¿Puede el post-procesamiento reemplazar completamente el procesamiento tradicional?

一, Límite técnico: el "límite superior de capacidad" y la "brecha de aplicación" del procesamiento de la máquina de pos-procesamiento
1. Diferencias en qué tan bien se pueden utilizar los materiales
La "fabricación sustractiva", que es más flexible en cuanto a las cualidades de los materiales, es lo que hace posible el procesamiento tradicional. Por ejemplo, para cortar aleaciones de alta-dureza, como cobalto, cromo y molibdeno, es necesario utilizar herramientas PCD o mecanizado asistido por ultrasonidos-. Por otro lado, para fabricar materiales similares mediante fabricación aditiva, es necesario eliminar los defectos de los poros internos mediante prensado isostático en caliente (HIP) y luego cumplir con los requisitos de precisión de la superficie mediante fresado CNC de cinco-ejes. Aunque este método puede fabricar piezas de alto-rendimiento, las propiedades pulvimetalúrgicas de los procesos de fabricación aditiva limitan los materiales que se pueden utilizar. Esto hace que sea difícil reemplazar directamente la capacidad de procesamiento de los métodos de forja tradicionales para grandes palanquillas de metal.
El "doble desafío" de conseguir el tamaño y la calidad de superficie adecuados
El objetivo principal del pos-procesamiento es solucionar los problemas inherentes a la fabricación aditiva. Por ejemplo, la tolerancia del espesor del perfil de las palas de las piezas impresas en 3D-de los discos de turbinas de motores de aviones debe fijarse de ± 0,3 mm a ± 0,05 mm mediante corte y rectificado de alambre. La rugosidad de la superficie también debe reducirse de Ra8-15 μm a Ra0,8-1,6 μm. Para los componentes ópticos que necesitan una precisión de nivel micrométrico-, como los reflectores láser, el rectificado tradicional de ultraprecisión sigue siendo la mejor opción. Esto se debe a que el posprocesamiento depende de múltiples procesos que trabajan juntos, lo que dificulta deshacerse de todos los errores que se han acumulado.
3. La "paradoja de la eficiencia" del procesamiento de estructuras complicadas
La fabricación aditiva tiene una característica de "fabricación libre" que facilita el trabajo con estructuras complicadas como superficies irregulares y canales de flujo internos. Sin embargo, la etapa de pos-procesamiento puede hacer que esta eficiencia sea menos útil. Por ejemplo, el fresado CNC es necesario para eliminar los residuos de soporte de las piezas de aleación de aluminio impresas en 3D-de cierto tipo de soporte satélite. Esto reduce el peso en un 15 %, pero también lleva un 30 % más de tiempo de procesamiento que los métodos tradicionales de fundición y mecanizado. El costo unitario de los procedimientos tradicionales de estampado y tratamiento térmico sigue siendo menor que el de las combinaciones de aditivos y postratamiento para piezas estandarizadas fabricadas en grandes cantidades, como bielas para automóviles.
2. Estructura de costos: el "umbral económico" para el procesamiento con una máquina de posprocesamiento
1. Costos de compra y mantenimiento de equipos.
El precio de los equipos de pos-procesamiento, como las máquinas herramienta CNC con varillaje de cinco-ejes y las máquinas pulidoras láser, puede ser de millones de yuanes por unidad. Para lograr un control de bucle cerrado-, estas máquinas necesitan sistemas de detección en línea y tecnologías de red inteligentes. Por ejemplo, cuesta cientos de miles de yuanes fabricar un posprocesador especial para el centro de mecanizado de cinco ejes Hammer C20U alemán. El coste de programación de las fresadoras normales es sólo una décima parte de ese coste. Además, el coste de los materiales en polvo de fabricación aditiva (como el polvo de aleación de titanio, que cuesta aproximadamente 2.000 yuanes/kg) es sustancialmente mayor que el de los materiales en barra tradicionales. Esto hace que el coste total del pos-procesamiento sea aún mayor.
2. La longitud de la cadena de procesos y los gastos ocultos
El procesamiento posterior al procesador requiere la combinación de muchos procesos, incluida la fabricación aditiva, el tratamiento térmico y el acabado de superficies, lo que genera una cadena de proceso alargada y mayores gastos ocultos. Por ejemplo, para fabricar un cóndilo femoral de aleación de cobalto, cromo y molibdeno para un implante médico, se necesita pulido electrolítico para eliminar la adherencia del polvo y luego se necesita un microfresado para fijar la raíz de la rosca. Se necesitan más de 8 horas para procesar una sola pieza, aunque el procedimiento estándar de forjado y torneado CNC solo demora 2 horas. Incluso si el pos-procesamiento puede hacer que las cosas sean más individualizadas, todavía es difícil igualar la ventaja del "moldeado en una sola vez" de los métodos tradicionales cuando se fabrican muchas cosas.
3. Dependencia de las habilidades y el costo de la mano de obra
Los operadores deben tener más habilidades para realizar el procesamiento post-procesador. Por ejemplo, necesita saber cómo convertir entre el sistema de coordenadas de la pieza de trabajo y el sistema de coordenadas de la máquina en programación CNC de cinco-ejes. Por otro lado, el tiempo de formación para las habilidades tradicionales de torneado y fresado es muy rápido. Además, corregir defectos en la fabricación aditiva (como el llenado de poros) requiere una combinación de perforación, soldadura y mecanizado, lo que hace que las habilidades necesarias para los trabajadores de procesos sean mucho más altas y cueste más por la mano de obra.
3, Ecología industrial: la singularidad y el desarrollo cooperativo del procesamiento convencional
1. La función de las "piedras de lastre" en las industrias fundamentales
Las industrias básicas como la automovilística y la eléctrica siguen siendo las que más utilizan el procesamiento tradicional. Por ejemplo, el método de fundición y mecanizado de bloques de cilindros de motores de automóviles puede producir millones de ellos cada año. Por otro lado, es difícil incorporar la fabricación aditiva a la cadena de suministro principal porque no es muy eficiente. Además, regular el flujo de las líneas metálicas durante la forja clásica puede aumentar considerablemente la resistencia a la fatiga de las piezas. Esto sigue siendo necesario para fabricar los principales componentes estructurales-de carga de los aviones.
2. Colocar el "nicho de mercado" para el pos-procesamiento en el lugar correcto
El principal beneficio del pos-procesamiento es que satisface las necesidades de "alta complejidad, tamaño de lote bajo y alta precisión". Por ejemplo, en el sector aeroespacial, es necesario utilizar pulido electroquímico (ECP) para eliminar el canal de flujo interno de las boquillas de combustible impresas en 3D. Esto se hace para reducir las rebabas y la resistencia al flujo, lo cual es difícil de lograr con el mecanizado tradicional para este tipo de arquitecturas de microcanales. En medicina, el microfresado se utiliza para cambiar las raíces roscadas de implantes hechos a medida para que se ajusten al tejido óseo del paciente. Esto es algo que los métodos estándar no pueden hacer.
3. El patrón de "evolución colaborativa" en cómo se integra la tecnología
El proceso compuesto "aditivo+sustractivo" será el principal foco de rivalidad en la industria manufacturera en el futuro. Por ejemplo, el software Siemens NX ha hecho posible que las vías de fabricación aditiva y el mecanizado CNC de cinco-ejes trabajen juntos para optimizarse entre sí. Para ello, utiliza tecnología de gemelo digital para predecir la deformación y crea automáticamente programas de compensación para mantener la precisión del mecanizado por debajo de ± 0,01 mm. Además, la combinación de sistemas de tratamiento térmico con plataformas digitales como el sistema simplificado de código cero en la nube puede generar bucles de control de producción, lo que reduce aún más la diferencia de costos entre el pos-procesamiento y los métodos tradicionales.