Nutzung der hybriden Fertigung mit additiven und subtraktiven Metalltechnologien

Die traditionelle subtraktive Fertigung ist seit Jahren ein zuverlässiger Ansatz, aber Entwicklungen in der additiven Fertigung haben die Aufmerksamkeit auf ihre Machbarkeit als skalierbare Lösung gelenkt – insbesondere für kundenspezifische Anpassungen, komplexe Geometrien und Kleinserienfertigung. Die Hybridfertigung umfasst sowohl additive als auch subtraktive Techniken, insbesondere Metalladditive, und bietet eine weitere flexible und dennoch präzise Fertigungslösung. Zu den Vorteilen der Hybridfertigung gehören:

• Höhere Oberflächenqualität
• Höhere Stärke
• Kosteneinsparungen gegenüber herkömmlichen Methoden
• Anpassbare Ansätze für einzelne Produkte
• Verbesserte Befestigung

Der Hybrid-Vorteil

Der erste Schritt bei der Hybridfertigung ist die additive Fertigung der Hauptform des Bauteils, die die endgültige Geometrie enthalten muss und möglicherweise zusätzliche Merkmale enthält, die später im subtraktiven Fertigungsprozess zum Spannen oder Positionieren verwendet werden. Außerdem muss bei einigen Merkmalen wie Löchern möglicherweise Material hinzugefügt werden, um die Verformung während des Metallzusatzprozesses zu berücksichtigen.

Unser Ausgangsprodukt bilden wir durch das Schmelzen von Metallen oder Polymeren in der additiven Fertigung. Diese werden durch zwei beliebte Methoden eingeschmolzen: 

• Selektives Laserschmelzen oder direktes Laser-Metallsintern (SLM oder DLMS)
• Elektronenstrahlschmelzen (EBM)

Laut Forschern der Western Pomeranian University of Technology bieten sowohl SLM als auch DLMS die größte Flexibilität bei Metallkomponenten. Diese Methoden ermöglichen es Herstellern, zahlreiche komplexe Geometrien zu erstellen – sogar im großen Maßstab. Komplizierte Produkte haben oft einzigartige, asymmetrische Formen mit abgerundeten Kanten. Je mehr Design-Flair wir einbringen, desto größer ist die Möglichkeit, dass Unvollkommenheiten während der Herstellung entstehen.

Erstellen besserer Komponenten

Denn so weit der 3D-Druck gekommen ist, ist der Prozess nicht perfekt. Die Hybridfertigung ermöglicht es uns, maßgenaue Produkte herzustellen, die sonst nicht mit so engen Toleranzen hergestellt wurden. Die maschinelle Bearbeitung oder subtraktive Fertigung korrigiert diese rauen Kanten und bringt alles innerhalb der erforderlichen Toleranz. Die Qualitätskontrolle ist für die richtige Passform, Funktionalität und Sicherheit in bestimmten Anwendungen - insbesondere in Fahrzeugen und Flugzeugen - unerlässlich.

In vielen Fällen finden die additiven und subtraktiven Prozesse auf zwei separaten Maschinen statt. Die Metallzusatzmaschine baut das Teil, dann entfernt ein Ingenieur es, prüft es auf Qualität und stellt sicher, dass jede Verformung akzeptabel ist.

Einige Hybridfertigungen finden jedoch auf einer einzigen Maschine statt. Laser Metal Deposition (LMD)- und Direct Metal Deposition (DMD)-Köpfe werden üblicherweise zu Metallschneidemaschinen hinzugefügt. Diese Additive sind ideal zum Korrigieren von Schönheitsfehlern oder zum Verjüngen vorhandener Teile, da Material an Problemstellen hinzugefügt und dann maschinell in die endgültige Form gebracht werden kann.

Nachteile der Hybridfertigung

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Metallpulver und verwandte Substanzen sind die Dreh- und Angelpunkte der Hybridfertigung, und diese bringen einige Sicherheitsrisiken mit sich, einschließlich einer hohen Entflammbarkeit unter bestimmten Bedingungen. Darüber hinaus sind sie krebserzeugende Stoffe, die für ungeschützte Arbeitnehmer langfristige Risiken darstellen. Hersteller müssen diese Risiken berücksichtigen und strenge Sicherheitsvorschriften einhalten, wenn sie pulverbasierte Additivtechnologie einsetzen.

Die Anlauf- (oder Übergangs-)Kosten sind ebenfalls hoch. Die additive Metallfertigung erfordert hochspezialisierte Maschinen. Sicherheitsbedenken wie die oben erwähnten Bedenken hinsichtlich Entflammbarkeit und Exposition schreiben auch vor, dass spezielle Einrichtungen erforderlich sind, um die Sicherheit der Arbeiter zu gewährleisten. Auch die Anlagenentwicklung ist teuer. Aufgrund dieser logistischen Barrieren kann nicht jedes Unternehmen stark in die hybride Fertigung investieren.

Was ist mit der Software?

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Die hybride Fertigung beginnt mit der Designphase, und CAD/CAM-Software spielt eine wichtige Rolle. Ingenieure müssen mit Materialien, Geometrien, Abmessungen und mehr experimentieren, wenn sie zuverlässige Komponenten erstellen. Es gibt auch Designüberlegungen sowohl für die additiven als auch für die subtraktiven Prozesse, die Ingenieure mit CAD-Software untersuchen müssen. Darüber hinaus können wir mit der FEA-Simulation analysieren, wie sich Designs nach der Produktion verhalten werden. Tools wie Fusion 360 zeichnen sich in diesen Bereichen aus. Das Beste ist, dass die Remote-Zusammenarbeit in diese Software integriert ist, um die Zusammenarbeit über Entfernungen hinweg zu erleichtern – egal, ob es sich um das Team, die Maschinen oder ganze Einrichtungen handelt, die weit voneinander entfernt sind.

Die Hybridfertigung ist vielversprechend und hat das Potenzial, verteilte Teams zusammenzubringen. Auch wenn es nicht für alle Projekte geeignet ist, vereint die hybride Fertigung das Beste aus additiver und subtraktiver Fertigung, schafft neue Herausforderungen und bietet neue Möglichkeiten.

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