1 วิธีการวิจัย

1.1 กรอบการออกแบบ

ขั้นตอนการทำงานถูกจัดโครงสร้างเพื่อแยกส่วนสนับสนุนของแต่ละขั้นตอนการผลิต—การขึ้นรูปแบบเติมเนื้อวัสดุ, การตัดเฉือน CNC, และการตกแต่ง ชิ้นส่วนทดสอบทรงกระบอกที่มีไหล่ขั้นบันไดและช่องทางภายในถูกเลือกเพื่อรับประกันความไวต่อการเบี่ยงเบนทางเรขาคณิต พารามิเตอร์การผลิตทั้งหมดถูกคงที่ตลอดการทดลองซ้ำเพื่อให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการทำซ้ำ

1.2 แหล่งข้อมูล

ข้อมูลมิติและพื้นผิวถูกรวบรวมจากตัวอย่าง 30 ชิ้นที่ผลิตภายใต้การตั้งค่ากระบวนการที่เหมือนกัน การวัดถูกดำเนินการด้วยเครื่องวัดพิกัด (CMM), กล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลเลเซอร์, และเซ็นเซอร์ฝังตัวในกระบวนการที่บันทึกอุณหภูมิและภาระแกนหมุน การเลือกอุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับความง่ายในการสอบเทียบและความสามารถในการทำซ้ำความแม่นยำในการวัดตลอดการใช้งาน

1.3 อุปกรณ์และแบบจำลอง

• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ:ระบบ SLM, เลเซอร์ไฟเบอร์ 200 W, ความหนาของชั้น 30 µm
• เครื่อง CNC:ศูนย์กลางการตัดเฉือน 5 แกนพร้อมการชดเชยเครื่องมืออัตโนมัติ
• เครื่องมือตกแต่ง:หัวกัด CBN, สื่อขัดเพชร
• แบบจำลองข้อมูล:แบบจำลองการถดถอยสำหรับการทำนายการเบี่ยงเบน, ตรวจสอบความถูกต้องผ่าน ANOVA แบบวัดซ้ำ
• พารามิเตอร์ทั้งหมดที่ใช้ในขั้นตอนการตัดเฉือนและการตกแต่งแสดงอยู่ในภาคผนวก ก เพื่อให้มั่นใจถึงความสามารถในการทำซ้ำการทดลองอย่างสมบูรณ์

2 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

2.1 ความแม่นยำของมิติ

ตารางที่ 1 แสดงค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยของมิติในสามเงื่อนไข
ตัวอย่างแบบไฮบริดยังคงค่าเบี่ยงเบนต่ำกว่า ±0.015 มม. เมื่อเทียบกับ ±0.042 มม. สำหรับชิ้นส่วนแบบเติมเนื้อวัสดุเท่านั้น การปรับปรุงนี้สอดคล้องกับการศึกษาที่รายงานว่าการกระจายตัวของวัสดุใหม่ในระหว่างการตัดเฉือนภายหลังช่วยชดเชยผลกระทบจากการสะสมความร้อนแบบชั้นต่อชั้น [1]

2.2 ความหยาบของพื้นผิว

การตกแต่งแบบไฮบริดลดลง Ra จากค่าเฉลี่ย 12.4 µm เป็น 1.8 µm ดังสรุปใน รูปที่ 1 ขั้นตอนการตกแต่งกำจัดอนุภาคที่หลอมรวมบางส่วนและลดสิ่งประดิษฐ์แบบขั้นบันได

2.3 ประสิทธิภาพของกระบวนการ

การวิเคราะห์เวลาวงจรบ่งชี้ว่ามีการลดลง 23% ในเวลาการประมวลผลโดยรวมเมื่อเทียบกับการตัดเฉือนแบบลบออกตามแบบดั้งเดิมเพียงอย่างเดียว บันทึกภาระเครื่องมือแสดงให้เห็นว่าแรงบิดของแกนหมุนลดลง 9–12% เนื่องจากค่าเผื่อการตัดเฉือนที่น้อยลงหลังจากทำการขึ้นรูปแบบเติมเนื้อวัสดุ

2.4 การตีความเชิงเปรียบเทียบ

การอ้างอิงข้ามกับการวิจัยก่อนหน้านี้ [2,3] แสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงมิตินั้นสอดคล้องกับความคาดหวังสำหรับการผลิตแบบไฮบริด อย่างไรก็ตาม ขนาดของการปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวสูงกว่าที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ ซึ่งน่าจะเกิดจากการควบคุมอุณหภูมิที่ได้รับการปรับปรุงในขั้นตอนการเติมเนื้อวัสดุ

3 การอภิปราย

3.1 การตีความผลการวิจัย

ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าขั้นตอนการทำงานแบบไฮบริดชดเชยความไม่เสถียรภาพทางความร้อนทั่วไปของการหลอมรวมผงโลหะ ค่าเผื่อการตัดเฉือนที่ออกแบบไว้ในรูปทรงที่พิมพ์จะกำจัดโซนการเสียรูปที่เกิดจากความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภาระเครื่องมือที่ต่ำกว่าบ่งชี้ว่าความเครียดทางกลบนขอบตัดลดลง ซึ่งมีส่วนช่วยให้เวลาวงจรมีความเสถียร

3.2 ข้อจำกัด

การศึกษามุ่งเน้นไปที่รูปทรงเดียวและโลหะผสมเดียว ผลลัพธ์อาจแตกต่างกันไปตามโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือวัสดุที่มีพฤติกรรมสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ มีการประเมินเครื่องมือตกแต่งเพียงประเภทเดียวเท่านั้น

3.3 ผลกระทบในทางปฏิบัติ

อุตสาหกรรมที่ต้องการการทำซ้ำอย่างรวดเร็ว—เช่น หุ่นยนต์ ส่วนประกอบอากาศยาน และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่กำหนดเอง—สามารถได้รับประโยชน์จากการผลิตแบบไฮบริดเพื่อให้ได้ความแม่นยำโดยไม่ต้องใช้ขั้นตอนการทำงานแบบลบออกทั้งหมด การลดเวลาในการตัดเฉือนมีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสั่งซื้อแบบกำหนดเองจำนวนน้อย

4 บทสรุป

แนวทางแบบบูรณาการที่รวมการพิมพ์ 3 มิติ การตัดเฉือน CNC และการตกแต่งพื้นผิวช่วยปรับปรุงความแม่นยำของมิติและความสม่ำเสมอของพื้นผิวในขณะที่ลดเวลาวงจร ขั้นตอนการทำงานแก้ไขการบิดเบือนทางเรขาคณิตที่เกิดจากการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุและรองรับข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดมากขึ้น งานในอนาคตอาจตรวจสอบส่วนประกอบหลายวัสดุ เส้นทางเครื่องมือตกแต่งแบบปรับได้ และการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยแบบจำลอง