Kan metal 3D -udskrivning reducere råmateriale affald?

一, problemet med at spilde materialer i traditionel fremstilling
Paradigmet "subtraktiv fremstilling" er det, som traditionel metalbehandling bruger. Dette betyder, at materialeaffald går gennem hele produktionskæden. For eksempel, mens du fremstiller bilcylinderblokke, har traditionel sandstøbning behov for metalvæske, der er mere end tre gange så meget som vægten af ​​designet. Der fremstilles en masse metalchips under den følger, der følger. Statistikker viser, at nedskæringsprocedurer i den verdensomspændende industrielle industri skaber mere end 200 millioner ton metalaffald hvert år. I Kina alene spildes omkring 30 millioner ton metalressourcer hvert år under forarbejdning.
Problemet med materielt affald er især almindeligt inden for fremstilling af præcisionskomponent. Når et bestemt luftfartskomponentfirma bruger fem - Axis -koblingsbearbejdning til at fremstille titaniumlegeringsblad, bruges mindre end 25% af materialet i hvert produkt, og de andre 75% spildes som chips. Denne måde at fremstille ting bruger en masse energi på og skaber en masse emissioner, hvilket er meget forskelligt fra målet om kulstofneutralitet rundt om i verden.
2, den nøjagtige måde, hvorpå metal 3D -udskrivning fungerer
1. teknologi til digital lagdelt sedimentation
Laser selektiv smeltning (SLM) eller elektronstråle -smeltning (EBM) -teknologi bruges i metal 3D -udskrivning til at skære 3D -modellen i tynde lag på 20-100 μm og smelte metalpulverlaget efter lag. Denne "fra bunden" bygningsproces lader materialer kun slå sig ned, hvor de har brug for. Platinum -teknologi gjorde Titanium Alloy Central Wing Edge Strip til C919 -flyet. Det er 40% lettere, fordi det til topologioptimeringsdesign, og det bruger 92% af materialet, hvilket er langt bedre end den typiske smedningsproces 65%.
2. et system til cirkulerende pulver i en lukket sløjfe
Moderne metal 3D -udskrivningsmaskiner har smarte pulvergenvindingsenheder indbygget, og pulveret, der ikke smelter, kan bruges igen efter at have været screenet. Med et lukket - Loop Powder Management System har GE Aviation hævet den materielle genanvendelseshastighed til 95% for at fremstille brændstofdyser til springmotorer. Dette skærer pulverbrug med 80% sammenlignet med gamle metoder. Ved at optimere pulverdistributionskarakteristika kan et selskab med medicinsk udstyr skære den mængde pulver, der er nødvendig for at fremstille et enkelt ortopædisk implantat fra 1,2 kg til 0,3 kg.
3. struktur med huller og et gitterdesign
Metal 3D -udskrivning kommer over problemerne med traditionelle faste konstruktioner og kan gøre lette bygninger med hul interiør. Airbus A350XWB -flyet bruger en 3D -trykt titan -legeringsbeslag, hvilket sparer vægt med 30%, mens den bevarer styrke gennem biomimetisk dotmatrixdesign, hvilket sparer over $ 2 millioner i brændstofudgifter pr. Aircraft hvert år. Porøsiteten af ​​3D -trykt porøs titanlegeringsacetabulære kopper kan nærme sig 80% i medicin. Dette betyder, at der anvendes mindre materiale, og knoglceller kan udvikle sig hurtigere.
3, de teknologiske fremskridt, der førte til den materielle revolution
1. teknologi til udskrivning med flere materialer
Den nyeste Laser Metal Deposition (LMD) -teknologi kan udskrive titanium- og aluminiumslegeringer i et gradientmønster. En luftfartsvirksomhed bruger denne teknologi til at fremstille raketbrændstoftanke. Dette sparer 45% på materialerpriserne, mens tanke kan håndtere høje temperaturer. Denne evne til at smelte forskellige typer materialer lader designere nøjagtigt tildele ressourcer baseret på hvor meget stress hver del vil være under, hvilket stopper materielt affald forårsaget af "overdreven design" i traditionelle teknikker.
2. design med hjælp fra kunstig intelligens
Siemens Industrial Software's NX AM -modul kan automatisk oprette den bedste topologiske struktur. Teknologien brugte generativt design til at skære materialebrug med 60% og forbedre varmeafledningseffektiviteten med 25%, når man designede motorhuset til et nyt energikøretøjsfirma. Denne algoritme - baseret designmetode ændrer den måde, producenterne tænker på, hvordan man får bedre ydelse med mindre materiale.
3. genbrug og genanvendelse af skrotmetaller
Den svenske forretning H ö gan ä s lavede forstøvningsteknologien, som kan omdanne skrotmetalchips direkte til sfæriske pulvere med et partikelstørrelsesområde fra 15 til 45 μ m. Et bestemt bilkomponentfirma genanvender nu 2000 ton affaldschips hvert år takket være denne teknologi. Dette er det samme som at skære kuldioxidemissioner med 12000 ton. Denne "urban minedrift" -paradigme gør 3D -udskrivning med metal til en vigtig del af den cirkulære økonomi.
4, empirisk undersøgelse af fordelene ved brancheapplikationer
1.. Aerospace
Ved hjælp af 3D -udskrivningsteknologi har Rolls Royce kombineret mere end 2000 stykker til 20 til Trent XWB -motoren. Dette har øget brugen af ​​materialer fra 15% til 85%. Ved at skære vægten af ​​en motor med 300 kg kan flyselskaberne spare mere end $ 500.000 om året på brændstof.
2. Lav medicinske implantater
Johnson & Johnson DePuy Synthes trykt en koboltchromlegerings hofteled, der har gjort pasningen mellem protesen og patientens knogleseng 90% bedre gennem personlig design og skåret ned på materialer, der bruges af 40%. Ikke kun gør denne form for præcisionsmedicinske behandlinger mere effektive, men den bruger også færre ressourcer.
3. nye måder at fremstille forme på
Et bestemt firma, der fremstiller apparater til hjemmeværker, bruger 3D -udskrifterforme med konform kølevandskanaler. Dette skærer injektionsstøbningscyklussen med 40% og omkostningerne ved en enkelt form fra 80.000 yuan til 30.000 yuan. Denne nye teknologi revolutionerer den måde, den traditionelle skimmelindustri skaber ting på, som tidligere var "store mængder og lange cykler."