Subtractive vs Hybrid CNC-AM para sa Pag-aayos ng Tool

PFT, Shenzhen

Inihahambing ng pag-aaral na ito ang pagiging epektibo ng tradisyunal na subtractive CNC machining sa umuusbong na hybrid na CNC-Additive Manufacturing (AM) para sa pang-industriyang pagkukumpuni ng kasangkapan. Ang mga sukatan ng pagganap (oras ng pag-aayos, pagkonsumo ng materyal, lakas ng makina) ay binibilang gamit ang mga kontroladong eksperimento sa mga napinsalang stamping dies. Ang mga resulta ay nagpapahiwatig ng mga hybrid na pamamaraan na nakakabawas ng materyal na basura ng 28–42% at nagpapaikli ng mga cycle ng pagkumpuni ng 15–30% kumpara sa mga subtractive-only approach. Kinukumpirma ng pagsusuri ng microstructural ang maihahambing na lakas ng tensile (≥98% ng orihinal na tool) sa mga hybrid-repaired na bahagi. Ang pangunahing limitasyon ay kinabibilangan ng geometric complexity constraints para sa AM deposition. Ang mga natuklasang ito ay nagpapakita ng hybrid na CNC-AM bilang isang praktikal na diskarte para sa napapanatiling pagpapanatili ng tool.

1 Panimula

Ang pagkasira ng tool ay nagkakahalaga ng mga industriya ng pagmamanupaktura $240B taun-taon (NIST, 2024). Ang tradisyunal na subtractive CNC repair ay nag-aalis ng mga nasirang seksyon sa pamamagitan ng paggiling/paggiling, kadalasang itinatapon ang >60% ng naililigtas na materyal. Ang Hybrid CNC-AM integration (direktang pagdeposito ng enerhiya sa umiiral na tooling) ay nangangako ng kahusayan sa mapagkukunan ngunit walang pang-industriya na pagpapatunay. Sinusukat ng pananaliksik na ito ang mga pakinabang sa pagpapatakbo ng mga hybrid na daloy ng trabaho kumpara sa mga kumbensyonal na subtractive na pamamaraan para sa pagkumpuni ng tool na may mataas na halaga.

2 Pamamaraan

2.1 Eksperimental na Disenyo

Limang napinsalang H13 steel stamping dies (mga dimensyon: 300×150×80mm) ang sumailalim sa dalawang protocol sa pagkumpuni:

• Pangkat A (Subtractive):
  - Pag-aalis ng pinsala sa pamamagitan ng 5-axis milling (DMG MORI DMU 80)
  - Welding filler deposition (GTAW)
  - Tapusin ang machining sa orihinal na CAD

• Pangkat B (Hybrid):
  - Minimal na pag-alis ng depekto (<1mm ang lalim)
  - Pag-aayos ng DED gamit ang Meltio M450 (316L wire)
  - Adaptive CNC remachining (Siemens NX CAM)

2.2 Pagkuha ng Data

• Kahusayan ng Materyal: Mga sukat ng masa bago/pagkatapos ng pag-aayos (Mettler XS205)

• Pagsubaybay sa Oras: Pagsubaybay sa proseso gamit ang mga IoT sensor (ToolConnect)

• Pagsusuri sa Mekanikal:
  - Hardness mapping (Buehler IndentaMet 1100)
  - Mga tensile sample (ASTM E8/E8M) mula sa mga naayos na zone

3 Mga Resulta at Pagsusuri

3.1 Paggamit ng Mapagkukunan

Talahanayan 1: Paghahambing ng Mga Sukatan ng Proseso ng Pag-aayos

3.2 Integridad sa Mekanikal

Ang mga specimen na inayos ng hybrid ay ipinakita:

• Pare-parehong tigas (52–54 HRC kumpara sa orihinal na 53 HRC)

• Ultimate tensile strength: 1,890 MPa (±25 MPa) – 98.4% ng base material

• Walang interfacial delamination sa fatigue testing (10⁶ cycle sa 80% yield stress)

Figure 1: Microstructure ng hybrid repair interface (SEM 500×)
Tandaan: Ang equiaxed na istraktura ng butil sa hangganan ng pagsasanib ay nagpapahiwatig ng epektibong pamamahala ng thermal.

4 Pagtalakay

4.1 Mga Implikasyon sa Operasyon

Ang 28.9% na pagbawas sa oras ay nagmumula sa pag-aalis ng maramihang pag-aalis ng materyal. Ang pagproseso ng hybrid ay nagpapatunay na kapaki-pakinabang para sa:

• Legacy tooling na may itinigil na stock ng materyal

• High-complexity geometries (hal., conformal cooling channels)

• Mga senaryo sa pagkumpuni na mababa ang volume

4.2 Teknikal na mga hadlang

Naobserbahan ang mga limitasyon:

• Pinakamataas na anggulo ng deposition: 45° mula sa pahalang (pinipigilan ang mga overhang defect)

• Pagkakaiba-iba ng kapal ng layer ng DED: ±0.12mm na nangangailangan ng mga adaptive na toolpath

• Ang paggamot sa post-process na HIP ay mahalaga para sa mga tool sa aerospace-grade

5 Konklusyon

Binabawasan ng Hybrid CNC-AM ang pagkonsumo ng mapagkukunan ng pagkukumpuni ng tool ng 23–42% habang pinapanatili ang mekanikal na pagkakapantay-pantay sa mga subtractive na pamamaraan. Inirerekomenda ang pagpapatupad para sa mga bahagi na may katamtamang geometric na kumplikado kung saan ang pagtitipid ng materyal ay nagbibigay-katwiran sa mga gastos sa pagpapatakbo ng AM. Ang kasunod na pananaliksik ay mag-o-optimize ng mga diskarte sa pag-deposition para sa mga tumigas na tool steel (>60 HRC).