3D-Druck und -Bearbeitung werden oft als „Konkurrenten“ gesehen, sie können aber auch „Partner“ sein. 3D-Druckteile müssen oft bearbeitet werden, um höhere Toleranzen und eine bessere Oberflächengüte zu erzielen. Inzwischen können Teile, die einst aus einem massiven Metallblock gefräst wurden, schneller und in komplexeren Formen 3D-gedruckt werden. Eine wachsende Zahl hybrider Fertigungsmaschinen kombiniert 3D-Druck und CNC-Maschinen in einem Paket, um die Teileproduktion besser zu automatisieren und zu beschleunigen. Also, wie geht es ihnen? Wie sieht die Zukunft der Hybridfertigung aus?
Hersteller von Hybrid-Fertigungsanlagen sagen, dass die Hybridtechnologie die Mängel beider Technologien überwindet und es den Herstellern ermöglicht, genauere, qualitativ hochwertigere Teile schneller und zu geringeren Kosten herzustellen. Es ist weniger verschwenderisch als die reine Bearbeitung, effizienter und präziser als der 3D-Druck allein, ohne dass Teile manuell bewegt oder zwei verschiedene Geräte programmiert werden müssen.
△ Kombination aus direkter Energieabscheidung und CNC-Fräsen
Was ist ein Hybrid-CNC-3D-Drucker?
Die Hybridfertigung ist ein relativ neuer Ansatz, der additive und subtraktive Fertigungstechniken auf einer einzigen Maschine kombiniert. Diese Maschinen verwenden 3D-Druck, um endkonturnahe Metall- oder Kunststoffteile herzustellen. Das Teil wird dann von einer anderen Einheit oder einem Werkzeugkopf in der Maschine auf die erforderlichen Toleranzen gefräst. Mit der hybriden Fertigung können Hersteller (und ihre Kunden) die komplexen Geometrien, die durch die additive Fertigung hergestellt werden, und die Oberflächenqualität des Fräsens erhalten. Diese Maschinen können nicht nur Teile von Grund auf neu bauen, sondern auch ideal zum Hinzufügen neuer Funktionen zu bestehenden Teilen, zum Durchführen von Teilereparaturen und zum Beschichten von Teilen vor der Nachbearbeitung.
Hybrid-Fertigungsmaschinen variieren je nach Hersteller, fallen aber im Allgemeinen in zwei Kategorien: Sequentielle Hybrid-Fertigung und alternative Hybrid-Fertigung
△CNC-Bearbeitung nach dem 3D-Druck für eine glatte Oberfläche
● Sequentielle Hybrid-Fertigungsmaschinen führen zunächst den vollständigen AM-Prozess durch, der 3D-gedruckte endkonturnahe Teile produziert, bevor sie in den subtraktiven Prozess eintreten.
● Alternative Hybrid-Fertigungsmaschinen wechseln während des gesamten Fertigungsprozesses zwischen AM- und Fräseinheiten. Einige alternative Hybridmaschinen können sogar den Rest AM-drucken, während sie das Teil bearbeiten.
Die hybride Fertigung ist eine praktikable Lösung zur Herstellung von Prototypen und funktionalen Endverbraucherteilen zusätzlich zur Reparatur bestehender Komponenten. Die hybride Fertigung ist besonders attraktiv für kleinere Unternehmen, die sowohl additive Fertigungs- als auch Bearbeitungskapazitäten benötigen. Mit diesen Maschinen können sie zwei (oder gemischte) Teile produzieren, ohne in zwei Maschinen investieren zu müssen. Es kann auch die anspruchsvollen Anforderungen bestimmter Branchen erfüllen, wie z. B. Teilekomplexität und Produktivität in der Automobil- und Luft- und Raumfahrt.
Vor- und Nachteile von Hybrid-Fertigungsmaschinen
Die Hybridfertigung hat viele Vorteile gegenüber reinen AM- oder subtraktiven Verfahren:
●Einer der wichtigsten Vorteile ist die Möglichkeit, die Produktivität zu steigern. Da sowohl der AM- als auch der Bearbeitungsprozess auf einer Maschine ablaufen, müssen keine Teile ausgetauscht und Geräte neu kalibriert werden. Bearbeitungszellen können auch die manuelle AM-Nachbearbeitung teilweise oder vollständig ersetzen, was die Produktion ebenfalls beschleunigt.
●Hybridfertigung kann eine höhere Präzision und engere Toleranzen erreichen als die meisten individuellen 3D-Drucker. Die additive Fertigung kann komplexere Geometrien und Teilestrukturen erzeugen als maschinelle Bearbeitungen, wie z. B. Teileintegration, interne Kanäle und Gitterfüllung. Die Herstellung eines ganzen Teils auf einer Maschine reduziert auch die Möglichkeit von Bearbeitungsfehlern oder -fehlern.
●Hybridmaschinen ermöglichen die Verwendung mehrerer Materialien in einem einzigen Teil, was zu erheblichen Verbesserungen der mechanischen Leistung und Kosteneinsparungen führt. Schwächere Teile können mit stärkeren Metallen verkleidet, Hochleistungsmaterialien hinzugefügt werden, um die Teilebewegung oder Wärmeübertragung zu verbessern, oder Materialkosten können eingespart werden, indem teure Materialien nur dort verwendet werden, wo sie benötigt werden.
●Hybridfertigung kann die anfänglichen Investitions- und Betriebskosten senken. Es ist günstiger, direkt eine Hybridmaschine zu kaufen, als gleichzeitig eine CNC-Maschine und einen industriellen 3D-Drucker zu kaufen. Eine einzelne Hybridmaschine verbraucht weniger Energie und benötigt weniger Stellfläche als separate AM- und CNC-Einheiten.
△Teile mit Funktionen wie interne Kühlkanäle
Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass die Hybridfertigung die Verschwendung subtraktiver Techniken eliminiert und den Materialverbrauch um bis zu 97 Prozent reduziert. Bei DED/CNC-Maschinen ist es auch möglich, Material nur an ausgewählten Stellen hinzuzufügen. Diese Benutzer reparieren beschädigte Komponenten und beschleunigen die Produktion, indem sie Metallteile zu Teilen hinzufügen, wie sie beispielsweise in der Schifffahrt sowie in der Öl- und Gasindustrie verwendet werden. Gleichzeitig kann die CNC-Einheit feine Innenstrukturen zwischen Materialauftragsläufen bearbeiten.
Trotz ihrer enormen Vorteile erfüllt die hybride Fertigung nicht alle Fertigungsanforderungen und es gibt einige Nachteile:
●Obwohl diese Maschinen die Anfangsinvestition senken können, sind sie nicht billig und können das Budget eines kleinen Unternehmens übersteigen.
●Der Betrieb einer Hybridmaschine kann komplex sein und erfordert vom Bediener ein ausgeprägtes Verständnis des 3D-Drucks und der CNC-Bearbeitung, um die beste Methode zur Herstellung eines bestimmten Teils zu bestimmen.