Subtractive vs Hybrid CNC-AM untuk Pembaikan Alat

PFT, Shenzhen

Kajian ini membandingkan keberkesanan pemesinan CNC tolak tradisional dengan pembuatan CNC-Additive Manufacturing (AM) hibrid yang muncul untuk pembaikan alat industri. Metrik prestasi (masa pembaikan, penggunaan bahan, kekuatan mekanikal) dikira menggunakan eksperimen terkawal pada acuan pengecap yang rosak. Keputusan menunjukkan kaedah hibrid mengurangkan sisa bahan sebanyak 28–42% dan memendekkan kitaran pembaikan sebanyak 15–30% berbanding pendekatan tolak sahaja. Analisis mikrostruktur mengesahkan kekuatan tegangan setanding (≥98% daripada alat asal) dalam komponen yang dibaiki hibrid. Had utama melibatkan kekangan kerumitan geometri untuk pemendapan AM. Penemuan ini menunjukkan hibrid CNC-AM sebagai strategi yang berdaya maju untuk penyelenggaraan alat yang mampan.

1 Pengenalan

Kemerosotan alatan kos industri pembuatan $240B setiap tahun (NIST, 2024). Pembaikan CNC tolak tradisional membuang bahagian yang rosak melalui pengilangan/pengisaran, selalunya membuang >60% bahan yang boleh diselamatkan. Penyepaduan CNC-AM hibrid (pemendapan tenaga langsung ke perkakas sedia ada) menjanjikan kecekapan sumber tetapi tidak mempunyai pengesahan industri. Penyelidikan ini mengukur kelebihan operasi aliran kerja hibrid berbanding kaedah tolak konvensional untuk pembaikan alatan bernilai tinggi.

2 Metodologi

2.1 Reka Bentuk Eksperimen

Lima mati pengecap keluli H13 yang rosak (dimensi: 300×150×80mm) menjalani dua protokol pembaikan:

• Kumpulan A (Tolak):
  - Pembuangan kerosakan melalui pengilangan 5 paksi (DMG MORI DMU 80)
  - Pemendapan pengisi kimpalan (GTAW)
  - Selesai pemesinan kepada CAD asal

• Kumpulan B (Hibrid):
  - Pembuangan kecacatan minimum (kedalaman <1mm)
  - Pembaikan DED menggunakan Meltio M450 (wayar 316L)
  - Pemesinan semula CNC Adaptif (Siemens NX CAM)

2.2 Pemerolehan Data

• Kecekapan Bahan: Pengukuran jisim pra/selepas pembaikan (Mettler XS205)

• Penjejakan Masa: Pemantauan proses dengan penderia IoT (ToolConnect)

• Ujian Mekanikal:
  - Pemetaan kekerasan (Buehler IndentaMet 1100)
  - Sampel tegangan (ASTM E8/E8M) daripada zon yang dibaiki

3 Keputusan & Analisis

3.1 Penggunaan Sumber

Jadual 1: Perbandingan Metrik Proses Pembaikan

3.2 Integriti Mekanikal

Spesimen pembaikan hibrid yang dipamerkan:

• Kekerasan konsisten (52–54 HRC lwn. 53 HRC asal)

• Kekuatan tegangan muktamad: 1,890 MPa (±25 MPa) – 98.4% daripada bahan asas

• Tiada delaminasi antara muka dalam ujian keletihan (kitaran 10⁶ pada tekanan hasil 80%)

Rajah 1: Struktur mikro antara muka pembaikan hibrid (SEM 500×)
Nota: Struktur butiran sama pada sempadan gabungan menunjukkan pengurusan haba yang berkesan.

4 Perbincangan

4.1 Implikasi Operasi

Pengurangan masa sebanyak 28.9% berpunca daripada menghapuskan penyingkiran bahan pukal. Pemprosesan hibrid terbukti berfaedah untuk:

• Perkakas lama dengan stok bahan yang dihentikan

• Geometri kerumitan tinggi (cth, saluran penyejukan konformal)

• Senario pembaikan volum rendah

4.2 Kekangan Teknikal

Had diperhatikan:

• Sudut pemendapan maksimum: 45° dari mendatar (menghalang kecacatan tidak terjual)

• Varian ketebalan lapisan DED: ±0.12mm memerlukan laluan alat penyesuaian

• Rawatan HIP pasca proses penting untuk alatan gred aeroangkasa

5 Kesimpulan

Hibrid CNC-AM mengurangkan penggunaan sumber pembaikan alat sebanyak 23–42% sambil mengekalkan kesetaraan mekanikal kepada kaedah tolak. Pelaksanaan disyorkan untuk komponen dengan kerumitan geometri sederhana di mana penjimatan bahan mewajarkan kos operasi AM. Penyelidikan seterusnya akan mengoptimumkan strategi pemendapan untuk keluli alat yang dikeraskan (>60 HRC).