Гибридные станки — одна из самых востребованных категорий оборудования в сфере передового производства. Вот как они работают, что обеспечивают, в чем их преимущества и какие ошибки допускают новички.
Что такое гибридное аддитивное и субтрактивное производство?
Чтобы понять, что такое гибридная технология, сначала нужно понять, из чего она состоит. Аддитивное производство создает деталь путем послойного добавления материала. Субтрактивное производство вырезает деталь, удаляя материал из цельного блока.
Гибридная система выполняет обе функции в одном станке. Обычно она сочетает пятиосевое фрезерование с ЧПУ и головку для нанесения металлического покрытия, переключаясь между построением и резкой по мере придания детали нужной формы.
Аддитивный и субтрактивный методы: ключевое различие.
| Измерения | Добавка (наращивание) | Субтрактивный (сокращение) метод |
|---|---|---|
| Разработка | Нанесение металла слой за слоем. | Удаляет металл из твердого блока. |
| Отходы материалов: | Очень низкий уровень потребления, использует только необходимое количество энергии. | Высокая высота, большая часть превращается в щепки и металлолом. |
| Свобода геометрии | Возможны сложные внутренние формы | Ограничен доступом к инструменту |
| Чистота поверхности | Грубый, требует отделки | Гладкая, высокоточная отделка |
| Лучший в | Изготовление деталей с минимальной последующей обработкой, ремонт, нанесение покрытий. | Жесткие допуски, тонкая детализация |
Гибридное производство сочетает в себе лучшие черты обоих подходов. Для более подробного сравнения этих двух философий, ознакомьтесь с нашим руководством по... 3D принтер против станка с ЧПУ.
Как работает гибридная машина
В гибридной системе рабочий процесс следует логичному ритму сборки и финишной обработки. Станок поочередно добавляет и удаляет материал до тех пор, пока деталь не будет готова.
1. ЗалогЛазерная или проволочно-дуговая головка расплавляет металлический порошок или проволоку, создавая черновую форму детали непосредственно на рабочей поверхности.
2. Диагностика: Проверка геометрии нанесенного слоя с помощью зонда или сканирования осуществляется до начала обработки.
3. МашинаПятиосевой шпиндель фрезерует критически важные поверхности, элементы и допуски в соответствии с окончательными техническими характеристиками.
4. ПовторитьДля высоких или внутренних элементов станок добавляет материал, а затем снова обрабатывает его слой за слоем.
5. ЗавершитьЗавершающий проход механической обработки обеспечивает получение высококачественной поверхности в той же конфигурации установки, без переноса детали.
Два основных метода осаждения
В гибридных системах используется одна из двух аддитивных технологий, каждая из которых подходит для деталей разных размеров и из разных материалов:
• Направленное депонирование энергии (DED)Лазер расплавляет металлический порошок или проволоку по мере их подачи на деталь. Обеспечивает точность и чистоту обработки, идеально подходит для создания тонких деталей, нанесения покрытий и ремонта.
• Аддитивное производство проволокой и дугой (WAAM)Электродуга плавит металлическую проволоку, подобно сварке. Быстрый и экономичный способ обработки крупных и простых деталей.
Технология наплавки во многом схожа с технологиями промышленной сварки. STYLECNC лазерные сварщики использовать те же основные принципы работы волоконного лазера, которые лежат в основе лазерных головок для осаждения металлов.
Цифры: почему гибридные автомобили сокращают отходы и время.
Главное преимущество заключается в значительном сокращении как отходов материала, так и сроков выполнения заказа. Эти преимущества достигаются за счет изготовления деталей с минимальной последующей обработкой, а не вырезания деталей из заготовок больших размеров.
• Количество отходов материала сократилось на 55–70 процентов по сравнению с обработкой цельного материала.
• Сроки поставки сложных деталей для аэрокосмической и медицинской отраслей сократились на 65–80 процентов.
• Меньше переналадок, поскольку сборка и отделка происходят на одном станке.
• Дорогие сплавы, такие как титан и инконель, используются эффективно, а не превращаются в стружку.
• Изношенные или поврежденные дорогостоящие детали можно отремонтировать, а не утилизировать и изготавливать заново.
Для таких материалов, как титан, где традиционное соотношение закупки и обработки может означать удаление большей части заготовки, экономия особенно значительна. Технология Hybrid меняет это соотношение, нанося материал, близкий к окончательной форме.
Традиционная обработка против гибридной: сравнение затрат
| Измерения | Обработка из твердого материала | Гибридное производство |
|---|---|---|
| Используемое сырье | Крупный заготовка, большая часть удалена | Форма, близкая к окончательной, минимальный избыток |
| Отходы материалов: | Высокий уровень (стружка и отходы) | 55-70% ниже |
| время | Длительный, многоэтапный | 65-80% . Далее следуют: |
| Необходимые настройки | Несколько машин | Одиночная установка |
| Возможность ремонта деталей | Невозможно | Да, внесение депозита и повторная обработка. |
| Самое приятное в сложности | От простого к умеренному | Высокие внутренние характеристики |
Реальные приложения
Гибридные системы подходят не для каждого производства, но в определенных отраслях они решают проблемы, с которыми не справится ни одна машина, выполняющая только один технологический процесс. Именно здесь они приносят наибольшую пользу.
Аэрокосмическая индустрияЛопатки турбин, кронштейны и титановые конструкционные детали, где важны как экономия материала, так и сложная геометрия.
Мед: Индивидуально изготовленные имплантаты и инструменты органической формы, из биосовместимых сплавов и с жесткими допусками.
Инструменты и формыПресс-формы с конформными каналами охлаждения, которые невозможно изготовить традиционными методами, а также быстрая замена изношенной оснастки.
Энергетика и оборонаРемонт дорогостоящих компонентов турбин и двигателей, а также производство специализированных деталей в малых объемах.
В вычитающей части этих систем используется та же высокоточная многоосевая технология, что и в автономных системах. пятиосевые станки с ЧПУкоторые обрабатывают сложные геометрические формы, необходимые для гибридных деталей.
Краткий обзор основных преимуществ
✓ Меньше отходов: здания, практически не требующие повторного использования, значительно сокращают потребление дорогостоящих сплавов.
✓ Более быстрая доставка: одна машина заменяет многоэтапный рабочий процесс.
✓ Сложная геометрия: становятся возможными внутренние каналы и произвольные формы.
✓ Возможность ремонта: восстановление изношенных дорогостоящих деталей вместо их замены.
✓ Гибкость в выборе материалов: возможность комбинировать или сортировать различные металлы в одной детали.
✓ Сокращение складских запасов: производство по требованию, а не хранение крупных заготовок.
Преимущество устойчивости
Помимо скорости и стоимости, гибридное производство имеет веские экологические преимущества. Сокращение отходов материалов более чем вдвое напрямую снижает энергозатраты и расход сырья на каждую деталь.
Производство металлического порошка и проволоки требует значительных энергетических затрат, поэтому использование только необходимого количества материала позволяет избежать отходов на этапе производства. Это особенно важно для энергоемких сплавов, таких как титановые и никелевые суперсплавы.
Возможность ремонта обеспечивает дополнительную экономию. Восстановление изношенной лопатки турбины или литьевой формы продлевает срок службы существующего компонента, позволяя избежать полных затрат энергии и материалов на изготовление замены с нуля.
Поскольку покупатели все чаще требуют от поставщиков отчетности по выбросам углерода и процессов с меньшим количеством отходов, гибридное производство позволяет предприятию удовлетворять эти требования, одновременно повышая рентабельность.
Подходит ли гибридная система для вашего магазина?
Гибридные системы имеют высокую цену и требуют значительного обучения, поэтому они подходят не для всех видов деятельности. Решение зависит от типа выполняемой работы.
Гибридные технологии имеют смысл в следующих случаях: производство сложных деталей из дорогостоящих сплавов, необходимость обработки внутренних элементов традиционными методами, ремонт дорогостоящих компонентов или выполнение мелкосерийных специализированных работ, где сокращение времени на переналадку окупается.
Традиционная механическая обработка выигрывает, когда: ваши детали имеют простую геометрию и изготовлены из доступных материалов, вы занимаетесь крупносерийным производством или ваши допуски и качество обработки достижимы только с помощью стандартного фрезерования и токарной обработки.
Большинству предприятий целесообразнее сначала развивать глубокие компетенции в области прецизионной обработки и соединения металлов, а затем, когда ассортимент изготавливаемых деталей это явно оправдывает, внедрять гибридные технологии.
Как люди на самом деле спрашивают о гибридных системах
Эти вопросы, задаваемые в ходе беседы, отражают то, что производители хотят узнать перед инвестированием. Если они вам знакомы, возможно, гибридные автомобили входят в ваши планы:
• «В чем разница между аддитивным и субтрактивным производством?»
• "Может ли одна машина действительно...?" 3D "Напечатать и обработать на станке с ЧПУ одну и ту же деталь?"
• «Насколько много материалов экономит гибридное производство?»
• «Стоит ли использовать гибридные технологии в небольших компаниях или только в аэрокосмической отрасли?»
• «Можно ли отремонтировать изношенную деталь турбины вместо того, чтобы изготавливать её заново?»
• «Какие металлы могут печатать и резать гибридные станки?»
Распространенные ошибки при рассмотрении гибридного производства
Гибридный автомобиль — мощный, но его легко неправильно оценить. Избегайте этих ошибок, прежде чем выделять бюджет:
• Предположим, что это заменит все ваши машины.Компания Hybrid преуспевает в производстве сложных, дорогостоящих деталей, а не в простом крупносерийном производстве.
• Недооценка сложности программированияКоординация траекторий аддитивного и субтрактивного формования требует специальных навыков работы с системами автоматизированного проектирования (САПР).
• Игнорирование постобработкиНаплавленный металл часто требует термической обработки для достижения оптимальных свойств материала.
• Контроль квалификации материаловДля изготовления деталей аэрокосмической и медицинской отраслей требуются сертифицированные, воспроизводимые процессы нанесения покрытия.
• Покупаю не те запчасти.Если ваша работа связана с простой геометрией и дешевыми материалами, то традиционная механическая обработка оказывается выгоднее по стоимости.
• Отказ от инвестиций в навыкиОператорам необходима подготовка как в области аддитивных технологий, так и в области механической обработки.
Для большинства предприятий практическим отправным пунктом является освоение сначала высокоточной обработки металла. Квалифицированный специалист металлический станок с ЧПУ закладывает основу для субтрактивных технологий, которую впоследствии можно расширить с помощью гибридных технологий.
Куда движется гибридное производство
Технология быстро развивается. Производители оборудования внедряют более совершенные системы мониторинга в процессе обработки, более интеллектуальное планирование траектории движения инструмента и более жесткий контроль качества наносимого материала.
По мере увеличения скорости осаждения и снижения стоимости гибридные системы, как ожидается, выйдут за пределы аэрокосмической и медицинской отраслей и займут более широкий рынок промышленного инструментария и ремонта. Сочетание преимуществ в области экологичности и сокращения сроков выполнения делает эту категорию перспективной.
Сегодня предприятия, экспериментирующие с этими процессами, накапливают опыт, который определит будущее передового производства. Следите за последними разработками в нашей компании. Новости индустрии ЧПУ.
Часто задаваемые вопросы
Что такое гибридное аддитивное и субтрактивное производство?
Это процесс, который объединяет в себе 3D Печать по металлу и обработка на станке с ЧПУ в одном устройстве. Материал наносится для создания детали, близкой к окончательной форме, а затем в той же установке выполняется прецизионная механическая обработка с окончательными допусками.
Какую долю отходов материалов позволяет сократить гибридное производство?
Гибридные системы позволяют сократить количество отходов материала на 55–70 процентов по сравнению с обработкой цельного материала, поскольку они создают детали, близкие к конечной форме, вместо того чтобы срезать большие объемы металла.
В чем разница между аддитивным и субтрактивным производством?
Аддитивное производство создает деталь путем послойного добавления материала. Субтрактивное производство удаляет материал из цельного блока. Аддитивное производство минимизирует отходы и позволяет создавать сложные формы, в то время как субтрактивное производство обеспечивает жесткие допуски и высококачественную обработку поверхности.
Какие методы осаждения используются в гибридных установках?
Существует два основных метода: направленное энергетическое осаждение (DED), при котором лазер используется для расплавления порошка или проволоки, и аддитивное производство с использованием проволочной дуги (WAAM), при котором электрическая дуга используется для расплавления проволоки, что позволяет быстрее создавать изделия больших размеров.
Могут ли гибридные машины ремонтировать существующие детали?
Да. Один из наиболее эффективных вариантов применения — ремонт изношенных или поврежденных дорогостоящих деталей, таких как лопатки турбин и оснастка, путем нанесения нового материала и последующей механической обработки в соответствии со спецификацией.
Гибридное производство применяется только в аэрокосмической и медицинской отраслях?
Эти отрасли первыми внедрили его, но выгоду от него также получают инструментальная промышленность, производство пресс-форм, энергетика и оборонная промышленность. Любое применение со сложной геометрией, дорогостоящими материалами или необходимостью ремонта является подходящим вариантом.
Какие металлы могут перерабатывать гибридные системы?
К распространенным материалам относятся титан, нержавеющая сталь, инконель и другие никелевые сплавы, инструментальные стали и алюминий. Гибридные технологии позволяют даже комбинировать различные металлы в одной детали.
Создайте свой точный фундамент с помощью STYLECNC
Гибридное производство начинается с освоения высокоточной обработки и соединения металлов. Узнайте больше. STYLECNC Обрабатывающие центры с ЧПУ и лазерные сварочные аппараты оснастить вашу мастерскую основными технологиями, лежащими в основе производства следующего поколения.
