Является ли технология гибридного производства будущим аддитивного производства?

[Изображение предоставлено:DMG Mori]

Хотя аддитивное и традиционное (субтрактивное) производство часто находилось на противоположных концах спектра, так ли это на самом деле? По мере развития производственных технологий преимущества гибридного производства очевидны. Гибридные производственные системы, оснащенные возможностями как аддитивного, так и субтрактивного производства, могут изменить правила игры в отрасли. В этом сценарии аддитивные и субтрактивные технологии, далекие от конкурирующих методов, на самом деле могут значительно дополнять друг друга и открывать ряд возможностей для усовершенствованного универсального производства.

Что такое гибридное производство?

Совместное использование субтрактивных и аддитивных технологий - не новая концепция: Например, пост-обработка деталей, напечатанных на 3D-принтере, обычно включает в себя обработку с ЧПУ для достижения более высокой точности и более гладкой поверхности. Однако есть и другой способ объединения обоих методов, в результате чего получается так называемое гибридное производство.

Когда мы говорим о гибридном производстве, мы имеем в виду сочетание аддитивного и вычитающего производственные процессы на одной машине .

Гибридное производство использует наиболее ценные возможности обеих технологий:геометрическую сложность аддитивного производства и высокую точность субтрактивных методов. Это означает, что когда-то деталь может быть аддитивно создана и обработана за одну операцию, что ускоряет производственный процесс.

Конечно, это означает, что проектирование любого гибридного компонента должно выполняться с учетом требований как аддитивного, так и субтрактивного производства.

Сочетание лучшего из обоих миров

Одно из применений гибридных производственных систем - мелкосерийное производство металлических деталей. Машины, созданные для этой цели, обычно используют фрезерную систему с ЧПУ, к которой добавлены дополнительные возможности, такие как 3D-печать. насадки, например.

Несмотря на сложность конструкции, которую обеспечивает 3D-печать металлом, металлические детали требуют обширной постобработки, в частности, для устранения шероховатости поверхности. И хотя обработка с ЧПУ ограничена, когда дело доходит до изготовления сложной геометрии, она обеспечивает высокую степень точности.

Imperial Machine &Tool Co. - одна из компаний, которая разработала гибридную производственную технологию; здесь системы AM используются для производства сложных металлических деталей конечного использования, которые затем обрабатываются на станке с ЧПУ для обеспечения точности размеров.

Гибридные технологии - что есть на рынке

Прямое распределение энергии (DED) - это один из методов аддитивного производства, который можно использовать в таких гибридных решениях. DED работает, расплавляя материал лазером или электронным лучом, когда он наносится через сопло на платформу сборки. Затем наплавленный материал можно фрезеровать с ЧПУ для достижения лучшего качества поверхности и более жестких допусков. В качестве альтернативы, сначала можно фрезеровать деталь, а затем аддитивно создавать дополнительные элементы для создания более сложных форм. Технология DED - идеальный вариант для производства крупных металлических деталей и ремонта ключевых компонентов.

Американская компания Hybrid Manufacturing Technologies была первой, кто разработал гибридную систему наплавки и фрезерования под названием AMBIT ™ в 2013 году. Наиболее отличительной особенностью системы AMBIT является ее запатентованная наплавочная головка, которая может быть добавлена ​​к любому станку с ЧПУ для производства новых или ремонта существующих деталей с автоматическим процессом замены.

Ознакомьтесь с системой AMBIT компании здесь:

DMG MORI - еще один ключевой игрок в области гибридного производства. Гибридная машина LASERTEC 65 3D оснащена 5-осевым соплом для нанесения материала, что позволяет изготавливать очень сложные металлические детали. Также стоит упомянуть американскую компанию Optomec:компания предлагает два гибридных решения на основе собственной технологии LENS. Во-первых, это серия гибридных аддитивных машин, новейшая из которых (система LENS 850-R) подходит для больших металлических деталей, а во-вторых, серия станков, которые могут быть интегрированы в стандартную платформу ЧПУ.

Преимущества гибридного производства

Преимущества такого гибридного производства многочисленны. Во-первых, благодаря высокой скорости наплавки технологии DED и фрезерованию с ЧПУ, которые можно сразу использовать для отделки детали, напечатанной на 3D-принтере, сроки изготовления металлических деталей могут быть сокращены, что приводит к более быстрому выводу на рынок.

Во-вторых, гибридные производственные системы DED позволяют создавать высокоточные и плотные металлические детали большего размера, чем это позволяет процесс плавления в порошковом слое. Кроме того, такие системы обычно имеют многоосный рычаг, который может формировать деталь в любом направлении без необходимости в опорных конструкциях.

Еще одним преимуществом гибридных систем DED является то, что они могут быть из различных металлов. используется в той же части. Например, гибридная система может начать с обработки блока из одного металла, а затем переключиться на другой с помощью аддитивного производства. Часто плакирование выполняется таким способом.

Лазерное спекание также можно сочетать с фрезерованием с ЧПУ, в результате чего получается гибридный процесс порошкового покрытия. Matsuura Machinery Corp. является основным производителем таких систем, предлагая серию LUMEX «гибридных машин для лазерного спекания металлов».

Благодаря сочетанию селективного лазерного спекания и обрабатывающей платформы, вмещающей до 20 инструментов (LUMEX Avance-60), системы LUMEX могут производить детали без последующей обработки. Обрабатывающий шпиндель, представленный в этих системах, также способен достигать внутренних структур по мере их печати, создавая высокоточные детали. Это было бы невозможно только при аддитивном производстве, в ходе которого деталь сначала печатается, а затем отправляется на чистовую обработку.

По словам Мацууры, эта гибридная технология особенно полезна для индустрии изготовления форм, поскольку она способна вдвое снизить стоимость изготовления форм и штампов по сравнению с традиционными методами. Однако другие отрасли промышленности также могут воспользоваться преимуществами гибридной технологии порошкового слоя, создавая дорогостоящие компоненты с меньшим весом и улучшенной функциональностью.

Кроме того, пресс-формы со сложными конформными каналами охлаждения могут изготавливаться аддитивно, а затем обрабатываться на гибридных станках AM с порошковым слоем, в результате чего на 50% ускоряется работа пресс-формы для литья под давлением, а срок службы инструмента увеличивается более чем на 30%.

Приложения

В то время как аэрокосмическая и автомобильная отрасли являются первопроходцами в технологии гибридного производства (в этих отраслях обычно используются единичные или небольшие партии очень сложных деталей, подвергающихся частым итерациям), гибридное производство может стать жизнеспособным решением для различных медицинских приложений.

Хотя гибридные производственные системы еще не были разработаны специально для медицинских приложений, 3D-печать медицинских деталей и их последующая обработка уже широко используются в отрасли. Однако с появлением гибридного производства высокоточные протезы для конкретных пациентов и зубные имплантаты могут быть произведены еще быстрее и с меньшими затратами.

Однако гибридное аддитивное производство, пожалуй, даже более выгодно в области ремонта и технического обслуживания. Одним из примеров является компания GE, которая использовала гибридную систему Hybrid Manufacturing Technologies для ремонта лопаток турбин. Благодаря гибридному производству изношенные элементы и поврежденные части турбинной лопатки можно отремонтировать, нанеся на ее поверхность новый материал и затем обработав его с точными допусками.

Это не только устраняет необходимость изготовления новой детали с нуля, но и сокращает количество шагов, необходимых для ремонта детали. В одном случае гибридная система даже могла изменить форму основания лопасти, добавив функцию для повышения энергоэффективности. Это было бы нерентабельно при использовании исключительно традиционных методов производства, таких как литье.

Дорога вперед

Хотя гибридное производство все еще находится на начальной стадии развития, преимущества, которые оно может предложить обрабатывающей промышленности, безграничны:от более короткого времени выполнения заказа до сложных деталей, которые в противном случае было бы невозможно создать. В этой области ведется много исследований:например, Университет Лафборо является пионером в том, что он называет гибридным и мультисистемным AM для металлических и полимерных систем. В конечном итоге гибридные технологии могут изменить правила игры в промышленности, проложив путь к более экологичному и универсальному производству.

Примерно так:

Гибридные и мультисистемные AM, AM-автоматизация и многое другое:интервью с профессором Яном Кэмпбеллом из Университета Лафборо