La post-elaborazione può sostituire completamente l'elaborazione tradizionale?

一, Limite tecnico: il "limite superiore di capacità" e il "gap applicativo" dell'elaborazione della macchina di post-elaborazione
1. Differenze nel modo in cui possono essere utilizzati i materiali
La "produzione sottrattiva", più flessibile in termini di qualità dei materiali, è ciò che rende possibile la lavorazione tradizionale. Ad esempio, per tagliare leghe ad alta-durezza come il cobalto-cromo-molibdeno, è necessario utilizzare utensili PCD o la lavorazione assistita-dagli ultrasuoni. D'altro canto, per realizzare materiali simili utilizzando la produzione additiva, è necessario eliminare i difetti dei pori interni tramite pressatura isostatica a caldo (HIP) e quindi soddisfare i requisiti di precisione della superficie tramite la fresatura CNC a cinque-assi. Anche se questo metodo può realizzare parti ad alte-prestazioni, le proprietà della metallurgia delle polveri dei processi di produzione additiva limitano i materiali che possono essere utilizzati. Ciò rende difficile sostituire direttamente la capacità di lavorazione dei tradizionali metodi di forgiatura per billette metalliche di grandi dimensioni.
La "doppia sfida" per ottenere la giusta dimensione e qualità superficiale
Lo scopo principale della post-elaborazione è risolvere i problemi inerenti alla produzione additiva. Ad esempio, la tolleranza dello spessore del profilo della pala delle parti stampate in 3D-dei dischi delle turbine dei motori aeronautici deve essere fissata da ± 0,3 mm a ± 0,05 mm attraverso il taglio e la molatura del filo. Anche la rugosità superficiale deve essere ridotta da Ra8-15 μm a Ra0,8-1,6 μm. Per i componenti ottici che necessitano di precisione a livello-micrometrico, come i riflettori laser, la tradizionale rettifica ultraprecisa è ancora l'opzione migliore. Questo perché la post-elaborazione dipende da più processi che lavorano insieme, il che rende difficile eliminare tutti gli errori che si sono accumulati.
3. Il “paradosso dell'efficienza” nella lavorazione di strutture complesse
La produzione additiva ha una funzionalità di “produzione libera” che semplifica il lavoro con strutture complicate come superfici irregolari e canali di flusso interni. Tuttavia, la fase di post-elaborazione potrebbe rendere questa efficienza meno utile. Ad esempio, la fresatura CNC è necessaria per rimuovere i residui di supporto dalle parti in lega di alluminio stampate in 3D-di un certo tipo di staffa satellitare. Ciò riduce il peso del 15%, ma richiede anche il 30% in più di lavorazione rispetto ai tradizionali metodi di fusione e lavorazione. Il costo unitario delle tradizionali procedure di stampaggio e trattamento termico è ancora inferiore a quello delle combinazioni di additivi e post-trattamento per parti standardizzate prodotte in grandi quantità, come le bielle per le automobili.
2, Struttura dei costi: la "soglia economica" per la lavorazione con una macchina di post-elaborazione
1. Costi di acquisto e mantenimento delle attrezzature
Il prezzo delle apparecchiature di post-elaborazione, come le macchine utensili CNC con collegamento a cinque-assi e le macchine per la lucidatura laser, può raggiungere milioni di yuan per un'unità. Per ottenere il controllo a circuito chiuso-, queste macchine necessitano di sistemi di rilevamento online e tecnologie di rete intelligenti. Ad esempio, realizzare uno speciale post processore per il centro di lavoro tedesco a cinque assi Hammer C20U costa centinaia di migliaia di yuan. Il costo di programmazione per le fresatrici normali è solo 1/10 di quello. Inoltre, il costo della produzione additiva di materiali in polvere (come la polvere di lega di titanio, che costa circa 2.000 yuan/kg) è sostanzialmente maggiore di quello dei materiali a barra tradizionali. Ciò rende il costo totale della post-elaborazione ancora più elevato.
2. La lunghezza della catena del processo e le spese nascoste
L’elaborazione post-processore richiede la fusione di molti processi, tra cui la produzione additiva, il trattamento termico e la finitura superficiale, portando a una catena di processo allungata e a maggiori spese nascoste. Ad esempio, per realizzare un condilo femorale in lega di cobalto-cromo-molibdeno per un impianto medico, è necessaria la lucidatura elettrolitica per eliminare l'adesione della polvere, quindi è necessaria la microfresatura per fissare la radice della filettatura. Sono necessarie più di 8 ore per lavorare un singolo pezzo, anche se la procedura standard di forgiatura e tornitura CNC richiede solo 2 ore. Anche se la post-elaborazione può rendere le cose più personalizzate, è comunque difficile eguagliare il vantaggio del "modellamento una-una volta" dei metodi tradizionali quando si realizzano molte cose.
3. Dipendenza dalle competenze e costo del lavoro
Gli operatori devono essere più esperti per eseguire l'elaborazione post-. Ad esempio, devi sapere come convertire tra il sistema di coordinate del pezzo e il sistema di coordinate della macchina nella programmazione CNC a cinque-assi. D'altro canto, i tempi di formazione per le tradizionali competenze di tornitura e fresatura sono molto rapidi. Inoltre, la correzione dei difetti nella produzione additiva (come il riempimento dei pori) richiede un mix di foratura, saldatura e lavorazione meccanica, il che rende le competenze necessarie per gli operatori di processo molto più elevate e costa di più per la manodopera.
3, Ecologia industriale: l'unicità e lo sviluppo cooperativo della lavorazione convenzionale
1. La funzione delle "pietre di zavorra" nelle industrie fondamentali
Le industrie di base come quella automobilistica e quella elettrica utilizzano ancora maggiormente la lavorazione tradizionale. Ad esempio, il metodo di fusione e lavorazione dei blocchi cilindri dei motori automobilistici può produrne milioni ogni anno. D’altro canto, è difficile inserire la produzione additiva nella catena di fornitura tradizionale perché non è molto efficiente. Inoltre, la regolazione del flusso delle linee metalliche durante la forgiatura classica può aumentare notevolmente la resistenza alla fatica delle parti. Ciò è ancora necessario per realizzare i componenti strutturali-portanti primari degli aeroplani.
2. Posizionare il "mercato di nicchia" per la post-elaborazione nel posto giusto
Il vantaggio principale della post-elaborazione è che soddisfa le esigenze di "elevata complessità, dimensioni batch ridotte e alta precisione". Ad esempio, nel settore aerospaziale, è necessario utilizzare la lucidatura elettrochimica (ECP) per rimuovere il canale di flusso interno degli ugelli del carburante stampati in 3D. Questo viene fatto per ridurre le bave e la resistenza al flusso, cosa difficile da ottenere con la lavorazione tradizionale per tali architetture a microcanali. In medicina, la microfresatura viene utilizzata per modificare le radici filettate degli impianti su misura in modo che si adattino al tessuto osseo del paziente. Questo è qualcosa che i metodi standard non possono fare.
3. Il modello di "evoluzione collaborativa" nel modo in cui la tecnologia viene integrata
Il processo composito "additivo+sottrattivo" sarà in futuro il fulcro della rivalità nell'industria manifatturiera. Ad esempio, il software Siemens NX ha reso possibile la collaborazione tra percorsi di produzione additiva e lavorazione CNC a cinque assi per ottimizzarsi a vicenda. Lo fa utilizzando la tecnologia Digital Twin per prevedere la deformazione e creando automaticamente programmi di compensazione per mantenere la precisione di lavorazione inferiore a ± 0,01 mm. Inoltre, la combinazione di sistemi di trattamento termico con piattaforme digitali come il Simplified Cloud Zero Code System può creare cicli di controllo della produzione, riducendo ulteriormente la differenza di costo tra la post-elaborazione e i metodi tradizionali.