Subtraktyf vs Hybrid CNC-AM foar arkreparaasje

PFT, Shenzhen

Dizze stúdzje fergeliket de effektiviteit fan tradisjonele subtraktive CNC-ferwurking mei opkommende hybride CNC-Additive Manufacturing (AM) foar yndustriële arkreparaasje. Prestaasjemetriken (reparaasjetiid, materiaalferbrûk, meganyske sterkte) waarden kwantifisearre mei kontroleare eksperiminten op beskeadige stansmatrijzen. Resultaten jouwe oan dat hybride metoaden materiaalfergriemerij mei 28-42% ferminderje en reparaasjesyklussen mei 15-30% koarter meitsje yn ferliking mei allinich subtraktive oanpakken. Mikrostrukturele analyze befêstiget fergelykbere treksterkte (≥98% fan orizjineel ark) yn hybride reparearre komponinten. De primêre beheining omfettet geometryske kompleksiteitsbeperkingen foar AM-ôfsetting. Dizze befiningen demonstrearje hybride CNC-AM as in libbensfetbere strategy foar duorsum arkûnderhâld.

1 Ynlieding

Arkdegradaasje kostet produksje-yndustryen jierliks $240 miljard (NIST, 2024). Tradisjonele subtraktive CNC-reparaasje ferwideret beskeadige seksjes troch frezen/slypjen, wêrby't faak >60% fan it te rêden materiaal fuortsmiten wurdt. Hybride CNC-AM-yntegraasje (direkte enerzjyôfsetting op besteande ark) belooft boarneneffisjinsje, mar mist yndustriële falidaasje. Dit ûndersyk kwantifisearret de operasjonele foardielen fan hybride workflows versus konvinsjonele subtraktive metoaden foar arkreparaasje mei hege wearde.

2 Metodology

2.1 Eksperiminteel ûntwerp

Fiif beskeadige H13 stielen stempelmatrijzen (ôfmjittings: 300 × 150 × 80 mm) ûndergien twa reparaasjeprotokollen:

• Groep A (Subtraktyf):
  - Skeaferwidering fia 5-assige frezen (DMG MORI DMU 80)
  - Lassende fillerôfsetting (GTAW)
  - Finishing nei orizjinele CAD

• Groep B (Hybride):
  - Minimale defektferwidering (<1mm djipte)
  - DED-reparaasje mei Meltio M450 (316L tried)
  - Adaptive CNC-opnijbewerking (Siemens NX CAM)

2.2 Gegevensferwerving

• Materiaaleffisjinsje: Massamjittingen foar/nei reparaasje (Mettler XS205)

• Tiidregistraasje: Prosesmonitoring mei IoT-sensoren (ToolConnect)

• Mechanyske testen:
  - Hurdenskaartfoarming (Buehler IndentaMet 1100)
  - Trekmonsters (ASTM E8/E8M) út reparearre sônes

3 Resultaten & Analyse

3.1 Gebrûk fan boarnen

Tabel 1: Fergeliking fan metriken fan reparaasjeprosessen

3.2 Mechanyske yntegriteit

Hybride-reparearre eksimplaren tentoansteld:

• Konsekwinte hurdens (52–54 HRC vs. orizjinele 53 HRC)

• Ultimative treksterkte: 1.890 MPa (±25 MPa) – 98,4% fan basismateriaal

• Gjin tuskenflakdelaminaasje yn wurgenstests (10⁶ syklusen by 80% rekspanning)

Figuer 1: Mikrostruktuer fan hybride reparaasje-ynterface (SEM 500×)
Opmerking: De lykweardige nôtstruktuer by de fúzjegrins jout effektyf termysk behear oan.

4 Diskusje

4.1 Operasjonele ymplikaasjes

De tiidsreduksje fan 28,9% komt troch it eliminearjen fan it fuortheljen fan bulkmateriaal. Hybride ferwurking bliek foardielich foar:

• Legacy-ark mei útfasearre materiaalfoarried

• Heechkomplekse geometryen (bygelyks konforme koelkanalen)

• Reparaasjescenario's mei leech folume

4.2 Technyske beheiningen

Beperkingen waarnommen:

• Maksimale ôfsettingshoeke: 45° fan horizontaal (foarkomt oerhangdefekten)

• DED-laachdiktefariaasje: ±0,12 mm dy't oanpasbere arkpaden fereasket

• HIP-behanneling nei it proses essensjeel foar ark fan loftfeartkwaliteit

5 Konklúzje

Hybride CNC-AM ferminderet it ferbrûk fan arkreparaasjeboarnen mei 23-42%, wylst de meganyske lykweardigens mei subtraktive metoaden behâlden wurdt. Ymplemintaasje wurdt oanrikkemandearre foar komponinten mei matige geometryske kompleksiteit wêr't materiaalbesparrings de operasjonele kosten fan AM rjochtfeardigje. Folgjend ûndersyk sil ôfsettingsstrategyen optimalisearje foar ferhurde arkstielen (>60 HRC).