Za obróbki tradycyjne uznaje się przede wszystkim techniki ubytkowe, w których z zasady twardość materiału narzędziowego jest istotnie większa niż materiału przedmiotu obrabianego. Z kolei obróbki niekonwencjonalne można podzielić na trzy główne grupy: mechaniczne (np. cięcie wodą, obróbka ultradźwiękowa), termiczne (np. obróbka elektroerozyjna, cięcie wiązką lasera lub elektronów, teksturowanie laserowe) oraz chemiczne i elektrochemiczne (np. trawienie fotochemiczne, obróbka elektrochemiczna). Obróbki hybrydowe stanowią zaś kombinację lub zespolenie dwóch lub więcej technik wytwarzania reprezentujących obie wymienione wyżej grupy i jako takie zaliczane są do zaawansowanych technologii kształtowania materiału.

Kompilacja zalet
Przez połączenie różnych technik wytwarzania uzyskuje się dwa efekty. Pierwszy to udział obu z nich w usuwaniu materiału, drugi polega na wykorzystaniu właściwości jednej techniki w procesie obróbki inną. Tak szeroka definicja powoduje, że pojęcie obróbki hybrydowej jest obszerne i arbitralne.

Zaletą druku 3D jest możliwość wytwarzania części, których obróbka konwencjonalnymi metodami jest kosztowna i technologicznie skomplikowana. Przykładem może być przegub samochodowy

Obróbki hybrydowe opracowuje się dla realizacji różnych celów: podwyższenia wydajności, obróbki powierzchni trudnej do ukształtowania przy zastosowaniu konwencjonalnych technik, zapewnienia powtarzalności procesu (np. teksturowanie laserowe), a także istotnego podwyższenia parametrów jakościowych m.in. w zakresie dokładności geometrycznej i chropowatości powierzchni. W praktyce techniki te są przeważnie stosowane do kształtowania skomplikowanych powierzchni, obróbki trudno dostępnych płaszczyzn i krawędzi, a także wytwarzania przedmiotów o skomplikowanych kształtach (techniki przyrostowe).

Różne warianty obróbki ściernej
Przykładem obróbki hybrydowej jest obróbka przetłoczno-ścierna w połączeniu z obróbką elektrochemiczną – tzw. ECAFM (ang. Electrochemical Abrasive Flow Machining). W procesie tym przedmiot obrabiany ustalony i zamocowany w uchwycie stanowi biegun dodatni w obwodzie prądu stałego, uchwyt obróbkowy jest podłączony pod biegun ujemny, zaś ziarna ścierniwa stanowią składnik masy o właściwościach płynnego elektrolitu. Proces obróbki polega na cyklicznym, względnym ruchu masy roboczej względem przedmiotu obrabianego. Kluczowe znaczenie dla uzyskania pozytywnych rezultatów ma wykorzystywana pasta (lepkosprężysty polimer o konsystencji półstałej) łącząca w sobie właściwości masy stosowanej w obróbce przetłoczno-ściernej z możliwością roztwarzania elektrochemicznego. Obróbka ECAFM stosowana jest w celu wygładzania powierzchni wewnętrznych i zewnętrznych, usuwania zadziorów oraz zaoblania krawędzi metalowych przedmiotów. Jest znacznie bardziej wydajna niż sama obróbka przetłoczno-ścierna (AFM).

Innym przykładem techniki hybrydowej z wykorzystaniem ścierniwa jest obróbka magnetościerna MAF (ang. Magnetic Abrasive Finishing) bazująca na paście o właściwościach magnetycznych – w stałym bądź wirującym polu magnetycznym. W pierwszej z nich (w stałym polu magnetycznym) przedmiot obrabiany może wykonywać ruchy obrotowe lub posuwisto-zwrotne albo oba rodzaje ruchów jednocześnie. W drugim typie obróbki przedmiot jest nieruchomy, a ruch roboczy w wyniku oddziaływania wirującego pola magnetycznego wykonuje ścierniwo. W metodzie tej – ze względu na małe siły skrawania – uzyskuje się niewielkie wielkości usuwanego materiału (maks. do kilkunastu μm).

Obróbka ścierna stanowi również istotny element innej obróbki udarowo-ściernej – USM-EDM (ang. Ultra Sonic Machining – Electro Discharge Machining), w której ruch roboczy luźnego ścierniwa jest realizowany przez narzędzie o kształcie odwzorowującym zarys wybrania, jakie należy zrealizować w przedmiocie obrabianym. W przypadku USM-EDM ścierniwo musi umożliwiać dodatkowo realizację obróbki elektroerozyjnej.

Hybrydowe techniki przyrostowe
W przeciwieństwie do obróbek ubytkowych napawanie laserowe stanowi przykład hybrydowej techniki przyrostowej. Proces ten polega na nanoszeniu na powierzchnię metalu kolejnych warstw materiału powstałego po stopieniu spoiwa w procesie spawalniczym. Przetopieniu ulega w nim zarówno samo stopiwo, jak i cienka warstwa materiału podłoża. Grubość nanoszonych warstw wynosi od 0,1 do 1,5 mm. Zaletą tej metody jest wysoka jakość zespolenia napawanego materiału z podłożem. Możliwe jest przy tym otrzymanie warstwy o właściwościach zbliżonych do materiału podłoża, co ma istotne znaczenie w procesach naprawy lub regeneracji zużytych komponentów, bądź warstwy o właściwościach istotnie różnych, której zadaniem jest podwyższenie trwałości eksploatacyjnej detalu.

Elementy układu napawania laserowego

Napawanie laserowe wywodzi się z technik spawalniczych, w których źródłem energii potrzebnej do stopienia spoiwa jest laser. Jego opracowanie i wdrożenie było możliwe dzięki wykorzystaniu zaawansowanych funkcji centrum frezarskiego CNC do precyzyjnego prowadzenia i kontroli wiązki laserowej. Ograniczeniem tej metody jest jednak wysoki koszt, który powoduje, że jej stosowanie jest ekonomicznie zasadne jedynie w przypadku wytwarzania lub naprawy przedmiotów o skomplikowanych kształtach. Beneficjentem jest przede wszystkim przemysł lotniczy, w którym optymalizowanie konstrukcji polega na zachowaniu właściwości użytkowych przy jednoczesnym obniżeniu masy komponentu.

W obszarze technologicznym problematyczne okazuje się uzyskanie pożądanych właściwości użytkowych materiałów po przetopieniu, a także występujące skurcze oraz naprężenia termiczne. Właściwości otrzymanych warstw są bowiem jedynie zbliżone do właściwości materiału części regenerowanej, co wynika z przebiegu procesu napawania (topienia spoiwa). Dodatkowo liczba nanoszonych warstw wpływa na strukturę powierzchni (podwyższa chropowatość).

Obrabiarki hybrydowe

Pionowe centrum frezarskie LASERTEC 65 3D firmy DMG MORI do obróbki hybrydowej

Innym aspektem zagadnienia hybrydowości są tzw. obrabiarki hybrydowe, w tym hybrydowe prasy krawędziowe do gięcia blach, a także rozwiązania łączące możliwości kinematycznych ruchów roboczych 3-i 5-osiowych centrów frezarskich oraz robotów przemysłowych. Jednym z przykładów może być implementacja techniki przyrostowej napawania laserowego w pionowym centrum frezarskim z serii LASERTEC (w tym LASERTEC 65 3D) firmy DMG MORI. W tego typu obrabiarkach przedmiot powstaje przez laserowe napawanie kolejnych warstw z proszków metali (m.in. stali stopowych i narzędziowych, węglików wolframu oraz stopów aluminium, kobaltu, niklu, brązu i metali szlachetnych). Po ukończeniu tego procesu realizowana jest obróbka frezowaniem. Zaletą takiego rozwiązania jest to, że ustalenie i zamocowanie przedmiotu obrabianego nie ulega zmianie, co ma istotne znaczenie w przypadku realizowania pomiarów na obrabiarce. Tego typu technika hybrydowa wykorzystywana jest z reguły do syntezy nowych przedmiotów (np. wytwarzania prototypów), naprawy części przez uzupełnianie brakujących objętości materiału, a także obróbki powierzchniowej służącej poprawie zabezpieczenia antykorozyjnego i zwiększeniu trwałości eksploatacyjnej detalu.

Istotą hybrydowości w przypadku pras krawędziowych jest z kolei odejście od konwencjonalnych rozwiązań bazujących na rozbudowanym układzie hydraulicznym wymagającym użytkowania zbiorników o dużej pojemności. Ich miejsce zajęły zespolone z pompami serwonapędy, kontrolowane odpowiednim układem sterowania. Takie rozwiązanie pozwala z jednej strony na zmniejszenie gabarytów maszyny – o 31% w przypadku prezentowanej prasy firmy ADIRA, a z drugiej na obniżenie zużycia energii elektrycznej i oleju – odpowiednio o 65% i 60% w stosunku do konwencjonalnych napędów hydraulicznych.