CNC-bearbetningsteknik används för en mängd olika projekt och erbjuder flera fördelar för företag som är verksamma inom olika branscher. Även om det är en standardprocess inom maskinteknik, utgör tillverkare av CNC-maskinverktyg en marknad med en storlek på cirka 50 miljarder US-dollar och erbjuder kontinuerliga innovationer till aktörerna på marknaden.

1. Hybridisering av CNC-tillverkning med additiva teknologier

Subtraktiv CNC-bearbetning och additiv 3D-utskrift är två skilda processer. CNC-maskiner avlägsnar material från ett arbetsstycke. 3D-utskrift innebär att tredimensionella objekt byggs lager för lager. Även om arbetsprinciperna skiljer sig åt kan båda processerna kombineras effektivt.

Ett antal maskintillverkare har anammat ”hybridtillverkning”, som kombinerar CNC-fräsning och svarvning med additiva metoder. Antalet företag som undersöker hur CNC-maskiner och 3D-skrivare kan kopplas samman för att påskynda genomförandet av projekt ökar.

Toleranser på mindre än 0,01 millimeter kan uppnås med CNC-maskiner, vilket gör dem idealiska för applikationer där precision är avgörande. Noggrannheten hos en 3D-skrivare ligger däremot i storleksordningen 0,1 millimeter, vilket är en anledning till att additiv tillverkning ofta används för prototyper. Prototyper kan skrivas ut med en 3D-skrivare och därefter kan en CNC-maskin färdigställa produkten.

Detta tillvägagångssätt har implementerats av DMG-Mori från Bielefeld i Tyskland. Deras hybrida AM/CNC-maskin LASERTEC 125 DED hybrid kombinerar additiv och subtraktiv tillverkning i en och samma maskincell. Eftersom utskrifts- och bearbetningshuvuden kan bytas ut och bassystemet erbjuder femaxlig frihetsgrad kan komplexa geometrier tillverkas med mycket hög precision. Under processen övervakar en infraröd värmekamera den additiva uppbyggnaden och möjliggör adaptiv processstyrning.

2. On-demand-tillverkning och omedelbar offert

En tillverkningsstrategi som kallas ”on-demand manufacturing” eller ”cloud manufacturing” har vuxit fram. Den börjar störa försörjningskedjesektorn och har tydligt accelererats av Corona, kriget i Ukraina och leveransproblem med Kina. Begreppet on-demand-tillverkning beskriver en produktionsmetod där produkter tillverkas först när de efterfrågas och i nödvändiga mängder. Traditionell tillverkning kräver däremot dyra interna produktionsmaskiner, produktion i stora volymer eller beroende av lokala tillverkningspartners. On-demand-tillverkning minskar kapitalbindning, ökar inköpshastigheten och förbättrar motståndskraften.

Flera andra faktorer, såsom lägre styckkostnader för CNC-bearbetade delar och snabb beställning tack vare programvara för omedelbar offert, bidrar till den breda acceptansen av on-demand-tillverkning. Argumenten för on-demand-tillverkning är starka för företag i alla storlekar. Konsumenter, företag och miljön kan alla dra nytta av metoden. Här är tre huvudsakliga fördelar som företag kan förvänta sig:

• Minskade tillverkningskostnader
• Agila verksamheter tack vare snabbare inköp och högre tillgänglighet av olika tillverkningsteknologier
• Enkel tillgång till globala tillverkningsresurser

InstaWerk från Stuttgart i Tyskland är ett ledande exempel på en digitaliserad leverantör av CNC-bearbetningstjänster.

3. Förbättring av CNC-bearbetning med digitala tvillingar

Digitala tvillingar används för att få en djupare förståelse för hur utrustning och processer fungerar. I de flesta fall är digitala tvillingar en exakt representation av sina fysiska motsvarigheter. Dessutom, även om en simulering ofta bara visar en enskild funktion, är digitala tvillingar mer generalistiska och kan ge information om flera olika processer samtidigt.

Enligt en nyligen publicerad artikel av Vishnu et al. kan digitala tvillingar inom CNC-tillverkning implementeras i processplaneringsfasen, i bearbetningsfasen, för modellbyggande och för återkopplingsslingor. Baserat på olika indata såsom matningshastighet, verktygsmaterial, fastspänningskraft och slitagetakt kunde författarna implementera en prediktiv modell för ytjämnhet genom att generera verktygsbanor, genomföra experiment och mata resultaten till sina modeller med hjälp av Support Vector Machine (SVM), Gaussian Process (GPR) och ett fullt sammankopplat djupt neuralt nätverk (FCDNN). Modellen testades därefter framgångsrikt med nya parametrar.

Dessa digitala tvillingteknologier förbättrar beslutsfattandet hos processplanerare och maskinoperatörer genom att möjliggöra bättre styrning av bearbetningsparametrar både i planerings- och bearbetningsfasen.

4. Större investeringar i automation

CNC-bearbetningsprocesser påverkas också av automation på flera olika sätt. Under de senaste åren har dess betydelse ökat, och denna trend kommer att fortsätta under överskådlig framtid. Medan automation tidigare fokuserade på enskilda bearbetningsmoment har ett samarbete mellan Mitsubishi och AIST lett till utvecklingen av en CNC-maskinlösning som integrerar AI och automatiserade processer. Det är en felkorrigeringsmetod som använder artificiell intelligens för att uppskatta avvikelser mellan CNC-maskinens aktuella position och dess kommenderade värde.

Enligt testresultaten ökade noggrannheten i denna strategi med 51 % jämfört med lösningar utan AI. Denna teknik kan även genomföra förbättringar under dynamisk bearbetning, vilket sparar tid samtidigt som en hög kvalitetsnivå bibehålls.

Trenden går dock mot fabriksomfattande automation med det slutliga målet att skapa ”lights-out-fabriker”. Fördelarna är tydliga: lägre arbetskraftskostnader, ökad produktivitet och högre konsekvens. Med start i kamerastyrda robotceller som autonomt lastar och lossar CNC-maskiner kommer fabriker att bygga ytterligare stationer för märkning, mätning och paketering för att fullt ut dra nytta av autonoma fabriker.

Vid utvecklingen av lights-out-fabriker måste ett antal frågor besvaras:

• Är den nuvarande artikelmixen lämplig för automatiserad tillverkning?
• Finns rätt maskinfunktioner, verktyg och styrsystem på plats för lights-out-bearbetning?
• Hur uppnås automationsvänliga och flexibla verktyg och fixturer?
• Hur tillhandahålls fjärrövervakning, underhåll och problemlösning?
• Hur upptäcks fel automatiskt, såsom maskinstopp, verktygsbrott eller mjukvarufel?

En väl genomförd lights-out-bearbetningsfabrik har stor potential att revolutionera hur bearbetning utförs, men verkstäder måste vara villiga att investera och förbättra sina processer. Denna höga automationsnivå är dock främst lämpad för högvolymproduktion av återkommande delar och i mindre grad för prototyper och små serier som kräver manuell optimering, kreativitet och pragmatism.

5. Utveckling av miljömässigt hållbara lösningar

CNC-tillverkare behöver börja spåra och minska de koldioxidutsläpp som genereras av deras produktionsprocesser och leveranskedjor för att möta kundernas ökande efterfrågan på produkter som tillverkas på ett mer miljöansvarigt sätt. Nya eller förnyade insatser för att minska koldioxidutsläpp från CNC-bearbetningstjänster kommer att fortsätta möta konsumenternas efterfrågan, stödja företagens hållbarhetsarbete samt uppfylla myndigheters regler och krav.

Tillverkningsföretag behöver använda mer lättillgängliga produktions- och leveranskedjedata för att kunna göra mer exakta bedömningar av de koldioxidavtryck som deras produkter lämnar samt utforska nya sätt att producera och transportera varor på ett mer miljöansvarigt sätt.

6. Tillväxten av Manufacturing as a Service

MaaS (Manufacturing as a Service) har först på senare tid fått fäste inom CNC-bearbetningsindustrin. Det är dock rimligt att förvänta sig en ökad användning över tid. Kortfattat använder MaaS nätverksbaserade resurser för att utföra tillverkningsaktiviteter genom att göra dem tillgängliga via ett digitalt gränssnitt.
MaaS kan ge företag ökad flexibilitet, högre produktivitet, större agilitet och kostnadsbesparingar genom lägre personalkostnader. I takt med att pandemins effekter fortsätter är det sannolikt att företag som vill minska sina kostnader och arbeta med strama budgetar åtminstone kommer att undersöka möjligheten att anlita en CNC-baserad MaaS-tjänst.
InstaWerk är en av de ledande leverantörerna av Manufacturing as a Service-lösningar. Vi är verksamma i Tyskland men levererar till hela världen. Vår specialisering ligger inom produktion av svarvade och frästa detaljer. Genom vår omedelbara kostnadsberäkning av komponenter gör vi fördelarna med on-demand-tillverkning enkelt och transparent tillgängliga för våra kunder.

Från teori till praktik: att omsätta innovationer i arbete

Vi ser det som vårt uppdrag att göra innovativa processer, trender och nya lösningar tillgängliga för våra kunder. Oavsett om det handlar om hybridprocesser, hållbarhet eller plattformsekonomins nätverkseffekter kommer vi att fortsätta göra allt användbart för våra kunder. Det enklaste sättet att prova dessa nya teknologier? Registrera dig nu och kom igång!