Hybrydowe techniki wytwarzania oraz obrabiarki stanowią istotne uzupełnienie (rozszerzenie) tradycyjnie rozumianych technik wytwarzania. Przeważnie hybrydowe techniki oznaczają hybrydowe obrabiarki.

Słownikowa definicja znaczenia hybrydy opisuje ją jako skrzyżowanie dwóch różnych elementów posiadających jednak częściowo wspólne cechy (np. techniki wytwarzania, obrabiarki). Pojęcie hybrydy zostało pierwotnie zastosowane w naukach biologicznych, a następnie m.in. w technologii.

Ubytkowe techniki (techniki tradycyjne) polegają na usuwaniu materiału przedmiotu obrabianego stanowiącego celowo zaprojektowany naddatek obróbkowy. Podstawową zasadą jest to, że twardość materiału narzędzia jest znacząco wyższa niż materiału przedmiotu obrabianego. Oprócz obróbek tradycyjnych (konwencjonalnych) klasyfikuje się obróbki w grupie niekonwencjonalnych (trudno je jednak już uznawać za takie w kontekście lat ich przemysłowego stosowania), które dzielimy na:

• mechaniczne (np. obróbka ultradźwiękami, cięcie wodą);
• chemiczne/eletrochemiczne (np. trawienie fotochemiczne);
• termiczne (np. EDM, cięcie wiązką elektronów, teksturowanie laserowe – ilustracja 1)

Ilustracja 1 – Stoisko firmy GF Machining Solutions podczas MACHTOOL 2016 w Poznaniu. Prezentacja znakowania laserowego.

Obróbki hybrydowe stosuje się w następujących celach:

• obróbki powierzchni w przypadku, których wykorzystanie technik konwencjonalnych jest albo bardzo trudne, albo niemożliwe, albo zbyt kosztowne (np. druk 3D z wykorzystaniem obrabiarek 5-osiowych lub robotów przemysłowych);
• zapewnienia powtarzalności (np. laserowe teksturowanie, które zastępuej trawienie fotochemiczne);
• podwyższenie parametrów jakościowych powierzchni obrobionych (poprawa dokładności geometrycznej, lepsza chropowatość powierzchni);
• podwyższenie wydajności;

Druku 3D metali z wykorzystaniem napawania laserowego i centrum obróbkowego CNC 5-osiowego stanowi przykład połączenia kinematycznych możliwości 3 i 5-osiowych centrów frezarskich lub robotów przemysłowych i napawania laserowego. Producent obrabiarek firma DMG MORI posiada w swojej ofercie maszynę technologiczną w ramach serii LASERTEC (LASERTEC 3D) – ilustracja 2. W pierwszym etapie poprzez napawanie laserowe powstaje przedmiot obrabiany. Możliwe jest wytwarzanie przedmiotów 3D z metali (m.in. stale stopowe, stale narzędziowe, stopy: aluminium, kobaltu, niklu, brązu, metali szlachetnych oraz węgliki wolframu, stellit) w postaci drutu. W drugim etapie przeprowadzana jest obróbka frezowaniem. Takie rozwiązanie posiada bardzo ważną zaaletę – nie ulega zmianie ustalenie i zamocowanie przedmiotu obrabianego.

Ilustracja 2. LASERTEC 3D firmy DMG MORI, regeneracja łopatek turbiny – dzięki uprzejmości CAMdivision

Zakres zastosowania tego typu obróbki hybrydowej to:

• synteza nowych przedmiotów, m.in. w zakresie opracowywania nowych konstrukcji (prototyp);
• regeneracja/naprawa części poprzez uzupełnienie brakujących objętości przedmiotu (np. ząb w kole zębatym) – naniesione warstwy posiadają właściwości zbliżone do materiału podłoża;
• podwyższanie trwałości eksploatacyjnej (np. pokrywanie warstwami antykorozyjnymi).

W napawaniu laserowym przedmiot wytwarzany jest warstwa po warstwie (grubość warstwy od 0,1 do 1,5 mm). Warstwa powstaje poprzez stopienie stopiwa w procesie spawalniczym, w którym źródłem energii jest laser. W wyniku tego otrzymuje się dobre zespolenie napawanego materiału z podłożem.

Przykłady innych obróbek hybrydowych to:

• obróbka udarowo-ścierna (USM-EDM – ang. Ultra Sonic Machining – Electro Discharge Machining) – luźne ścierniwo jest przemieszczane poprzez narzędzie, którego kształt odwzorowuje zarys wybrania do wykonania w przedmiocie obrabianym (np. okresowe uderzenia);
• obróbka magneto-ścierna MAF (ang. Magnetic Abrasive Finishing) – wzajemny ruch między medium ściernym a powierzchniami i krawędziami przedmiotu obrabianego – usuwanie zadziorów;
• obróbka przetłoczno-ścierna AFM (ang. Abrasive Flow Machining) wspomagana obróbką roztwarzania elektrochemicznego ECM (ang. Electrochemical Machining) – tzw. ECAFM – obróbka powierzchni trudnodostępnych, zaoblanie krawędzi;
• różne kombinacje ECM, EDM, US (ang. Ultrasonic), LBM (ang. Laser Bean Machining) oraz obróbki skrawaniem.

W ujęciu wyłącznie maszyn technologicznych (obrabiarek) pojęcie hybrydowości obejmuje zastosowanie różnych rozwiązań konstrukcyjnych oraz napędowych dotychczas nie stosowanych razem w danej maszynie technologicznej. Za przykład posłużą prasy krawędziowe go gięcia blach (ilustracja 3 i 4 oraz galeria).

Ilustracja 3 – hybrydowa prasa krawędziowa ADIRA GB 22040 PLS Green Bender, widok od tyłu – stoisko firmy AUTMEX podczas targów STOM-TOOL 2016 w Kielcach

Ilustracja 4 – hybrydowa prasa krawędziowa ADIRA GB 22040 PLS Green Bender – stoisko firmy AUTMEX podczas targów STOM-TOOL 2016 w Kielcach

Przedstawiona na ilustracja 3 i 4 prasa krawędziowa firmy ADIRA GB 22040 PLS Green Bender, której dystrybutorem jest firma AUTMEX została konstrukcyjnie opracowana zgodnie z wymaganiami dyrektywy Ecodesign (2005/32/CE). W podjętym zagadnieniu pras krawędziowych hybrydowość oznacza przede wszystkim na zmianie w konstrukcji. Polega to na odejściu od rozbudowanych układów hydraulicznych, wykorzystujących zbiorniki o dużej pojemności. Wykorzystanie serwonapędów pozwala na modyfikację układy hydraulicznego bez strat w zdolnościach technologicznych. Serwonapędy są zespolone z pompami, których pracę kontroluje układ sterowania.

Konstrukcja przedstawionej powyżej prasy krawędziowej ADIRA w wyniku wdrożenia rozwiązań hybrydowych, względem konstrukcji klasycznej, umożliwiła osiągnięcie:

• zmniejszenie gabarytu maszyny o 31%;
• obniżenie zużycie energii elektrycznej o 65%;
• obniżenie zużycie oleju jest o 69%.

Konstrukcyjnie prasa krawędziowa to korpus  ramowy typu H. W powyższej konstrukcji zastosowano korekcję strzałki ugięcia poprzez wprowadzenie siłownika w położeniu środkowym. Spełnione zostało istotne wymaganie polegające na tym by pompy z serwonapędami pracowały w sposób precyzyjnie dopasowany do obciążenia.

Rozwiązania hybrydowe w prasach krawędziowych to obecnie już standard. Wymagają tego zarówno oczekiwania odbiorców jak i działania optymalizujące procesy technologiczne z nadrzędnym kryterium kosztów.

Źródła

• Morek R., Obróbka i obrabiarki hybrydowe, MM Magazyn Przemysłowy 06/2016
• Morek R., Obróbki hybrydowe, Polski Przemysł 05/20
• Materiały handlowe firmy DMG MORI 2015, 201
• Materiały handlowe firmy Georg Ficher Machining Solutions
• Materiały handlowe firmy AUTMEX
• Materiały handlowe firmy POLSVER
• Materiały handlowe firmy DURMA
• Materiały handlowe firmy PAX PHU