Hybride productie: additieve en subtractieve technologieën samenvoegen voor de toekomst van productie

[Afbeeldingscredit: DMG Mori]

Decennialang zijn additieve productie (AM) en traditionele subtractieve productie gezien als afzonderlijke uiteinden van een spectrum. In de realiteit mengen de meest geavanceerde fabrieken de twee om delen te creëren die zowel geometrisch complex als dimensionaal precies zijn. Hybride productie – waar AM en CNC-bewerking in een enkele machine coexisteren – biedt een one-stop oplossing die lead times en kosten drastisch kan verminderen.

Wat is hybride productie?

Hybride productie is de integratie van additieve en subtractieve processen binnen een enkele machine. In plaats van een deel te printen en het daarna op een aparte machine te bewerken, worden de twee operaties achtereenvolgens op hetzelfde platform uitgevoerd. Dit stelt ontwerpers in staat om te profiteren van de ontwerpvrijheid van AM terwijl de strakke toleraties en oppervlakteafwerking die alleen CNC-bewerking kan leveren, gewaarborgd blijven.

Het beste van twee werelden combineren

Low-volume productie van metaaldelen is een primair use case. Machines zijn typisch gebouwd rond een CNC-freeskop en daarna uitgerust met 3D-printzuigers, zoals DED of laser sintering eenheden. Het resultaat is een gestroomlijnde workflow: een complexe geometrie wordt geprint, daarna in dezelfde sessie afgewerkt. Bedrijven als Imperial Machine & Tool Co. hebben deze aanpak al ingezet om eindgebruiksdelen te produceren die anders meerdere productiestappen zouden vereisen.

Hybride technologieën op de markt

Direct Energy Deposition (DED) smelt metaal met een laser of elektronenbundel terwijl het het materiaal deposeert, wat snelle opbouw van grote delen mogelijk maakt. Na depositie kan dezelfde machine het oppervlak frezen om sub-millimeter toleraties te bereiken. DED is bijzonder effectief voor reparatie en hersteloperaties.

VS-gebaseerd Hybrid Manufacturing Technologies pionierte het eerste hybride depositie-frees systeem, de AMBIT™, geïntroduceerd in 2013. De gepatenteerde depositiehoofden kunnen aan elke CNC-machine worden toegevoegd, wat geautomatiseerde wisseling en naadloze integratie biedt.

DMG MORI's LASERTEC 65 3D hybride machine heeft een 5-as materiaal-depositiespuit die hoog complexe metaaldelen kan produceren zonder de noodzaak voor ondersteuningsstructuren. Optomec's LENS 850-R en geïntegreerde machine-tool lijnen demonstreren verder de veelzijdigheid van hybride oplossingen over een scala aan metalen en deelafmetingen.

Voordelen van hybride productie

Hybride systemen leveren meerdere voordelen:

• Verkorte lead times – DED's hoge depositiesnelheden gecombineerd met directe bewerking versnellen productie.
• Vergrote deelafmeting en dichtheid – hybride builds kunnen de volumelimieten van poederbedfusie overschrijden.
• Multi-metaal capaciteit – start met één legering en schakel naar een andere in dezelfde build, ideaal voor cladding en reparatie.
• Geen ondersteuningsstructuren – multi-as armen bouwen delen in elke richting, wat afval elimineert.
• Kostenbesparing – gietvullingen en stempels kunnen tegen de helft van de kosten geproduceerd worden vergeleken met conventionele methoden, en injectiegietruns kunnen 50% sneller zijn met verbeterde toollevensduur.

Bijvoorbeeld, Matsuura Machinery's LUMEX serie combineert laser sintering met een 20-tool freesspindel, wat delen in-process afgewerkt kan worden en na-productie bewerking elimineert.

Toepassingen

Terwijl aerospace en automotive leiders al hybride productie inzetten voor one-off, high-complexiteit delen, staat de technologie open om andere sectoren te transformeren:

• Medisch – patiënt-specifieke protheses en tandimplanten sneller en nauwkeuriger produceren.
• Reparatie & Onderhoud – GE gebruikte een hybride systeem om turbineschoven te herbouwen, materiaal toevoegend aan versleten features en bewerkend tot exacte tolerances, wat een volledige vervanging vermijdde.
• Algemene productie – elke industrie die small batch productie van complexe componenten vereist, kan profiteren.

De weg vooruit

Hybride productie is nog in ontwikkeling, maar het potentieel om lead times te verkorten, afval te verminderen en eerder onmogelijke ontwerpen mogelijk te maken, is duidelijk. Universiteiten zoals Loughborough duwen de grenzen met multi-systeem AM-onderzoek, wat suggereert dat hybride technologie binnenkort een standaard productieparadigma kan worden. De belofte van een all-in-one, duurzame productieplatform is binnen handbereik.

Meer van dit soort:

Hybride en multi-systemen AM, AM automatisering en meer: een interview met Professor Ian Campbell van Loughborough University