A Tecnologia de Fabricação Híbrida é o Futuro da Fabricação de Aditivos?

[Crédito da imagem:DMG Mori]

Embora a manufatura aditiva e tradicional (subtrativa) muitas vezes tenham sido colocadas em extremos opostos do espectro, é realmente este o caso? Conforme a tecnologia de fabricação avança, os benefícios da fabricação de híbridos são claros. Os sistemas de manufatura híbridos, equipados com recursos de manufatura aditivos e subtrativos, podem ser uma virada de jogo para a indústria. Nesse cenário, as tecnologias aditivas e subtrativas, longe de serem métodos concorrentes, podem, na verdade, se complementar muito e abrir uma gama de oportunidades para uma fabricação aprimorada e completa.

O que é manufatura híbrida?

O uso de tecnologias subtrativas e aditivas juntas não é um conceito novo: por exemplo, o pós-processamento de peças impressas em 3D normalmente envolve usinagem CNC para obter maior precisão e um acabamento superficial mais liso. No entanto, há também outra forma de combinar os dois métodos, resultando no que é conhecido como manufatura híbrida.

Quando falamos em manufatura híbrida, estamos nos referindo à combinação de aditivo e subtrativo processos de fabricação na mesma máquina . A manufatura híbrida potencializa os recursos mais valiosos de ambas as tecnologias:a complexidade geométrica da manufatura aditiva e a alta precisão dos métodos subtrativos. Isso significa que uma vez que uma peça pode ser criada e usinada de forma aditiva em uma única operação, acelerando o processo de produção. Claro, isso significa que o projeto de qualquer componente híbrido deve ser feito levando-se em consideração os requisitos de manufatura aditivos e subtrativos.

Combinando o melhor dos dois mundos

Uma aplicação dos sistemas de manufatura híbridos é a produção de baixo volume de peças de metal. As máquinas construídas para esse propósito normalmente usam um sistema de fresamento CNC ao qual são adicionados recursos adicionais, como impressão 3D bicos, por exemplo. Apesar da complexidade do design proporcionada pela impressão 3D em metal, as peças de metal requerem um pós-processamento extenso, em parte para superar os acabamentos de superfície áspera. E embora a usinagem CNC seja limitada quando se trata de produzir geometrias complexas, ela oferece um alto grau de precisão.

Imperial Machine &Tool Co. é uma empresa que desenvolveu tecnologia de manufatura híbrida; aqui, os sistemas AM são usados ​​para produzir peças de metal complexas de uso final, que são então usinadas por CNC para precisão dimensional.

Tecnologias híbridas - O que há no mercado

Deposição de energia direta (DED) é um método de fabricação aditiva que pode ser usado em tais soluções híbridas. O DED funciona derretendo o material por um laser ou feixe de elétrons à medida que é depositado por meio de um bico na plataforma de construção. O material depositado pode então ser fresado em CNC para obter um melhor acabamento de superfície e tolerâncias mais estreitas. Como alternativa, uma peça pode ser fresada primeiro e, em seguida, recursos extras podem ser construídos de forma aditiva para criar formas mais complexas. A tecnologia DED é uma opção ideal para a produção de grandes peças de metal e reparo de componentes-chave.

A empresa norte-americana Hybrid Manufacturing Technologies foi a primeira a desenvolver um sistema híbrido de deposição e fresamento denominado AMBIT ™ em 2013. O A característica mais distintiva do sistema AMBIT são seus cabeçotes de deposição patenteados que podem ser adicionados a qualquer máquina CNC para produzir peças novas ou consertar peças existentes, com um processo de troca automatizado.

Confira o sistema AMBIT da empresa aqui:




DMG MORI é outro ator chave no campo da manufatura de híbridos. Sua máquina híbrida LASERTEC 65 3D oferece um bico de deposição de material de 5 eixos, permitindo a produção de peças de metal altamente complexas. A Optomec, com sede nos Estados Unidos, também vale a pena mencionar:a empresa oferece duas soluções híbridas baseadas em sua tecnologia proprietária LENS. Em primeiro lugar, sua série de máquinas aditivas híbridas, a mais recente das quais (o sistema LENS 850-R) é adequada para grandes peças de metal e, em segundo lugar, sua série de máquinas-ferramenta, que podem ser integradas em uma plataforma CNC padrão.

Os benefícios da fabricação híbrida

Os benefícios desse tipo de fabricação de híbridos são múltiplos. Em primeiro lugar, graças às altas taxas de deposição da tecnologia DED e fresamento CNC, que pode ser usado imediatamente para terminar uma peça impressa em 3D, os prazos de produção de peças de metal podem ser acelerados, resultando em um tempo de colocação no mercado mais rápido.
Outra vantagem dos sistemas híbridos DED é que metais diferentes podem ser usado na mesma parte. Por exemplo, um sistema híbrido pode começar com a usinagem de um bloco de um metal e depois mudar para outro usando manufatura aditiva. Freqüentemente, o revestimento é realizado dessa maneira.

A sinterização a laser também pode ser acoplada à fresagem CNC, resultando em um processo de leito de pó híbrido. Matsuura Machinery Corp. é o principal fabricante de tais sistemas, oferecendo sua série LUMEX de máquinas de “fabricação de híbridos de sinterização de metal a laser”.

Combinando a sinterização seletiva a laser e uma plataforma de usinagem que acomoda até 20 ferramentas (o LUMEX Avance-60), os sistemas LUMEX podem produzir peças sem acabamento posterior. O fuso de usinagem presente nos sistemas também é capaz de atingir as estruturas internas à medida que são impressas, criando peças de alta precisão. Isso não seria possível apenas com a manufatura aditiva, durante a qual uma peça é primeiro impressa e depois enviada para o acabamento.

Segundo Matsuura, esta tecnologia híbrida é particularmente benéfica para a indústria de moldes, pois é capaz de reduzir pela metade os custos de fabricação de moldes e matrizes em comparação com os métodos convencionais. No entanto, outras indústrias também podem aproveitar as vantagens da tecnologia híbrida de leito de pó, criando componentes de alto valor com peso reduzido e funcionalidade aprimorada. Além disso, os moldes com canais de resfriamento conformados complexos podem ser fabricados aditivamente e, em seguida, usinados com máquinas AM híbridas de leito de pó, resultando em ciclos de molde de injeção 50% mais rápidos, melhorando a vida útil da ferramenta em mais de 30%.

Aplicativos

Enquanto as indústrias aeroespacial e automotiva são pioneiras na tecnologia de manufatura híbrida (essas indústrias normalmente têm lotes únicos ou pequenos de peças altamente complexas passando por iterações frequentes), a manufatura híbrida pode se tornar uma solução viável para várias aplicações médicas.

Embora os sistemas de manufatura híbridos ainda não tenham sido desenvolvidos especificamente para aplicações médicas, a impressão 3D de peças médicas e, subsequentemente, sua usinagem já é um processo amplamente utilizado na indústria. No entanto, com o advento da fabricação de híbridos, próteses e implantes dentários altamente precisos para pacientes específicos puderam ser produzidos de forma ainda mais rápida e econômica.

No entanto, a manufatura aditiva híbrida talvez seja ainda mais benéfica no campo das operações de reparo e manutenção. Um exemplo é a GE, que usou o sistema híbrido da Hybrid Manufacturing Technologies para consertar as lâminas da turbina. Graças à fabricação híbrida, recursos desgastados e peças danificadas de uma lâmina de turbina podem ser reparados depositando novo material em sua superfície e, em seguida, usinando-o para tolerâncias precisas.

Isso não apenas elimina a necessidade de produzir uma peça nova do zero, mas também reduz o número de etapas necessárias para reparar uma peça. Em um caso, o sistema híbrido foi até capaz de modificar a forma da raiz da lâmina, adicionando um recurso para melhor eficiência de energia. Isso não seria econômico apenas com métodos de fabricação tradicionais, como fundição.

A estrada à frente

Embora a fabricação de híbridos ainda esteja nos estágios iniciais de desenvolvimento, os benefícios que ela pode oferecer à indústria de manufatura são infinitos, desde tempos de entrega mais curtos até peças complexas que, de outra forma, seriam impossíveis de criar. Há muitas pesquisas sendo conduzidas neste campo:por exemplo, a Loughborough University é pioneira no que chama de AM híbrido e multi-sistemas para sistemas de metal e polímero. Em última análise, as tecnologias híbridas podem se tornar uma virada de jogo industrial, abrindo caminho para uma manufatura completa e mais sustentável.

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