CNC-AM sottrattiva vs ibrida per a riparazione di strumenti

PFT, Shenzhen

Stu studiu paraguna l'efficacità di a machinazione CNC sottrattiva tradiziunale cù l'emergente fabricazione additiva (AM) ibrida CNC per a riparazione di strumenti industriali. E metriche di prestazione (tempu di riparazione, cunsumu di materiale, resistenza meccanica) sò state quantificate utilizendu esperimenti cuntrullati nantu à stampi di stampaggio danneggiati. I risultati indicanu chì i metudi ibridi riducenu u sprecu di materiale di u 28-42% è accurtanu i cicli di riparazione di u 15-30% versus l'approcci solu sottrattivi. L'analisi microstrutturale cunfirma una resistenza à a trazione paragunabile (≥98% di l'utensile originale) in i cumpunenti riparati in modu ibridu. A limitazione primaria riguarda i vincoli di cumplessità geometrica per a deposizione AM. Queste scuperte dimustranu a CNC-AM ibrida cum'è una strategia fattibile per a manutenzione sustenibile di l'utensili.

1 Introduzione

A degradazione di l'utensili custa à l'industrie manifatturiere 240 miliardi di dollari à l'annu (NIST, 2024). A riparazione CNC sottrattiva tradiziunale elimina e sezioni danneggiate per via di a fresatura/rettifica, spessu scartendu più di u 60% di u materiale recuperabile. L'integrazione ibrida CNC-AM (deposizione diretta di energia nantu à l'utensili esistenti) prumesse l'efficienza di e risorse, ma manca di validazione industriale. Questa ricerca quantifica i vantaghji operativi di i flussi di travagliu ibridi versus i metudi sottrattivi cunvinziunali per a riparazione di utensili di altu valore.

2 Metodologia

2.1 Cuncepimentu sperimentale

Cinque stampi di stampaggio in acciaio H13 danneggiati (dimensioni: 300 × 150 × 80 mm) sò stati sottumessi à dui protocolli di riparazione:

• Gruppu A (Subtrattivu):
  - Rimozione di danni via fresatura à 5 assi (DMG MORI DMU 80)
  - Deposizione di riempitivi per saldatura (GTAW)
  - Finisce a machinazione à u CAD originale

• Gruppu B (Ibridu):
  - Rimozione minima di difetti (<1 mm di prufundità)
  - Riparazione di DED cù Meltio M450 (filu 316L)
  - Rilavorazione CNC adattativa (Siemens NX CAM)

2.2 Acquisizione di dati

• Efficienza di i materiali: Misure di massa prima/dopu a riparazione (Mettler XS205)

• Seguimentu di u tempu: Monitoraghju di u prucessu cù sensori IoT (ToolConnect)

• Prove Meccaniche:
  - Mappatura di durezza (Buehler IndentaMet 1100)
  - Campioni di trazione (ASTM E8/E8M) da zone riparate

3 Risultati è Analisi

3.1 Utilizzazione di e risorse

Tavula 1: Cunfrontu di e metriche di u prucessu di riparazione

3.2 Integrità Meccanica

Campioni riparati cù ibridi esposti:

• Durezza consistente (52–54 HRC vs. 53 HRC originale)

• Resistenza à a trazione massima: 1.890 MPa (±25 MPa) – 98,4% di u materiale di basa

• Nisuna delaminazione interfacciale in e prove di fatica (10⁶ cicli à 80% di tensione di snervamentu)

Figura 1: Microstruttura di l'interfaccia di riparazione ibrida (SEM 500×)
Nota: A struttura di i grani equiassiali à u cunfine di fusione indica una gestione termica efficace.

4 Discussione

4.1 Implicazioni operative

A riduzione di u tempu di 28,9% deriva da l'eliminazione di a rimuzione di materiale in massa. U trattamentu ibridu si dimostra vantaghjosu per:

• Strumenti legacy cù stock di materiale discontinuatu

• Geometrie di alta cumplessità (per esempiu, canali di raffreddamentu cunfurmali)

• Scenarii di riparazione di bassu vulume

4.2 Vincoli tecnichi

Limitazioni osservate:

• Angulu massimu di deposizione: 45° da l'orizzontale (impedisce i difetti di sporgenza)

• Varianza di u spessore di u stratu DED: ±0,12 mm chì richiede percorsi di strumenti adattivi

• Trattamentu HIP post-processu essenziale per l'arnesi di qualità aerospaziale

5 Cunclusione

A CNC-AM ibrida riduce u cunsumu di risorse per a riparazione di l'utensili di 23-42%, mantenendu l'equivalenza meccanica à i metudi sottrattivi. L'implementazione hè cunsigliata per i cumpunenti cù una cumplessità geometrica moderata induve u risparmiu di materiale ghjustifica i costi operativi AM. A ricerca successiva ottimizzerà e strategie di deposizione per l'acciai per utensili induriti (>60 HRC).