1. Caratteristiche tecniche: precisione ed efficienza lavorano insieme
Il vantaggio principale della lavorazione CNC è che raggiunge un buon equilibrio tra velocità e precisione. Ad esempio, la macchina utensile CNC con collegamento a cinque-assi può posizionarsi con una precisione di ± 0,001 mm e la precisione del posizionamento ripetuto è ancora migliore. Può funzionare in modo affidabile su parti che necessitano di tolleranze molto precise, come impianti di dispositivi medici e pale di motori aeronautici. Ad esempio, un certo fornitore di componenti automobilistici è riuscito a ottenere una percentuale di successo del 99,8% per dimensioni importanti dei blocchi cilindri del motore utilizzando la lavorazione a cinque-assi. D’altro canto, la produzione additiva presenta anisotropia nella direzione della crescita microscopica dei grani a causa del modo in cui gli strati di materiale si impilano uno sopra l’altro. Per risolvere i problemi di prestazioni meccaniche, sono necessari metodi di post-elaborazione come il trattamento termico. Al momento, è difficile ottenere lo stesso livello di levigatezza superficiale e consistenza dimensionale del CNC.
La cosa più importante della produzione additiva è che può modellare strutture complesse tutte in una volta. Il motore Raptor 3 di SpaceX ne è un buon esempio. Utilizza la stampa 3D in metallo per aggiungere tubazioni al motore, riducendo il numero di parti e semplificando il processo. Ciò porta ad un aumento della spinta del 21% rispetto al motore precedente. Ma questo vantaggio risiede principalmente nella produzione di piccole quantità e di parti fondamentali molto complicate. Per articoli standardizzati come ingranaggi e blocchi motore per automobili, che vengono prodotti a centinaia di migliaia ogni anno, il CNC è ancora il modo migliore per realizzarli poiché è più veloce ed economico. I dati mostrano che il costo della lavorazione CNC per pezzo diminuisce notevolmente all’aumentare della dimensione del lotto. D'altro canto, il tasso di utilizzo dei materiali della produzione additiva può superare il 95%, ma in situazioni ad alto rendimento, i costi di ammortamento delle attrezzature e di utilizzo dell'energia sono ancora più elevati rispetto a quelli dei metodi tradizionali.
2. Scenario applicativo: necessità di molteplici esigenze che non possono essere soddisfatte da un'unica soluzione
L’industria aerospaziale ha un modello di divisione del lavoro che include “componenti principali della produzione additiva + strutture di precisione della lavorazione CNC”. Ad esempio, la China Aerospace Science and Technology Corporation utilizza la produzione additiva per stampare insieme le parti della cabina, riducendo così la quantità di parti. Tuttavia, articoli come le pale delle turbine che devono sopravvivere a temperature e pressioni elevate necessitano ancora di lavorazione CNC. La stampa additiva rende più semplice realizzare un certo tipo di ugello del carburante del motore trasformandolo in un’unica struttura complessa invece che in migliaia di parti. Ma i canali di flusso su scala micro-sulla superficie dell'ugello devono essere nuovamente modificati utilizzando la lavorazione elettrochimica CNC (ECM) per soddisfare le esigenze di efficienza dell'atomizzazione del carburante.
L'industria medica ha creato una strada a doppio senso-di "personalizzazione personalizzata + produzione su larga-scala". La produzione additiva può aiutare gli impianti ortopedici come le protesi dell’anca in lega di titanio ad adattarsi perfettamente al tessuto osseo, tuttavia il rivestimento bioattivo superficiale deve essere migliorato per l’integrazione ossea tramite il trattamento di ossidazione con micro arco CNC. Un'azienda specifica ha realizzato un impianto dentale-stampato in 3D con una struttura porosa interna completata mediante produzione additiva. Le filettature esterne sono state realizzate mediante lavorazione CNC per garantire che l'impianto sia stabile subito dopo l'inserimento. Questa tecnica composita "additiva+sottrattiva" è un buon esempio di come la produzione CNC e quella additiva possano lavorare insieme.
Il CNC è ancora la parte più importante per rendere le automobili più leggere e contenere i costi. I portabatterie per i veicoli a nuova energia devono essere robusti e leggeri allo stesso tempo. Grazie alla lavorazione CNC di profili estrusi in lega di alluminio, un’azienda è riuscita a ridurre i costi dei materiali e ad aumentare l’efficienza produttiva rispetto alla produzione additiva. La produzione additiva può ripetere rapidamente progetti superficiali complessi per alloggiamenti di sensori per auto-a guida autonoma, ma la produzione di massa finale deve ancora essere eseguita su linee di produzione CNC per soddisfare i requisiti di una produzione annua di un milione di-livelli e di una precisione di assemblaggio di 0,01 mm-di livello.
3. Ecologia industriale: combinazione di tecnologie e ricostruzione di ecosistemi
Il mondo della produzione sta proponendo un nuovo modo di fare le cose chiamato "produzione additiva guidata dalla progettazione + garanzia del processo CNC". Un’azienda che produce aerei commerciali ha collaborato con fornitori di attrezzature per creare un nuovo tipo di lega di alluminio utile per rendere i razzi più leggeri. La produzione additiva controlla rapidamente il prototipo per la progettazione di ottimizzazione della topologia e la tecnologia di forgiatura e lavorazione CNC viene utilizzata nella fase di produzione di massa per garantire che la struttura sia resistente e i costi siano mantenuti bassi. Questo ciclo chiuso-di "produzione di massa di convalida del progetto" dipende dal fatto che il CNC è l'unico modo per modellare i materiali ed eseguire lavorazioni precise.
L’aumento della divisione del lavoro nella catena industriale incoraggia la sinergia tecnologica. Una libreria di processi intelligente creata da una determinata azienda nel campo della produzione additiva in metallo combina più di 100.000 set di caratteristiche dei materiali e consente agli utenti di creare le migliori soluzioni di stampa con un solo clic. Tuttavia, la post-elaborazione dipende ancora dalla lucidatura CNC, dalla sabbiatura e da altri metodi. Un certo tipo di cerniera per telefono cellulare con schermo pieghevole utilizza parti in lega di titanio stampate in 3D. La chiave per aumentare la resa è la capacità del CNC di rimuovere le bave di stampa con grande precisione. Questa strategia di collaborazione "additiva front{9}}end + back-sottrattiva" è diventata la norma nella produzione-di fascia alta.
Il fondamento è la convivenza tra politica e tecnologia costruttiva standard. L’Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) ha pubblicato standard per la tecnologia di produzione additiva che coprono aspetti come i test sui materiali e la calibrazione delle apparecchiature. Tuttavia, la certificazione per i settori aerospaziale, medico e di altro tipo deve ancora essere integrata con i sistemi di produzione CNC. Ad esempio, un tipo specifico di pala di motore aeronautico deve soddisfare sia i requisiti per l'individuazione di difetti all'interno della pala sia gli standard di rugosità sulla superficie della pala. Questo doppio sistema di certificazione rende le due tecnologie ancora più complementari.
