Может ли пост-обработка полностью заменить традиционную обработку?

一, Техническая граница: «верхний предел возможностей» и «пробел в применении» машинной обработки пост-обработки.
1. Различия в том, насколько хорошо можно использовать материалы.
«Субтрактивное производство», более гибкое, когда дело касается качества материала, делает возможной традиционную обработку. Например, для резки сплавов высокой-твердости, таких как кобальт, хром, молибден, вам необходимо использовать инструменты PCD или ультразвуковую-обработку. С другой стороны, чтобы изготовить аналогичные материалы с помощью аддитивного производства, необходимо избавиться от внутренних дефектов пор посредством горячего изостатического прессования (HIP), а затем обеспечить требования к точности поверхности посредством пяти-осевого фрезерования с ЧПУ. Несмотря на то, что этот метод позволяет изготавливать детали с высокими-производительными характеристиками, свойства порошковой металлургии процессов аддитивного производства ограничивают количество материалов, которые можно использовать. Это затрудняет прямую замену возможностей обработки традиционных методов ковки крупных металлических заготовок.
«Двойная задача»: получить правильный размер и качество поверхности.
Основная цель пост-обработки — устранение проблем, присущих аддитивному производству. Например, допуск на толщину профиля лопаток 3D-деталей турбинных дисков авиационных двигателей необходимо зафиксировать в пределах от ± 0,3 мм до ± 0,05 мм путем резки и шлифования проволокой. Шероховатость поверхности также необходимо уменьшить с Ra8-15 мкм до Ra0,8-1,6 мкм. Для оптических компонентов, требующих микрометровой-точности, таких как лазерные отражатели, традиционное сверхточное шлифование по-прежнему остается лучшим вариантом. Это связано с тем, что постобработка зависит от совместной работы нескольких процессов, что затрудняет избавление от всех накопившихся ошибок.
3. «Парадокс эффективности» обработки сложных структур.
Аддитивное производство имеет функцию «свободного производства», которая упрощает работу со сложными структурами, такими как неровные поверхности и внутренние каналы потока. Однако этап пост-обработки может сделать эту эффективность менее полезной. Например, фрезерование на станке с ЧПУ необходимо для удаления остатков поддержки с 3D-напечатанных на 3D-принтере деталей из алюминиевого сплава определенного типа кронштейна сателлита. Это снижает вес на 15 %, но обработка занимает на 30 % больше времени, чем традиционные методы литья и механической обработки. Удельная стоимость традиционных процедур штамповки и термообработки по-прежнему ниже, чем стоимость комбинаций присадок и последующей-обработки для стандартизированных деталей, изготавливаемых в больших количествах, таких как шатуны для автомобилей.
2. Структура затрат: «экономический порог» для обработки на машине постобработки.
1. Затраты на покупку и содержание оборудования
Цена оборудования для пост-обработки, такого как пяти-станки с ЧПУ и станки для лазерной полировки, может составлять миллионы юаней за одну единицу. Для осуществления замкнутого-управления этими машинами необходимы онлайн-системы обнаружения и интеллектуальные сетевые технологии. Например, изготовление специального постпроцессора для немецкого пятиосевого обрабатывающего центра Hammer C20U стоит сотни тысяч юаней. Стоимость программирования для обычных фрезерных станков составляет лишь 1/10 от этой суммы. Кроме того, стоимость порошковых материалов аддитивного производства (таких как порошок титанового сплава, стоимость которого составляет примерно 2000 юаней/кг) существенно выше, чем стоимость традиционных стержневых материалов. Это делает общую стоимость пост-обработки еще выше.
2. Длина технологической цепочки и скрытые расходы
Постпроцессорная обработка требует объединения многих процессов, включая аддитивное производство, термообработку и отделку поверхности, что приводит к удлинению технологической цепочки и увеличению скрытых расходов. Например, для изготовления мыщелка бедренной кости из сплава кобальт-хром-молибден для медицинского имплантата необходима электролитическая полировка, чтобы избавиться от прилипания порошка, а затем микрофрезерование для фиксации корня резьбы. На обработку одной детали уходит более 8 часов, хотя стандартная процедура ковки и токарной обработки на станке с ЧПУ занимает всего 2 часа. Даже если пост-обработка может сделать вещи более индивидуализированными, все равно трудно сравниться с преимуществом "одноразового формования" традиционных методов при изготовлении большого количества вещей.
3. Зависимость от квалификации и стоимости рабочей силы
Операторам необходимо быть более квалифицированными для пост-обработки данных. Например, вам необходимо знать, как преобразовать систему координат заготовки в систему координат станка при пяти-осном программировании ЧПУ. С другой стороны, время обучения традиционным навыкам токарной и фрезерной обработки очень быстрое. Кроме того, устранение дефектов в аддитивном производстве (например, заполнение пор) требует сочетания сверления, сварки и механической обработки, что значительно увеличивает навыки, необходимые для технологов, и увеличивает затраты на рабочую силу.
3, Промышленная экология: уникальность и совместное развитие традиционной переработки.
1. Функция «балластных камней» в фундаментальных отраслях промышленности.
Базовые отрасли, такие как автомобилестроение и электроэнергетика, по-прежнему больше всего используют традиционную обработку. Например, метод литья и механической обработки блоков цилиндров автомобильных двигателей позволяет производить миллионы таких блоков каждый год. С другой стороны, аддитивное производство сложно внедрить в основную цепочку поставок, поскольку оно не очень эффективно. Также регулирование течения металлических линий при классической ковке позволяет значительно повысить усталостную прочность деталей. Это по-прежнему необходимо для изготовления основных силовых-несущих элементов конструкции самолетов.
2. Размещение "нишевого рынка" пост-обработки в правильном месте
Основное преимущество пост-обработки состоит в том, что она отвечает требованиям "высокой сложности, небольшого размера пакета и высокой точности". Например, в аэрокосмической отрасли электрохимическую полировку (ECP) необходимо использовать для удаления внутреннего канала потока топливных форсунок, напечатанных на 3D-принтере. Это сделано для уменьшения заусенцев и сопротивления потоку, чего трудно добиться при традиционной обработке таких микроканальных архитектур. В медицине микрофрезерование используется для изменения резьбовых корней индивидуальных имплантатов так, чтобы они соответствовали костной ткани пациента. Это то, чего стандартные методы сделать не могут.
3. Модель «совместной эволюции» в том, как интегрируются технологии.
Сложный процесс «аддитив+вычитание» станет основным предметом соперничества в обрабатывающей промышленности в будущем. Например, программное обеспечение Siemens NX позволило совместную работу аддитивного производства и пятиосной обработки с ЧПУ для оптимизации друг друга. Это достигается за счет использования технологии цифровых двойников для прогнозирования деформации и автоматического создания программ компенсации, позволяющих поддерживать точность обработки ниже ± 0,01 мм. Кроме того, сочетание систем термообработки с цифровыми платформами, такими как упрощенная облачная система нулевого кода, может сделать контуры управления производством, что делает разницу в стоимости между пост-обработкой и традиционными методами еще меньше.