Subtractive vs Hybrid CNC-AM alang sa Pag-ayo sa Himan

PFT, Shenzhen

Kini nga pagtuon nagtandi sa pagka-epektibo sa tradisyonal nga subtractive CNC machining uban sa emerging hybrid CNC-Additive Manufacturing (AM) alang sa industriyal nga himan sa pag-ayo. Ang metrics sa performance (oras sa pag-ayo, konsumo sa materyal, kusog sa mekanikal) gisukod gamit ang kontroladong mga eksperimento sa nadaot nga stamping dies. Ang mga resulta nagpakita nga ang hybrid nga mga pamaagi makapakunhod sa materyal nga basura sa 28-42% ug mub-an ang mga siklo sa pag-ayo sa 15-30% batok sa subtractive-only nga mga pamaagi. Ang microstructural analysis nagpamatuod sa ikatandi nga tensile strength (≥98% sa orihinal nga himan) sa hybrid-repaired nga mga sangkap. Ang nag-unang limitasyon naglakip sa geometric complexity constraints alang sa AM deposition. Kini nga mga kaplag nagpakita sa hybrid nga CNC-AM isip usa ka praktikal nga estratehiya alang sa malungtarong pagmentinar sa himan.

1 Pasiuna

Ang gasto sa pagkadaot sa himan sa mga industriya sa paggama $240B matag tuig (NIST, 2024). Ang tradisyonal nga subtractive nga pag-ayo sa CNC nagtangtang sa mga naguba nga mga seksyon pinaagi sa paggaling/paggaling, kasagaran gilabay ang> 60% sa maluwas nga materyal. Hybrid CNC-AM integration (direkta nga pagdeposito sa enerhiya ngadto sa kasamtangan nga tooling) nagsaad sa resource efficiency apan kulang sa industriyal nga validation. Kini nga panukiduki nag-ihap sa mga bentaha sa operasyon sa hybrid nga mga workflow kumpara sa naandan nga subtractive nga mga pamaagi alang sa taas nga kantidad nga pag-ayo sa tooling.

2 Pamaagi

2.1 Eksperimental nga Disenyo

Lima ka nadaot nga H13 steel stamping namatay (mga dimensyon: 300 × 150 × 80mm) miagi sa duha ka mga protocol sa pag-ayo:

• Grupo A (Subtractive):
  - Pagtangtang sa kadaot pinaagi sa 5-axis milling (DMG MORI DMU 80)
  - Welding filler deposition (GTAW)
  - Tapuson ang machining sa orihinal nga CAD

• Grupo B (Hybrid):
  - Minimal nga pagtangtang sa depekto (<1mm giladmon)
  - Pag-ayo sa DED gamit ang Meltio M450 (316L wire)
  - Adaptive CNC remachining (Siemens NX CAM)

2.2 Pagkuha sa Datos

• Episyente sa Materyal: Mga pagsukod sa masa pre/post-repair (Mettler XS205)

• Pagsubay sa Oras: Pag-monitor sa proseso gamit ang mga sensor sa IoT (ToolConnect)

• Mekanikal nga Pagsulay:
  - Hardness mapping (Buehler IndentaMet 1100)
  - Tensile sample (ASTM E8/E8M) gikan sa giayo nga mga zone

3 Mga Resulta ug Pagtuki

3.1 Paggamit sa Kapanguhaan

Talaan 1: Pagkumpara sa Proseso sa Pag-ayo

3.2 Mekanikal nga Integridad

Gipakita ang mga espesimen nga giayo sa hybrid:

• Kanunay nga katig-a (52–54 HRC batok sa orihinal nga 53 HRC)

• Katapusan nga kusog sa tensile: 1,890 MPa (± 25 MPa) - 98.4% sa base nga materyal

• Walay interfacial delamination sa fatigue testing (10⁶ cycles sa 80% yield stress)

Hulagway 1: Microstructure sa hybrid repair interface (SEM 500×)
Mubo nga sulat: Ang equiaxed nga estruktura sa lugas sa fusion boundary nagpaila sa epektibo nga pagdumala sa thermal.

4 Panaghisgot

4.1 Mga Implikasyon sa Operasyon

Ang 28.9% nga pagkunhod sa oras naggikan sa pagwagtang sa daghang pagtangtang sa materyal. Ang pagproseso sa hybrid napamatud-an nga mapuslanon alang sa:

• Kabilin nga himan nga adunay gihunong nga materyal nga stock

• High-complexity geometries (pananglitan, conformal cooling channels)

• Ubos nga gidaghanon sa mga senaryo sa pag-ayo

4.2 Teknikal nga mga Limitasyon

Naobserbahan ang mga limitasyon:

• Pinakataas nga anggulo sa pagdeposito: 45° gikan sa pinahigda (gipugngan ang mga depekto sa overhang)

• DED layer gibag-on kalainan: ± 0.12mm nagkinahanglan adaptive toolpaths

• Ang pagkahuman sa proseso sa HIP nga pagtambal hinungdanon alang sa mga gamit sa grado sa aerospace

5 Konklusyon

Ang Hybrid CNC-AM nagpamenos sa pagkonsumo sa kahinguhaan sa pag-ayo sa himan sa 23-42% samtang gipadayon ang mekanikal nga pagkaparehas sa mga pamaagi sa subtractive. Girekomenda ang pagpatuman alang sa mga sangkap nga adunay kasarangan nga pagkakomplikado sa geometriko diin ang pagtipig sa materyal nagpakamatarung sa mga gasto sa operasyon sa AM. Ang sunod nga panukiduki mag-optimize sa mga estratehiya sa pagdeposito alang sa gipagahi nga tool steels (> 60 HRC).