Kan metal 3D-print reducere skrothastigheden i formproduktion?

一, Affaldsproblemet ved traditionel formfremstilling: det dobbelte problem med at spilde materialer og miste effektivitet
Den "subtraktive forarbejdning"-tilgang bruges i traditionel formfremstilling. Det betyder, at materialer langsomt fjernes gennem en række trin, såsom drejning, fræsning, høvling og slibning, indtil den ønskede form er nået. Der er tre vigtige strukturelle problemer med denne procesvej:
Lav materialeanvendelse: Når man f.eks. fremstiller-støbeforme til cylinderhoveder til bilmotorer, kræver typiske metoder, at hele stålbarren behandles til en form, hvilket kan fjerne op til 70 % af materialet. Baseret på tal fra én virksomhed bruger deres formværksted 1200 tons stål om året. Heraf bliver 840 tons omdannet til affald, og blot 360 tons bliver til brugbare ting.
Det tager 12 til 15 trin at gå fra klargøring af råvarerne til levering af slutproduktet. At lave et sæt forme kan tage op til 2 til 3 måneder. Batteripakkens formudviklingsprojekt for en bestemt ny energikøretøjsvirksomhed er blevet skubbet otte måneder tilbage, da det skulle laves om flere gange. Det har kostet virksomheden mere end 20 millioner yuan.
Vanskelige strukturelle grænser: Det er svært at lave forme med komplicerede egenskaber som konforme kølekanaler og lette gitterstrukturer ved hjælp af traditionelle metoder. For at lave mønsterblokforme skal en bestemt dækvirksomhed nedbryde hele dækket i mere end 20 sektioner og arbejde på hver enkelt uafhængigt, før de sætter dem alle sammen. Dette øger ikke kun spildprocenten, men det gør også formen mindre præcis.
2, Metal 3D-printningens gennembrud: et paradigmeskift fra "subtraktiv" til "additiv"
Metal 3D-print bygger tre-dimensionelle objekter ved at stable metalpulvere eller ledninger oven på hinanden, hvilket helt går imod den måde, tingene normalt gøres på. Det viser også tre hovedfordele for affaldshåndtering:
1. Et stort spring i materialeforbruget: fra 30 % til 90 %
Når man laver komplekse strukturer som formhulrum og kølekanaler i hånden, er der behov for en masse bearbejdningsgodtgørelse, hvilket fører til en masse spild af materiale. 3D-printteknologi driver direkte fremstilling ved hjælp af CAD-modeller, og den bruger kun lige så meget materiale som selve stykkerne. Ved hjælp af SLM-teknologi lavede en bestemt virksomhed en aluminiumslegering til elektrisk drevskalform, der bruger 92% af materialet i stedet for de 35%, som standardmetoder bruger. Dette sparer 180 kg aluminiumslegeringsmateriale for hvert sæt forme.
Endnu vigtigere er det, at 3D-print gør "topologioptimering"-design muligt, som kan bruge mindre materiale, mens det stadig er stærkt. Et bestemt luftfartsselskab brugte topologioptimering til at lave en vingestøtteform af titanlegering, der er 30 % lettere og bruger 45 % mindre materiale, mens den stadig fungerer på samme måde.
2. Evnen til at lave komplicerede strukturer: at slippe af med den grundlæggende kilde til affald
Et almindeligt eksempel på 3D-print for at skære ned på spild er den konforme kølekanal, som er svær at arbejde med ved hjælp af traditionelle metoder. Ved at bygge spiral- og biomimetiske dendritiske kølekanaler inde i formen, der passer perfekt til produktets form, kan køleeffektiviteten øges med mere end tre gange. Et bestemt firma lavede en-støbeform til batteribakken i nye energikøretøjer. Den bruger et 3D-printet konformt vandkredsløb, som reducerer kølecyklussen fra 45 sekunder til 18 sekunder, hæver produktkvalifikationsgraden fra 92 % til 99,5 % og sparer 12 tons stålaffald ved at skære ned på antallet af prøveforme.
Kapaciteten til at lave 3D-printede gitterstrukturer er også vigtig inden for letvægtsdesign. Et specifikt firma lavede en sprøjtestøbeform til elektrisk værktøj. Ved at lave en hul sekskantet gitterstruktur i området, der ikke bærer vægt, blev formens vægt skåret med 25%, mængden af ​​anvendt materiale blev skåret med 30%, og tiden det tog at køle ned blev skåret med 15%, da det kunne holde mindre varme.
3. Hurtig iterationsverifikation: skær ned på mængden af ​​affald, der produceres under prøveproduktion
For at lave en traditionel støbeform skal du igennem flere runder af forsøgsproduktionsmodifikationscyklusser, og hver prøveproduktion skaber en masse affald. En bilvirksomhed arbejdede på en ny instrumentbrætform til en ny bilmodel, men de første tre runder af prøveforme måtte smides væk på grund af designfejl. Dette skabte 45 tons affald. "Design print test" cyklussen kan ske hurtigt med 3D print teknologi. Efter at en virksomhed begyndte at bruge denne teknik, gik skimmeldannelsescyklussen fra 6 måneder til 6 uger, antallet af forsøg med skimmelsvamp gik fra 5 til 2, og affaldsraten faldt med 70 %.
3, Teknologiske fremskridt og samarbejde mellem industrier: fremskynde udviklingen af ​​3D-print affaldshåndtering
3D-print giver en masse løfter for affaldshåndtering, men det skal stadig nå ud over tre store problemer, før det kan bruges i bred skala:
Materialinnovation: Det er vigtigt at lave specialiserede pulvermaterialer, der er billige og fungerer godt. Et bestemt firma fremstillede nano-wolframcarbid-forstærket H13-stålpulver, der gjorde formen hårdere (HRC 60), mens den beholdt dens sejhed. Dette reducerede materialepriserne med 40 % sammenlignet med importerede produkter.
Standardisering af processer: Det er meget vigtigt at oprette et enkelt bibliotek af udskrivningsparametre og et kvalitetskontrolsystem. En virksomhed producerede det automatiske supportgenereringsprogram e-stage for Metal+, som kan skære ned på brugen af ​​støttematerialer med 35 % og hæve pulvergenvindingsgraden til 98 %.
Samarbejde i den industrielle kæde: Udstyrsproducenter, materialeleverandører og formproducenter skal arbejde sammen for at lave en komplet løsning, der inkluderer "hardware, materialer og tjenester." Et firma har frigivet UM600MT-udstyret, som har en formningsstørrelse på 400 mm × 600 mm × 500 mm. Denne størrelse er stor nok til at udskrive store bilforme. Procesdatabasen, der understøtter den, har mere end 200 materialeegenskaber, som ofte bruges.