ماشین‌کاری الکتروشیمیایی پالس ممکن است کلید دستیابی به مزایای جدید و نوآورانه مواد باشد. در تولید پیشرفته شکافی در حال رشد است. مهندسان در حال طراحی موفقیت‌آمیز قطعات پیشرفته برای صنایع حیاتی با مواد سخت‌تر، تلرانس‌های تنگ‌تر و کیفیت سطح بهبود یافته هستند، که همه این‌ها قابلیت‌ها و عمر قطعات را افزایش می‌دهند. با این حال، این پیشرفت‌ها توسط محدودیت‌های ذاتی فرآیندهای مرسوم حذف مواد، از جمله مناطق تحت تأثیر حرارت، لایه‌های ریخته‌گری مجدد و سایش ابزار محدود می‌شوند. به طور خلاصه، پیشرفت‌ها در مواد یا طراحی قطعات تنها به اندازه فرآیندهای تولیدی که برای تولید آن‌ها نیاز است، پیش می‌روند. این محدودیت‌ها هنگامی که تقاضا افزایش می‌یابد و حجم تولید بالاتری را طلب می‌کند، بیشتر تشدید می‌شوند.
به جای بازگشت به طراحی مجدد قطعات با مواد قابل ماشین‌کاری بیشتر یا تلرانس‌های بزرگ‌تر برای انطباق با روش‌های ماشین‌کاری موجود، تولیدکنندگان باید به جایگزین‌های فرآیند ماشین‌کاری فکر کنند. یکی از این فناوری‌ها ماشین‌کاری الکتروشیمیایی پالس (PECM) است، یک روش حذف مواد غیر تماسی و غیر حرارتی که قادر به ماشین‌کاری آلیاژهای سخت، ویژگی‌های کوچک مانند سوراخ‌های با قطر کوچک و نسبت طول به قطر بالا و سطوح فوق‌العاده صاف برای قطعات در صنایع مختلف حیاتی با کارایی بالا است که می‌تواند به تقاضای روزافزون برای قطعات پیشرفته پاسخ دهد.
قبل از توضیح کارایی آن در پر کردن این «شکاف» برای صنایع حیاتی، می‌توانیم بهترین توضیح برای فناوری PECM را با یادگیری چهار جزء کلیدی آن بدست آوریم:
1. **کاتد**، که به آن الکترود نیز گفته می‌شود، ابزار در ECM است که به عنوان معکوس هندسه مطلوب در قطعه کار طراحی شده است. کاتد به صورت سفارشی برای هر پروژه طراحی می‌شود. در حین ماشین‌کاری بر روی قطعه کار پایین آورده می‌شود و توسط یک فاصله میکروسکوپی به نام شکاف بین الکترودی (IEG) جدا می‌شود، اما هرگز با قطعه کار تماس نمی‌گیرد.
2. **آند**، یا قطعه کار، می‌تواند به طور تئوری هر ماده رسانایی باشد، اما این فرآیند به ویژه در مورد فلزات سخت ماشین‌کاری مؤثر است. ECM می‌تواند برای ساخت هندسه مطلوب از میله‌های بار یا صفحات خام استفاده شود، اما به طور کلی برای قطعات تقریباً شکل نهایی که تمبر شده‌اند، ماشین‌کاری اولیه شده‌اند و غیره استفاده می‌شود.
3. **مایع الکترولیت** دو هدف حیاتی را همزمان خدمت می‌کند. در حالی که از طریق شکاف بین الکترودی جاری می‌شود، مایع به عنوان کاتالیزور برای واکنش الکتروشیمیایی عمل می‌کند و ماده آند را اتم به اتم حذف می‌کند. علاوه بر این، مایع به عنوان عامل شستشو عمل می‌کند که هم حرارت و هم محصولات زباله را از ناحیه قطعه کار حذف می‌کند و به جا گذاشتن سطح صاف کمک می‌کند.
4. **منبع تغذیه** مایع الکترولیت را با جریان لازم برای انجام واکنش الکتروشیمیایی تأمین می‌کند؛ این جریان با نرخ حذف مواد PECM همبستگی دارد.
### صنایع و کاربردها
تولیدکنندگان هوافضا تشویق می‌شوند تا قطعات حیاتی را کوچک کنند تا به بهبود کارایی سوخت هواپیماها کمک کنند و نمونه برجسته‌ای از این موضوع در مبدل‌های حرارتی میکروکانال یافت می‌شود. کارایی یک مبدل حرارتی به میزان سطح و همچنین طول مسیری که مایع در سیستم طی می‌کند بستگی دارد؛ بنابراین، مهندسان هوافضا مبدل‌های حرارتی جدیدی با توانایی‌های بهبود یافته انتقال حرارت طراحی می‌کنند که شامل دیوارهای نازک‌تر، فاصله‌های تنگ‌تر و نسبت‌های طول به قطر بالاتر هستند.
این ویژگی‌های کوچک‌تر، مبدل‌های حرارتی را به انحراف حرارتی یا لرزش ابزار حساس می‌کنند، که در فرآیندهای ماشین‌کاری مرسوم رایج هستند. علاوه بر این، تولیدکنندگان هوافضا به طور فزاینده‌ای از مواد پیشرفته در قطعات حیاتی استفاده می‌کنند که دارای مقاومت کششی بالاتر، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر تغییرات شدید دما هستند، مانند سوپرآلیاژهای نیکل و شیشه‌های فلزی حجیم. این مواد، با این حال، به سرعت ابزارها را فرسوده می‌کنند.
برخی از این موانع قابلیت می‌توانند با PECM به دلیل توانایی‌های منحصر به فرد آن جلوگیری شوند. به عنوان مثال، خواص غیر تماسی و غیر حرارتی آن به PECM اجازه می‌دهد ویژگی‌هایی را که به گرما یا لرزش ابزار حساس هستند، ماشین‌کاری کند، مانند دیوارهای نازک—تا کمتر از 0.075 میلی‌متر یا دیوارهای کمتر از 0.003 اینچ با نسبت طول به قطر 20:1. علاوه بر این، این خواص به آن کمک می‌کنند تا از نواقص سطحی در فرآیندهای مبتنی بر حرارت، مانند پرزها یا لایه‌های ریخته‌گری مجدد جلوگیری کند. علاوه بر این، PECM قادر است چندین ویژگی را به صورت موازی با یک ابزار سفارشی طراحی شده ماشین‌کاری کند، که به آن اجازه می‌دهد ده‌ها یا حتی صدها ویژگی مبدل حرارتی را به طور همزمان ماشین‌کاری کند، تا دقت تکراری کمتر از 10 میکرومتر. در نهایت، از آنجا که PECM به رسانایی ماده توجه دارد و نه سختی ماده، می‌تواند مواد سختی مانند فلزات نسوز یا آلیاژهای کبالت را با سرعتی مشابه مس ماشین‌کاری کند، بدون نگرانی از سختی.
با این حال، PECM محدودیت‌هایی دارد؛ بر روی هر ماده غیر رسانایی مانند پلاستیک‌ها یا پلیمرها کار نخواهد کرد. علاوه بر این، طراحی ابزار یک فرآیند مهندسی پیچیده و تکراری است که می‌تواند چندین ماه طول بکشد و نیاز به هزینه‌های بالای NRE دارد که PECM را برای پروژه‌هایی با حجم کم، نمونه‌سازی یا با مهلت‌های کوتاه‌مدت نامناسب می‌کند.
تولیدکنندگان تجهیزات پزشکی در حال طراحی قطعات کوچک‌تر و پیچیده‌تر هندسی برای انجام روش‌های جراحی کمتر تهاجمی هستند که خطرات را به حداقل می‌رساند و ناراحتی بیمار را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، دستگاه‌های پزشکی کاشتنی اغلب نیاز به استفاده از فلزات سخت، زیست‌سازگار و مقاوم در برابر خوردگی مانند تیتانیوم درجه 2 یا نیتینول دارند.
علاوه بر این، دستگاه‌های پزشکی کاشتنی ممکن است نیاز به سطوح فوق‌العاده صاف در نواحی با تماس بالا داشته باشند تا اصطکاک را محدود کنند، که می‌تواند باعث ناراحتی بیمار، آزاد شدن مواد سمی یا خرابی قطعه شود. ایمپلنت‌ها همچنین ممکن است نیاز به درجات مختلفی از کیفیت سطح در نواحی خاص داشته باشند. به عنوان مثال، دستگاه‌های جایگزین لگن ممکن است نیاز به سطوح فوق‌العاده صاف در ناحیه استابولوم داشته باشند تا اصطکاک با مفصل لگن را به حداقل برسانند، اما ممکن است نیاز به سطح خشن و متخلخل در ساقه داشته باشند تا استخوان‌پذیری با فمور بیمار را ترویج کنند. PECM به خوبی می‌تواند به نیاز به هر دو کیفیت سطح بهبود یافته و انتخابی روی یک قطعه سازگار شود. از آنجا که PECM ماده قطعه کار را اتم به اتم حذف می‌کند، بنابراین همزمان یک قطعه را ماشین‌کاری و تمام می‌کند و کیفیت سطوح را تا .005-.4um Ra فراهم می‌کند. علاوه بر این، استفاده از یک کاتد سفارشی طراحی شده می‌تواند به PECM اجازه دهد تا به صورت انتخابی نواحی خاصی از یک قطعه را با درجات مختلفی از کیفیت سطح تمام کند—یا اصلاً ماشین‌کاری نکند.
به جای پایبندی به محدودیت‌های فرآیندهای ماشین‌کاری، ممکن است گاهی اوقات برای تولیدکنندگان بهتر باشد که فناوری ماشین‌کاری موجود را ارتقا دهند تا با تطبیق با تقاضاهای جدید بازار و چالش‌های مهندسی، "جبران" کنند و فرآیندهای غیر مرسوم مانند PECM ممکن است گزینه‌های ایده‌آلی برای اجازه دادن به این رشد باشند.
