CNC-AM sottrattiva vs ibrida għat-tiswija tal-għodda

PFT, Shenzhen

Dan l-istudju jqabbel l-effettività tal-magni CNC sottrattivi tradizzjonali mal-Manifattura Addittiva (AM) CNC ibrida emerġenti għat-tiswija ta' għodod industrijali. Il-metriċi tal-prestazzjoni (ħin tat-tiswija, konsum tal-materjal, saħħa mekkanika) ġew kwantifikati bl-użu ta' esperimenti kkontrollati fuq forom tal-ittimbrar bil-ħsara. Ir-riżultati jindikaw li l-metodi ibridi jnaqqsu l-iskart tal-materjal b'28–42% u jqassru ċ-ċikli tat-tiswija b'15–30% meta mqabbla ma' approċċi sottrattivi biss. L-analiżi mikrostrutturali tikkonferma saħħa tensili komparabbli (≥98% tal-għodda oriġinali) f'komponenti msewwija b'mod ibridu. Il-limitazzjoni primarja tinvolvi restrizzjonijiet ta' kumplessità ġeometrika għad-depożizzjoni tal-AM. Dawn is-sejbiet juru CNC-AM ibrida bħala strateġija vijabbli għall-manutenzjoni sostenibbli tal-għodod.

1 Introduzzjoni

Id-degradazzjoni tal-għodda tiswa lill-industriji tal-manifattura $240 biljun fis-sena (NIST, 2024). It-tiswija tradizzjonali tas-CNC sottrattiva tneħħi s-sezzjonijiet bil-ħsara permezz tat-tħin/tħin, u ħafna drabi tarmi >60% tal-materjal li jista' jiġi salvat. L-integrazzjoni ibrida tas-CNC-AM (depożizzjoni diretta tal-enerġija fuq għodda eżistenti) twiegħed effiċjenza fir-riżorsi iżda hija nieqsa minn validazzjoni industrijali. Din ir-riċerka tikkwantifika l-vantaġġi operattivi tal-flussi tax-xogħol ibridi kontra metodi sottrattivi konvenzjonali għat-tiswija tal-għodda ta' valur għoli.

2 Metodoloġija

2.1 Disinn Sperimentali

Ħames forom tal-ittimbrar tal-azzar H13 bil-ħsara (dimensjonijiet: 300×150×80mm) għaddew minn żewġ protokolli ta' tiswija:

• Grupp A (Sottotrattiv):
  - Tneħħija tal-ħsara permezz ta' tħin b'5 assi (DMG MORI DMU 80)
  - Depożizzjoni ta' mili tal-iwweldjar (GTAW)
  - Irfinar tal-magni skont is-CAD oriġinali

• Grupp B (Ibridu):
  - Tneħħija minima ta' difetti (fond ta' <1mm)
  - Tiswija ta' DED bl-użu ta' Meltio M450 (wajer 316L)
  - Makkinar mill-ġdid CNC adattiv (Siemens NX CAM)

2.2 Akkwiżizzjoni tad-Data

• Effiċjenza tal-Materjal: Kejl tal-massa qabel/wara t-tiswija (Mettler XS205)

• Traċċar tal-Ħin: Monitoraġġ tal-proċess b'sensuri tal-IoT (ToolConnect)

• Ittestjar Mekkaniku:
  - Immappjar tal-ebusija (Buehler IndentaMet 1100)
  - Kampjuni tat-tensjoni (ASTM E8/E8M) minn żoni msewwija

3 Riżultati u Analiżi

3.1 Użu tar-Riżorsi

Tabella 1: Paragun tal-Metriċi tal-Proċess ta' Tiswija

3.2 Integrità Mekkanika

Kampjuni msewwija b'ibridi esebiti:

• Ebusija konsistenti (52–54 HRC vs. 53 HRC oriġinali)

• Saħħa tensili massima: 1,890 MPa (±25 MPa) – 98.4% tal-materjal bażi

• L-ebda delaminazzjoni interfaċċjali fl-ittestjar tal-għeja (10⁶ ċikli bi 80% stress ta' rendiment)

Figura 1: Mikrostruttura tal-interfaċċja tat-tiswija ibrida (SEM 500×)
Nota: L-istruttura tal-qamħ ekwiassiali fil-konfini tal-fużjoni tindika ġestjoni termali effettiva.

4 Diskussjoni

4.1 Implikazzjonijiet Operazzjonali

It-tnaqqis ta' 28.9% fil-ħin ġej mill-eliminazzjoni tat-tneħħija ta' materjal bl-ingrossa. L-ipproċessar ibridu juri vantaġġ għal:

• Għodda legata b'ħażna ta' materjal li ma twaqqafx

• Ġeometriji ta' kumplessità għolja (eż., kanali ta' tkessiħ konformali)

• Xenarji ta' tiswija ta' volum baxx

4.2 Restrizzjonijiet Tekniċi

Limitazzjonijiet osservati:

• Angolu massimu ta' depożizzjoni: 45° mill-orizzontali (jipprevjeni difetti sporġenti)

• Varjanza tal-ħxuna tas-saff DED: ±0.12mm li teħtieġ mogħdijiet tal-għodda adattivi

• Trattament HIP wara l-proċess essenzjali għal għodod ta' grad aerospazjali

5 Konklużjoni

Is-CNC-AM ibrida tnaqqas il-konsum tar-riżorsi għat-tiswija tal-għodda b'23–42% filwaqt li żżomm l-ekwivalenza mekkanika għall-metodi ta' tnaqqis. L-implimentazzjoni hija rakkomandata għal komponenti b'kumplessità ġeometrika moderata fejn l-iffrankar tal-materjal jiġġustifika l-ispejjeż operattivi tal-AM. Riċerka sussegwenti se tottimizza l-istrateġiji ta' depożizzjoni għal azzar tal-għodda mwebbes (>60 HRC).