Το DED με φρεζάρισμα 5 αξόνων κυριαρχεί στα εξαρτήματα αεροδιαστημικής και μεγάλης ενεργειακής κατανάλωσης, όπου η διάμετρος του εξαρτήματος υπερβαίνει τα 200 mm και εμπλέκονται υπερκράματα τιτανίου ή νικελίου. Το PBF με αφαιρετικό φινίρισμα χειρίζεται μικρότερα περίπλοκα εξαρτήματα κάτω των 200 mm, όπου η λεπτομέρεια της επιφάνειας έχει μεγαλύτερη σημασία από τον ρυθμό κατασκευής. Το WAAM με φρεζάρισμα CNC κατέχει τις πολύ μεγάλες δομικές εργασίες όπου η ταχύτητα εναπόθεσης είναι ο παράγοντας πύλης και οι απαιτήσεις φινιρίσματος επιφάνειας είναι μέτριες. Τα περισσότερα υβριδικά εργαστήρια παραγωγικής ποιότητας τελικά αναπτύσσουν περισσότερα από ένα από αυτά τα μοτίβα, αντιστοιχίζοντας τη διαδικασία στο εξάρτημα αντί να αναγκάζουν κάθε εξάρτημα να περάσει από το ίδιο μηχάνημα.
Εφαρμογές στον κλάδο: Αεροδιαστημική, Ενέργεια, Ιατρική και MRO
Η υβριδική κατασκευή έχει αποκτήσει την ισχυρότερη θέση της σε 4 κάθετους τομείς, ο καθένας με συγκεκριμένους οικονομικούς ή τεχνικούς παράγοντες.
Αεροδιαστημική
Η αεροδιαστημική ήταν η πρώτη βιομηχανία που υιοθέτησε την υβριδική κατασκευή σε μεγάλη κλίμακα. Οι βάσεις κινητήρων, τα πτερύγια στροβίλων, τα δομικά εξαρτήματα και τα εξαρτήματα πυραυλοκινητήρων αποτελούν τυπικές εφαρμογές, ιδιαίτερα σε υπερκράματα τιτανίου και νικελίου. Η έρευνα του Κέντρου Τεχνολογίας Κατασκευής έχει τεκμηριώσει μειώσεις στο κόστος παραγωγής της τάξης του 23 έως 47% σε σύνθετα αεροδιαστημικά εξαρτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές αφαιρετικές μεθόδους. Το υβριδικό DMG MORI Lasertec 6600 DED έχει τοποθετηθεί ειδικά για μεγάλα τεμάχια εργασίας, συμπεριλαμβανομένων των εξαρτημάτων πυραυλοκινητήρων.
Ενέργεια
Οι παραγωγοί ενέργειας χρησιμοποιούν υβριδική κατασκευή για σωλήνες πετρελαιοπηγών, πτερύγια στροβίλων, σώματα βαλβίδων και μεγάλους άξονες, όπου τα ανθεκτικά στη φθορά χαρακτηριστικά μπορούν να εναποτεθούν σε υλικό βάσης χαμηλότερου κόστους και στη συνέχεια να υποστούν μηχανική κατεργασία. Η επισκευή αγωγών και εργαλείων στο κάτω μέρος του φρέατος έχει γίνει μια σημαντική περίπτωση χρήσης: τα φθαρμένα εξαρτήματα υψηλής αξίας υποβάλλονται σε νέο υλικό μέσω DED και στη συνέχεια υποβάλλονται σε μηχανική κατεργασία στις αρχικές προδιαγραφές. Τα οικονομικά οφέλη είναι πειστικά όταν ένα ανταλλακτικό κοστίζει 50,000 δολάρια ΗΠΑ ή περισσότερο και η επισκευή μέσω υβριδικού συστήματος κοστίζει ένα κλάσμα αυτού του ποσού.
Ιατρικός
Η ιατρική βιομηχανία εφαρμόζει υβριδικές ροές εργασίας σε εμφυτεύματα, χειρουργικά εργαλεία και οδοντιατρική προσθετική ειδικά για τον ασθενή. Τα εμφυτεύματα ισχίου και γόνατος από τιτάνιο επωφελούνται από πορώδεις προσθετικές δομές που προάγουν την ενσωμάτωση των οστών, σε συνδυασμό με κατεργασμένες επιφάνειες επαφής, λειανμένες σε κατοπτρικό φινίρισμα. Η υβριδική κατασκευή υποστηρίζει επίσης την ταχεία προσαρμογή στην κρανιακή και γναθοπροσωπική εργασία, όπου κάθε περίπτωση ασθενούς είναι μοναδική και η παραδοσιακή οικονομία της κατασκευής καταρρέει.
Συντήρηση, επισκευή και γενική επισκευή (MRO)
Η MRO είναι η ταχύτερα αναπτυσσόμενη υβριδική εφαρμογή επειδή λύνει ένα μακροχρόνιο πρόβλημα οικονομικής επισκευής. Φθαρμένα πτερύγια κινητήρων τζετ, περιβλήματα κιβωτίων ταχυτήτων, κοιλότητες καλουπιών και εξαρτήματα αντλιών μπορούν να αποκατασταθούν με την εναπόθεση νέου υλικού στις κατεστραμμένες περιοχές και στη συνέχεια με την κατεργασία της επισκευασμένης επιφάνειας στις αρχικές ανοχές. Το Mazak Variaxis j-600AM έχει τοποθετηθεί για αυτήν την εργασία, συνδυάζοντας πρόσθετο τόξου σύρματος με αφαιρετικό 5 αξόνων σε μία μόνο εγκατάσταση, ιδιαίτερα για εξαρτήματα αεροδιαστημικής, καλούπια, μήτρες και εξαρτήματα γεώτρησης λαδιού.
Ένα μοτίβο και στους 4 κάθετους κλάδους είναι ότι η υβριδική κατασκευή επιτυγχάνει εκεί όπου η αξία των εξαρτημάτων είναι υψηλή και οι παραδοσιακές προσεγγίσεις αποτυγχάνουν. Η αεροδιαστημική και η ενέργεια έχουν το υψηλότερο κόστος υλικών, η ιατρική έχει τις περισσότερες απαιτήσεις προσαρμογής και η MRO έχει τις πιο ακριβές εναλλακτικές λύσεις αντικατάστασης εξαρτημάτων. Οι βιομηχανίες που δεν μοιράζονται αυτά τα χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένων των γενικών καταναλωτικών προϊόντων, των βασικών εξαρτημάτων αυτοκινήτων και της κατασκευής αλουμινίου μεγάλου όγκου, δεν έχουν υιοθετήσει την υβριδική τεχνολογία με τον ίδιο ρυθμό. Τα οικονομικά δεδομένα απλώς δεν την ευνοούν όταν τα υλικά είναι φθηνά, οι όγκοι είναι υψηλοί και τα εξαρτήματα είναι εναλλάξιμα.
Πίνακας Αποφάσεων: Πότε η Υβριδική Κατασκευή Έχει Νόημα
Χρησιμοποιήστε τον παρακάτω πίνακα ως αρχικό πλαίσιο όταν αξιολογείτε εάν ένα δεδομένο σενάριο εξαρτήματος ή παραγωγής δικαιολογεί την υβριδική κατασκευή έναντι των καθαρά προσθετικών ή καθαρά αφαιρετικών προσεγγίσεων.
| Σενάριο Παραγωγής | Συνιστώμενη προσέγγιση | λογική |
|---|---|---|
| Χαμηλός όγκος, σύνθετη γεωμετρία, ακριβό υλικό | Υβριδικό | Προσεγγίσεις "buy-to-fly" 1:1 με εναπόθεση. Κρίσιμα χαρακτηριστικά κατεργασμένα με ανοχή |
| Μεγάλος όγκος, απλή γεωμετρία, κοινό υλικό | Αφαιρετικός | Χρόνοι κύκλου CNC από 30 έως 90 λεπτά, προσθήκη πρόσθετου 5 έως 15 ώρες ανά εξάρτημα |
| Πρωτότυπο, σύνθετα εσωτερικά κανάλια, πολυμερές | Πρόσθετα | 3D Η εκτύπωση χειρίζεται πλέγματα και σύμμορφα κανάλια που είναι αδύνατο να φρεζαριστούν |
| Επισκευή φθαρμένων εξαρτημάτων υψηλής αξίας | Υβριδικό | Η εναπόθεση αποκαθιστά το υλικό· η μηχανική κατεργασία το επαναφέρει στην αρχική του ανοχή |
| Ιατρικό εμφύτευμα εξατομικευμένου τύπου, τιτανίου | Υβριδικό | Γεωμετρία ειδική για τον ασθενή από πρόσθετο· τελειωμένες επιφάνειες από κατεργασία |
| Κοιλότητα μούχλας με σύμμορφα κανάλια ψύξης | Υβριδικό | Κανάλια ψύξης τυπωμένα στο εσωτερικό. Επιφάνεια από χάλυβα εργαλείων κατεργασμένη σε φινίρισμα καθρέφτη. |
| Παραγωγή άνω των 500 εξαρτημάτων αλουμινίου | Αφαιρετικός | Το κόστος εργαλείων και κύκλου αποσβένεται· το κόστος υβριδικού κεφαλαίου δεν δικαιολογείται |
| Μονοφασικοί ιμάντες και εξαρτήματα | Πρόσθετα | 3D Οι τυπωμένες μαλακές σιαγόνες και τα εξαρτήματα κοστίζουν ένα κλάσμα των αντίστοιχων μηχανουργικών εργασιών |
Ο πίνακας είναι ένα αρχικό πλαίσιο, όχι μια τελική απάντηση. Τα οικονομικά στοιχεία των μεμονωμένων εξαρτημάτων εξαρτώνται από τη διαθεσιμότητα του μηχανήματος, την εμπειρία του προγραμματιστή, το κόστος των υλικών κατά τη στιγμή της αγοράς και τις απαιτήσεις ποιότητας που αφορούν τον πελάτη. Το μοτίβο που ισχύει σε όλα τα σενάρια είναι ότι το υβριδικό σύστημα κερδίζει όταν το υλικό είναι ακριβό, η γεωμετρία είναι περίπλοκη και ο όγκος είναι χαμηλός έως μέτριος.
Κατασκευή καλουπιών και καλουπιών: Όπου συναντά το υβριδικό STYLECNC Ικανότητα
Η κατασκευή καλουπιών και μήτρων βρίσκεται στο σημείο τομής κάθε υβριδικού παράγοντα κατασκευής. Οι κοιλότητες των καλουπιών είναι γεωμετρικά πολύπλοκες, τα υλικά είναι ακριβοί χάλυβες εργαλείων, οι όγκοι είναι χαμηλοί (ένα έως λίγα καλούπια ανά σχέδιο) και οι πελάτες απαιτούν φινιρίσματα επιφάνειας που μόνο η μηχανική κατεργασία μπορεί να προσφέρει. Τα σύμμορφα κανάλια ψύξης, τα οποία διαπερνούν ένα καλούπι για να ελέγχουν τη θερμική συμπεριφορά κατά την έγχυση, αποτελούν μια υβριδική εφαρμογή που θεωρείται κλασική: αδύνατο να τρυπηθεί συμβατικά, εύκολο να εκτυπωθεί προσθετικά και φινιρίζεται μόνο με φρεζάρισμα ακριβείας.
STYLECNC Η βιομηχανική ικανότητα άλεσης σε καλούπια βασίζεται στο αφαιρετικό μισό αυτής της εξίσωσης. Κατηγορία μηχανής κατασκευής καλουπιών CNC περιλαμβάνει πλήρως αυτόματες μηχανές φρεζαρίσματος καλουπιών για σκληρυμένο χάλυβα εργαλείων, εργαλεία καλουπιών αλουμινίου και μεγάλα καλούπια παραγωγής πολλαπλών κοιλοτήτων. Για εργαστήρια που ήδη παράγουν καλούπια παραδοσιακά και εξερευνούν υβριδικές ροές εργασίας, το STYLECNC πλήρως αυτόματη μηχανή άλεσης CNC για την κατασκευή καλουπιών χειρίζεται το φινίρισμα σε κοιλότητες καλουπιού σχεδόν σε σχήμα καθαρού που παράγονται από εξωτερικά συστήματα προσθέτων.
The Κατηγορία μηχανής CNC 5 αξόνων επεκτείνει αυτήν την ικανότητα για την πολυαξονική επιφανειακή εργασία που απαιτεί το φινίρισμα υβριδικών καλουπιών, ιδιαίτερα σε σύμμορφες επιφάνειες εργαλείων ψύξης και πολύπλοκη γεωμετρία κοιλοτήτων. STYLECNC Μηχανές χύτευσης CNC με αυτόματους εναλλάκτες εργαλείων ολοκληρώνουν την εικόνα για περιβάλλοντα παραγωγής όπου πολλαπλά εργαλεία και λειτουργίες διαδοχικά διαδίδονται μέσω μιας ενιαίας εγκατάστασης, μειώνοντας τον χειρισμό που παραδοσιακά διαχωρίζει τα προσθετικά από τα αφαιρετικά βήματα της διαδικασίας.
Για τα εργαστήρια αεροδιαστημικής, ενέργειας, ιατρικής και MRO που επεκτείνονται από καθαρά αφαιρετικές σε υβριδικές ροές εργασίας, το πρακτικό σημείο εισόδου είναι η αναβάθμιση πρώτα της αφαιρετικής πλευράς. Τα ικανά κέντρα κατεργασίας 5 αξόνων με αυτόματες μηχανές αλλαγής εργαλείων και επαληθευμένους μετα-επεξεργαστές ενσωματώνονται άψογα με συστήματα πρόσθετων από τρίτους προμηθευτές, επιτρέποντας σε ένα εργαστήριο να δοκιμάζει υβριδικές ροές εργασίας χωρίς να δεσμεύει 1 έως 2 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ σε ένα ολοκληρωμένο σύστημα ενός μηχανήματος την πρώτη κιόλας ημέρα.
Η σταδιακή διαδικασία υιοθέτησης συνήθως περιλαμβάνει 3 φάσεις. Η πρώτη φάση εισάγει 3D-τυπωμένα εξαρτήματα, εξαρτήματα και μαλακές σιαγόνες παράλληλα με συμβατική φρεζάρισμα καλουπιών CNC, αξιοποιώντας την εξοικονόμηση χρόνου και κόστους στα εργαλεία χωρίς να αλλάζει η διαδικασία κατασκευής εξαρτημάτων. Η Φάση 2 προσθέτει ένα αυτόνομο σύστημα προσθέτων μετάλλου για πρωτότυπα και εξαρτήματα χαμηλού όγκου, με τα υπάρχοντα Μηχανές CNC χειρισμός των εργασιών φινιρίσματος μέσω χειροκίνητης μεταφοράς. Η Φάση 3 είτε δεσμεύεται σε ένα ολοκληρωμένο υβριδικό σύστημα μίας μηχανής είτε επισημοποιεί τη ροή εργασίας 2 μηχανών σε έναν αγωγό παραγωγής με κοινό προγραμματισμό, χρονοδιάγραμμα και ποιοτικό έλεγχο. Κάθε φάση έχει μετρήσιμες αποδόσεις και τα συνεργεία που ακολουθούν αυτήν την πορεία τείνουν να λαμβάνουν καλύτερες αποφάσεις υβριδικών επενδύσεων από τα συνεργεία που αγοράζουν ένα υβριδικό σύστημα μίας μηχανής πριν καταλάβουν ποια εξαρτήματα το χρειάζονται πραγματικά.
Γλωσσάρι: Όροι Υβριδικής Παραγωγής
Χρησιμοποιήστε αυτήν την αναφορά όταν συγκρίνετε υβριδικά μηχανήματα, συνομιλείτε με προμηθευτές ή εξετάζετε την τεχνική τεκμηρίωση του κλάδου.
| Όρος | Ορισμός |
|---|---|
| Υβριδική κατασκευή | Προσέγγιση παραγωγής που συνδυάζει προσθετικές και αφαιρετικές διαδικασίες, σε μία μόνο μηχανή ή σε μια συνεχή ροή εργασίας. |
| Κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας (DED) | Προσθετική διαδικασία που λιώνει μεταλλική σκόνη ή σύρμα με λέιζερ, δέσμη ηλεκτρονίων ή τόξο καθώς εναποτίθεται. |
| Σύντηξη σε κλίνη σκόνης (PBF) | Προσθετική διαδικασία που λιώνει επιλεκτικά στρώματα μεταλλικής σκόνης χρησιμοποιώντας δέσμη λέιζερ ή ηλεκτρονίων. |
| Κατασκευή πρόσθετων συρμάτινων τόξων (WAAM) | Προσθετική διαδικασία που χρησιμοποιεί κεφαλή συγκόλλησης για την εναπόθεση μεταλλικού σύρματος σε υψηλούς ρυθμούς, προτιμώμενη για μεγάλες κατασκευές. |
| Σχεδόν καθαρό σχήμα | Γεωμετρία εξαρτήματος κοντά στην τελική μορφή, αλλά απαιτεί τελική κατεργασία για κρίσιμες επιφάνειες και ανοχές. |
| Αναλογία αγοράς προς πτήση | Αναλογία πρώτης ύλης που αγοράζεται προς το υλικό στο τελικό εξάρτημα. Όσο χαμηλότερο τόσο καλύτερο. Οι υβριδικές προσεγγίσεις είναι 1:1. |
| Τυπική ψύξη | Κανάλια ψύξης καλουπιού που ακολουθούν το περίγραμμα της κοιλότητας, τα οποία συνήθως δημιουργούνται με εναπόθεση προσθέτων και κατεργάζονται μηχανικά για σφράγιση. |
| Κεφαλή επένδυσης | Ακροφύσιο προσθετικής εναπόθεσης που παρέχει μεταλλική σκόνη ομοαξονικά με δέσμη λέιζερ για συσσώρευση υλικού. |
| Έλεγχος κλειστού βρόχου | Παρακολούθηση και προσαρμογή των παραμέτρων εναπόθεσης σε πραγματικό χρόνο κατά την κατασκευή προσθέτων για ποιοτική συνέπεια. |
| Πολυλειτουργική μηχανή | Πλατφόρμα CNC που συνδυάζει τόρνευση, φρεζάρισμα, διάτρηση και συχνά προσθετικές εργασίες σε μία μόνο εγκατάσταση. |
Συχνές ερωτήσεις
Θα αντικαταστήσει η υβριδική κατασκευή την παραδοσιακή κατεργασία CNC;
Όχι. Οι συζητήσεις στο νήμα του Practical Machinist με τίτλο «Επιπτώσεις της προσθετικής κατασκευής στην αφαιρετική κατασκευή» αντικατοπτρίζουν την ευρύτερη συναίνεση του κλάδου: η υβριδική κατεργασία δεν αντικαθιστά την αφαιρετική κατεργασία για την παραγωγή μεγάλου όγκου κοινών υλικών. Συμπληρώνει την αφαιρετική κατεργασία χειριζόμενη εξαρτήματα που η καθαρή κατεργασία δεν μπορεί να κατασκευάσει οικονομικά, συμπεριλαμβανομένων πολύπλοκων γεωμετριών, ακριβών κραμάτων και επισκευής εξαρτημάτων υψηλής αξίας. Τα περισσότερα εργαστήρια παραγωγής θα συνεχίσουν να λειτουργούν αποκλειστικά μηχανήματα CNC παράλληλα με οποιαδήποτε υβριδική δυνατότητα προσθέτουν.
Πόσο κοστίζει μια υβριδική μηχανή παραγωγής;
Υβριδικά συστήματα ενός μηχανήματος όπως το DMG MORI Lasertec 65 3D και το Mazak Integrex i-400AM αναφέρονται σε 1 έως 2 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ ανά μηχάνημα σε βιομηχανική κάλυψη από τις VoxelMatters και Modern Machine Shop. Οι υβριδικές διατάξεις ροής εργασίας, όπου ένα ξεχωριστό σύστημα προσθέτων τροφοδοτεί μια ξεχωριστή μηχανή CNC, είναι σημαντικά φθηνότερες στην σταδιακή κατασκευή, αλλά απαιτούν προσεκτικό σχεδιασμό διαδικασιών για τη διαχείριση της μεταβίβασης εξαρτημάτων μεταξύ μηχανών.
Ποια υλικά είναι καλύτερα για την υβριδική κατασκευή;
Το τιτάνιο, τα υπερκράματα νικελίου (Inconel 625 και 718), οι χάλυβες εργαλείων (H13, P20) και οι ανοξείδωτοι χάλυβες είναι τα πιο τεκμηριωμένα στη βιβλιογραφία για την υβριδική κατασκευή. Η οικονομική άποψη ευνοεί τα ακριβά υλικά επειδή η βελτίωση της αγοράς με βάση την άμεση απόδοση από την εναπόθεση προσθέτων σχεδόν στο καθαρό σχήμα είναι πιο πολύτιμη όταν κάθε κιλό κοστίζει εκατοντάδες δολάρια. Η υβριδική κατεργασία αλουμινίου είναι λιγότερο συνηθισμένη επειδή το αλουμίνιο είναι αρκετά φθηνό ώστε η συμβατική κατεργασία να παραμένει οικονομική.
Μπορεί η υβριδική κατασκευή να επισκευάσει φθαρμένα εξαρτήματα;
Ναι, και το MRO είναι μια από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες περιπτώσεις χρήσης υβριδικών συστημάτων. Η βιομηχανική κάλυψη από ΜΜΕ και Modern Machine Shop καταγράφει πλατφόρμες Mazak Variaxis που χρησιμοποιούνται για την εναπόθεση νέου υλικού σε φθαρμένα πτερύγια κινητήρων τζετ, κοιλότητες καλουπιών και εξαρτήματα γεώτρησης λαδιού, και στη συνέχεια για την κατεργασία της επισκευασμένης επιφάνειας στις αρχικές ανοχές. Η οικονομική άποψη λειτουργεί επειδή το κόστος επισκευής μέσω υβριδικού συστήματος είναι συνήθως ένα κλάσμα της αντικατάστασης του αρχικού εξαρτήματος.
Τι λογισμικό χρειάζομαι για την υβριδική κατασκευή;
Απαιτούνται πλατφόρμες CAD/CAM που χειρίζονται τόσο τον προσθετικό όσο και τον αφαιρετικό προγραμματισμό στο ίδιο μοντέλο. Η Siemens NX Hybrid CAD/CAM, το Autodesk PowerMill με προσθετικές μονάδες και το ιδιόκτητο λογισμικό από κατασκευαστές μηχανημάτων όπως η DMG MORI CELOS κυριαρχούν στην αγορά. Ο προγραμματισμός υβριδικών μηχανών απαιτεί εξειδίκευση τόσο στις παραμέτρους προσθετικής εναπόθεσης όσο και στην παραδοσιακή CAM, η οποία αποτελεί μια από τις κύριες προκλήσεις για το εργατικό δυναμικό που έχουν επισημανθεί σε μελέτες υιοθέτησης από τον κλάδο.
Αξίζει τον κόπο η υβριδική κατασκευή για ένα συνεργείο;
Εξαρτάται από το μείγμα εργασίας. Πηγές του κλάδου, συμπεριλαμβανομένων των εμπορικών δημοσιεύσεων για ΜΜΕ και προσθετική κατασκευή, υποδεικνύουν ότι η υβριδική παραγωγή αποδίδει ταχύτερα σε εργαστήρια που εκτελούν αεροδιαστημικές, ενεργειακές, ιατρικές ή εργασίες MRO σε ακριβά υλικά σε μικρούς έως μεσαίους όγκους. Τα εργαστήρια που επικεντρώνονται στην παραγωγή μεγάλου όγκου κοινών μετάλλων όπως το αλουμίνιο και ο μαλακός χάλυβας σπάνια δικαιολογούν το κόστος κεφαλαίου. Μια κοινή στρατηγική εισόδου είναι η χρήση... 3D-τυπωμένα εξαρτήματα και μαλακές σιαγόνες παράλληλα με τα συμβατικά CNC πριν επενδύσουν σε ενσωματωμένο υβριδικό υλικό.
