1. Technische Merkmale: Genauigkeit und Effizienz arbeiten zusammen
Der Hauptvorteil der CNC-Bearbeitung besteht darin, dass sie ein gutes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit bietet. Beispielsweise kann sich die CNC-Werkzeugmaschine mit fünf-Achsenverbindungen selbst mit einer Genauigkeit von ± 0,001 mm positionieren, und die Genauigkeit der wiederholten Platzierung ist sogar noch besser. Es kann zuverlässig an Teilen arbeiten, die sehr genaue Toleranzen erfordern, wie z. B. Implantate für medizinische Geräte und Rotorblätter von Flugzeugtriebwerken. Beispielsweise konnte ein bestimmter Zulieferer von Automobilteilen mithilfe der Fünf-Achsen-Bearbeitung eine Erfolgsquote von 99,8 % bei wichtigen Abmessungen von Motorzylinderblöcken erzielen. Andererseits weist die additive Fertigung aufgrund der Art und Weise, wie Materialschichten übereinander gestapelt werden, eine Anisotropie in Richtung des mikroskopischen Kornwachstums auf. Um mechanische Leistungsprobleme zu beheben, sind Nachbearbeitungsmethoden wie Wärmebehandlung erforderlich. Derzeit ist es schwierig, das gleiche Maß an Oberflächenglätte und Maßhaltigkeit wie bei CNC zu erreichen.
Das Wichtigste an der additiven Fertigung ist, dass komplexe Strukturen auf einmal geformt werden können. Der Raptor-3-Motor von SpaceX ist ein gutes Beispiel dafür. Mithilfe des Metall-3D-Drucks werden dem Motor Rohrleitungen hinzugefügt, was die Anzahl der Teile reduziert und den Prozess vereinfacht. Dies führt zu einer Schubsteigerung von 21 % gegenüber dem Vorgängermotor. Dieser Vorteil liegt jedoch hauptsächlich in der Herstellung kleiner Stückzahlen und sehr komplizierter Kernteile. Für standardisierte Teile wie Zahnräder und Motorzylinderblöcke für Autos, die jedes Jahr zu Hunderttausenden hergestellt werden, ist CNC immer noch die beste Möglichkeit, sie herzustellen, da es schneller und kostengünstiger ist. Daten zeigen, dass die Kosten für die CNC-Bearbeitung pro Stück mit zunehmender Losgröße stark sinken. Andererseits kann die Materialausnutzungsrate der additiven Fertigung über 95 % betragen, aber in Situationen mit hoher Ausbeute sind die Kosten für die Abschreibung der Ausrüstung und den Energieverbrauch immer noch höher als bei herkömmlichen Methoden.
2. Anwendungsszenario: Der Bedarf an mehreren Anforderungen, die nicht durch eine Lösung erfüllt werden können
Die Luft- und Raumfahrtindustrie verfügt über ein Arbeitsteilungsmodell, das „Kernkomponenten für die additive Fertigung + Präzisionsstrukturen für die CNC-Bearbeitung“ umfasst. Beispielsweise nutzt die China Aerospace Science and Technology Corporation die additive Fertigung, um Kabinenteile zusammenzudrucken, wodurch die Anzahl der Teile reduziert wird. Allerdings benötigen Teile wie Turbinenschaufeln, die hohen Temperaturen und Drücken standhalten müssen, immer noch eine CNC-Bearbeitung. Der additive Druck erleichtert die Herstellung einer bestimmten Art von Kraftstoffdüse für Motoren, indem er sie in eine einzige komplexe Struktur anstelle von Tausenden von Teilen umwandelt. Allerdings müssen die Strömungskanäle im Mikromaßstab auf der Düsenoberfläche erneut mithilfe der elektrochemischen CNC-Bearbeitung (ECM) geändert werden, um den Anforderungen der Kraftstoffzerstäubungseffizienz gerecht zu werden.
Die medizinische Industrie hat einen Zwei-Wege-Weg aus „personalisierter Anpassung + Produktion im großen Maßstab“ geschaffen. Die additive Fertigung kann dazu beitragen, dass orthopädische Implantate wie Hüftprothesen aus Titanlegierung perfekt in das Knochengewebe passen. Allerdings muss die bioaktive Oberflächenbeschichtung für die Knochenintegration durch eine CNC-Mikrolichtbogenoxidationsbehandlung verbessert werden. Ein bestimmtes Unternehmen stellte ein 3D--gedrucktes Zahnimplantat mit einer inneren porösen Struktur her, das durch additive Fertigung vervollständigt wurde. Die Außengewinde wurden mittels CNC-Bearbeitung bearbeitet, um sicherzustellen, dass das Implantat direkt nach dem Einsetzen stabil ist. Diese „additiv+subtraktive“ Verbundtechnik ist ein gutes Beispiel dafür, wie CNC- und additive Fertigung zusammenarbeiten können.
CNC ist immer noch der wichtigste Teil, um Autos leichter zu machen und die Kosten niedrig zu halten. Batterieträger für Fahrzeuge mit neuer Energie müssen gleichzeitig stark und leicht sein. Durch die CNC-Bearbeitung von Strangpressprofilen aus Aluminiumlegierung konnte ein Unternehmen seine Materialkosten senken und seine Produktionseffizienz im Vergleich zur additiven Fertigung steigern. Mithilfe der additiven Fertigung können komplexe Oberflächendesigns für Sensorgehäuse-selbstfahrende Autos schnell iteriert werden. Die endgültige Massenproduktion muss jedoch noch auf CNC-Produktionslinien erfolgen, um die Anforderungen einer Millionen-Jahresproduktion und einer Montagegenauigkeit von 0,01 mm-zu erfüllen.
3. Industrielle Ökologie: Technologien kombinieren und Ökosysteme neu aufbauen
Die Welt der Fertigung entwickelt eine neue Vorgehensweise namens „designgesteuerte additive Fertigung + CNC-Prozesssicherung“. Ein Unternehmen, das Verkehrsflugzeuge herstellt, hat mit Ausrüstungslieferanten zusammengearbeitet, um eine neue Art von Aluminiumlegierung zu entwickeln, die sich gut dazu eignet, Raketen leichter zu machen. Bei der additiven Fertigung wird der Prototyp schnell auf topologieoptimiertes Design überprüft, und in der Massenproduktionsphase wird CNC-Schmiede- und Bearbeitungstechnologie eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Struktur stabil ist und die Kosten niedrig gehalten werden. Dieser geschlossene Kreislauf der „Entwurfsvalidierung der Massenproduktion“ beruht auf der Tatsache, dass CNC die einzige Möglichkeit ist, Materialien zu formen und eine präzise Bearbeitung durchzuführen.
Die zunehmende Arbeitsteilung in der Industriekette fördert technologische Synergien. Eine intelligente Prozessbibliothek, die von einem bestimmten Unternehmen im Bereich der additiven Metallfertigung erstellt wurde, vereint mehr als 100.000 Sätze von Materialeigenschaften und ermöglicht es Benutzern, mit nur einem Klick die besten Drucklösungen zu erstellen. Dennoch hängt die Nachbearbeitung weiterhin von CNC-Polieren, Sandstrahlen und anderen Methoden ab. Eine bestimmte Art von Klappbildschirm-Handyscharnieren verwendet 3D-gedruckte Titanlegierungsteile. Der Schlüssel zur Steigerung der Ausbeute liegt in der Fähigkeit der CNC, Druckgrate mit großer Genauigkeit zu entfernen. Diese Strategie der Zusammenarbeit „Front-additiv + Back-end subtraktiv ist in der High-End-Fertigung zur Norm geworden.
Grundlage ist das Zusammenspiel von Politik und Standardbautechnik. Die Internationale Organisation für Normung (ISO) hat Standards für die additive Fertigungstechnologie veröffentlicht, die Dinge wie Materialprüfung und Gerätekalibrierung abdecken. Allerdings muss die Zertifizierung für Luft- und Raumfahrt, Medizin und andere Bereiche noch in CNC-Fertigungssysteme integriert werden. Beispielsweise muss eine bestimmte Art von Rotorblatt eines Flugzeugtriebwerks sowohl die Anforderungen zum Auffinden von Fehlern im Inneren des Rotorblatts als auch die Standards für die Rauheit der Oberfläche des Rotorblatts erfüllen. Durch dieses duale Zertifizierungssystem ergänzen sich die beiden Technologien noch besser.
