Hvad er andelen af ​​efter-bearbejdning efter metal 3D-printning af de samlede produktionsomkostninger?

一, De dele, der udgør efter-behandlingsgebyrer og deres hoveddele
Der er fire teknologiske hovedmoduler, der udgør efter-behandlingen af ​​metal 3D-print: materialefjernelse, varmebehandling, overfladebehandling og strukturel forstærkning. Hvert modul har omkostninger som udstyr, energiforbrug og arbejdskraft.

Fjernelse af materialer: Dette omfatter fjernelse af støttestrukturen, færdiggørelse af overfladen og fastsættelse af dimensionerne. Efter udskrivning skal overfladen af ​​flowkanalen på flymotorblade f.eks. spejlpoleres ved hjælp af et fem--akses koblingsbearbejdningscenter. Det kan tage mange timer at fremstille et enkelt stykke, og en stor del af den udgift er til udstyr og arbejdskraft.
Varmebehandling er processen med at slippe af med indre stress og forbedre strukturen af ​​kornene. Dette kan gøres gennem udglødning, fast opløsning+ældning og varm isostatisk presning (HIP). Vakuumglødningsbehandling reducerer resterende stress med 80 % efter udskrivning af et ortopædisk implantat af titanlegering. Den har dog brug for en speciel vakuumovn og langtidsisolering-, som udgør en stor del af energiforbruget.
Overfladebehandling: metoder omfatter sandblæsning, galvanisering, laserbeklædning, mikrobueoxidation og andre, der dækker overfladen. Efter at have udskrevet beslaget til en ny batteripakke til energikøretøjer, øgede mikrobueoxidationsbehandling dens modstandsdygtighed over for korrosion i saltspraytesten til over 1000 timer. Udgifterne til kemikalier og vedligeholdelse af udstyr var dog ret dyre.
Strukturel forstærkning, såsom fiberforstærkning, gradientmaterialedesign og gitterstrukturoptimering. De trykte dele af en bestemt atomkraftventil bruger en gradientstruktur lavet af nikkel-baseret legeret rustfrit stål. Dette kræver en sammensat proces med multi-materiale co-udskrivning og varmebehandling. Den tekniske kompleksitet gør forskning og udvikling og forsøgsproduktion dyrere.
2, Data fra branchen og casestudier om procentdelen af ​​omkostningerne efter-behandling
1. En undersøgelse af omkostningsstrukturen i standardindustrier
I rumfartsområdet koster brændstoftankrammen for en bestemt raketmotor for eksempel omkring 40 % at printe, 35 % at efter-bearbejde (15 % for HIP-bearbejdning, 12 % til CNC-fræsning og 8 % til anodisering) og 25 % at købe materialer. Den store procentdel af udgifter til efter-behandling skyldes, at dele skal fungere godt i meget barske indstillinger, hvilket betyder, at de skal igennem mange trin for at sikre, at de er pålidelige.
Når det kommer til medicinsk udstyr, er omkostningerne ved efter-behandling af et tilpasset hofteledsimplantat af titanlegering efter udskrivning ca. 28 % (med varmebehandling, der koster 12 %, polering koster 10 %, og steril emballage koster 6 %). Materialeomkostningerne er 35%, og omkostningerne til design og validering er 37%. Procentdelen af ​​omkostninger til efter-behandling er ikke særlig stor, men kravene til overfladeruhed (Ra < 0,2 μm) og biokompatibilitet betyder, at der er behov for høj-bearbejdning og specifik bearbejdning.
I forbrugerelektronikverdenen: For eksempel er udskrivningsomkostningerne for en foldeskærm til mobiltelefonens hængselrulle 55 %, efter-behandlingsomkostningerne er 25 % (10 % til fjernelse af støtte, 8 % til varmebehandling og 7 % for overfladesandblæsning), og materialeomkostningerne er 20 %. Skalaeffekten af ​​masseproduktion har en stor indflydelse på procentdelen af ​​omkostningerne efter-behandling. Når produktionen stiger, falder prisen pr. enhed.
2. Hvordan valget af proces påvirker omkostningerne efter behandling
Pulverbed-smeltningsprocessen (PBF): Procentdelen af ​​udgifter til efter-behandling er normalt betydelige, da støttestrukturer skal tilføjes under udskrivningsprocessen. Når du bruger SLM-teknologi til at printe en given del af et flys struktur, er 30 % af omkostningerne til at fjerne støtten og polere overfladen. Når du bruger EBM-teknologi uden supportstruktur, falder denne omkostning til 15 %.
Den adhæsive jet-proces (BJ) gør næsten-netdannelse mulig ved affedtning og sintring af den grønne krop efter udskrivning. Dette skærer betydeligt ned på udgifterne til efter-behandling. Efter udskrivning af et bilhjulsnav med BJ-teknologi er omkostningerne ved efter-bearbejdning kun 12 % (primært varmebehandling og lidt bearbejdning). Dette er mere end 50 % mindre end omkostningerne ved efter-behandling med PBF-teknologi.
Directed Energy Deposition (DED) proces: god til at fikse store stykker og gøre klar til belægning; omkostningerne ved efter-behandling er baseret på, hvor tykt tryklaget er. Når tryklagets tykkelse på et bestemt minemaskiner gear er 1 mm, er omkostningerne ved efter-behandling kun 8 %. Men når lagtykkelsen falder til 0,3 mm, går omkostningerne ved polering op til 15 %, fordi overfladen bliver mere ru.
3, de elementer, der påvirker andelen af-efterbehandlingsomkostninger og den bedste måde at ændre dem på
1. Undersøgelse af motiverende elementer
Krav til, hvordan materialer fungerer: Højtydende materialer såsom høj-temperaturlegeringer og titanlegeringer kræver HIP-behandling for at eliminere porer, hvilket kan bidrage med op til 20 % -30 % af de samlede omkostninger.
Hvor kompliceret delen er: Bearbejdning med flere-akser og speciel testning er nødvendig for komplekse funktioner som interne flowkanaler og gitterstrukturer. Efter udskrivning af en given flymotorblad koster CT-test 25 % af de samlede omkostninger ved efter-behandling.
Batch-skala: På forbrugerelektronikområdet, når volumen af ​​en enkelt batch af udskrivning overstiger 10.000 styk, kan procentdelen af ​​efterbehandlingsudgifter sænkes fra 30 % til 15 %. Dette skyldes hovedsageligt automatiserede produktionslinjer og processtørkning.
Teknologisk modenhed: Forskellen i nøjagtighed og stabilitet mellem udstyr fremstillet i USA og udstyr fremstillet i andre lande betyder, at der skal udføres 10 % til 15 % mere arbejde efter behandling på amerikansk-fremstillet udstyr, hvilket indirekte øger omkostningerne.
2. Se på den bedste måde at optimere på
Procesinnovation: Brug af teknologier som regional udskrivning og tovejs pulverdistribution til at gøre udskrivning mere effektiv og har brug for færre støttestrukturer. En virksomhed forbedrede deres scanningsmetode for at reducere supportvolumen med 40 %, hvilket også reducerede procentdelen af ​​udgifterne til efter-behandling.
Optimeringsmaterialer: Lav specifikke pulvermaterialer, der er nemme at arbejde med og ikke belaster dem for meget. Et bestemt firma har udgivet et titanlegeringspulver med lav iltkoncentration. Dette pulver sænker varmebehandlingstemperaturen med 50 grader og reducerer omkostningerne ved energiforbrug fra 18 % til 10 %.
Opgradering af udstyr: Tilføjelse af onlinedetekterings- og adaptive behandlingsteknologier for at reducere behovet for, at folk gør ting i hånden. En virksomhed, der bruger en AI-drevet poleringsrobot, har skåret den tid, det tager at behandle et stykke, fra to timer til en halv time. Arbejdsomkostningerne er også faldet fra 25 % til 8 %.
Samarbejde i den industrielle kæde: Integreret print- og efterbehandlingsudstyr kan forkorte produktionscyklusser. En specifik virksomhed har opfundet en "udskrivning+varmebehandling+bearbejdning"-kompositmaskine, der reducerer den tid, det tager at lave luftfartskonstruktionsdele fra to uger til tre dage og sænker omkostningerne med 35 %.