Гибридное производство: интеграция металлических аддитивных и субтрактивных технологий

Традиционное субтрактивное производство годами было надежным подходом, но развития в аддитивном производстве обратили внимание на его реалистичность как масштабируемого решения — особенно для кастомизации, сложной геометрии и малого серийного производства. Гибридное производство включает как аддитивные, так и субтрактивные техники, особенно металлическую аддитивку, предлагая другое гибкое, но точное производственное решение. Преимущества гибридного производства:

• Более высокое качество поверхности
• Более высокая прочность
• Экономия затрат по сравнению с традиционными методами
• Настраиваемые подходы к отдельным продуктам
• Улучшенное крепление

Преимущество гибридности

Первый шаг в гибридном производстве — аддитивное изготовление основной формы компонента, которое должно включать финальную геометрию и может включать добавленные признаки для использования позже в субтрактивном производстве для зажима или позиционирования. Также некоторые признаки вроде отверстий могут нуждаться в добавлении материала для учета деформации во время металлического аддитивного процесса.

Формируем базовый продукт плавлением металлов или полимеров в аддитивном производстве. Они плавятся двумя популярными методами:

• Селективное лазерное плавление или прямое лазерное металлическое спекание (SLM или DLMS)
• Электронно-лучевое плавление (EBM)

По исследованиям Университета Западной Померанской технологии, оба SLM и DLMS предлагают наибольшую гибкость с металлическими компонентами. Эти методы позволяют производителям создавать многочисленные сложные геометрии — даже в масштабе. Сложные продукты часто имеют уникальные асимметричные формы с изогнутыми краями. Чем больше дизайнерского флера вносим, тем больше возможностей для несовершенств накопиться во время производства.

Создание лучших компонентов

Насколько далеко ни зашло 3D-печать, процесс не идеален. Гибридное производство позволяет создавать размерно-точные продукты, которые иначе не делались с такими тесными допусками. Обработка, или субтрактивное производство, корректирует эти шероховатости и приводит всё в требуемые допуски. Контроль качества критичен для правильной посадки, функциональности и безопасности в определенных применениях — особенно транспортных средств и самолетов.

Во многих случаях аддитивный и субтрактивный процессы происходят на двух отдельных станках. Металлическая аддитивная машина строит деталь, затем инженер снимает её, инспектирует на качество и убеждается, что деформация допустима.

Однако некоторое гибридное производство происходит на одной машине. Головы лазерного металлического напыления (LMD) и прямого металлического напыления (DMD) обычно добавляют к металлорежущим станкам. Эти добавки идеальны для исправления дефектов или регенерации существующих деталей, так как материал можно добавить в проблемные зоны и затем обработать до финальной формы.

Недостатки гибридного производства

Металлические порошки и смежные вещества — ключевые элементы гибридного производства, и они вносят риски безопасности, включая высокую легковоспламеняемость при определенных условиях. Кроме того, они канцерогены, создающие долгосрочные риски для незащищенных рабочих. Производители должны учитывать эти риски и соблюдать строгие правила безопасности при внедрении порошковой аддитивной технологии.

Стартовые (или переходные) затраты тоже высоки. Металлическая аддитивная обработка требует высокоспециализированного оборудования. Проблемы безопасности вроде легковоспламеняемости и воздействия также диктуют необходимость специальных помещений для безопасности рабочих. Развитие объектов тоже дорого. Не каждая компания может сильно инвестировать в гибридное производство из-за этих логистических барьеров.

А что насчет ПО?

Гибридное производство начинается с фазы дизайна, и CAD/CAM ПО играет важную роль. Инженеры должны экспериментировать с материалами, геометриями, размерами и больше при создании надежных компонентов. Есть также дизайнерские соображения для обоих аддитивных и субтрактивных процессов, которые инженерам нужно исследовать в CAD ПО. Более того, FEA симуляция позволяет анализировать, как дизайны будут выполняться после производства. Инструменты вроде Fusion 360 отлично справляются в этих областях. Лучшее из всего — удаленная коллаборация встроена в это ПО для облегчения сотрудничества на расстоянии — будь то команда, станки или полные объекты, находящиеся далеко.

Гибридное производство имеет большой потенциал и возможность объединять распределенные команды. Пока оно может не подойти для всех проектов, гибридное производство собирает лучшее из аддитивного и субтрактивного, создавая новые вызовы и предлагая новые возможности.

Попробуйте Fusion 360 в своем рабочем процессе гибридного производства сегодня.