Er metal 3D -udskrivning velegnet til høj - styrkebelastning - bærende komponenter?

1, et stort skridt fremad i hvordan materialer fungerer: at gå fra laboratoriet til fabrikken
Metal 3D -udskrivning har gjort det muligt at bruge 12 typer høje - ydelsesmaterialer i industrien. De mekaniske egenskaber ved essentielle materialer som titanlegeringer, nikkel - baseret højt - temperaturlegeringer, tantalmetaller og andre er nået eller endda overgået smedningskrav. Oxford University -teamet i Storbritannien brugte laserpulverbed smelteteknologi til at udskrive tantalmetaldele. Disse dele reagerede på påvirkninger på samme måde som smedet tantal, når de blev udsat for et alvorligt tryk på 125–437 GPa. På grund af denne præstation er 3D -trykt tantal nu det bedste materiale til ting som nuklear fusionsreaktorpellets og rumfartøjsstrålingsafskærmning. Platinum Technology's Ultra - Fine Grain Titanium Alloy Powder tilbyder en træthedsstyrke på 92% af smedede dele til trykte dele. Når en trækbelastning på 12 tons påføres den centrale vingekantstrimmel af C919 -flyet fremstillet af platineknologi, deformeres den 37% mindre end typiske smedninger.
I verdenen af ​​aluminiumslegeringer er 3D -udskrivning kommet over styrkegrænsen for traditionel støbning. SLM -teknologi blev ansat i et bestemt firma til at udskrive 7075 aluminiumslegering. Ved at ændre den måde, kornene var orienteret på og varmebehandlingsproceduren, steg trækstyrken op til 580MPa, hvilket er 15% mere end hvad der normalt findes i T6 smedning. Det fungerede godt på hovedbelastningen - bærende ramme af en bestemt form for ubemandede luftfly. Multi - Materiale sammensat udskrivning er en mere revolutionerende udvikling. En medicinsk virksomhed har skabt en titanium/hydroxyapatitgradientmateriale acetabular cup, der har et bioaktivt lag på overfladen, der hjælper knogler med at vokse sammen og en intern høj - styrke titaniummatrix, der kan håndtere vægten af ​​menneskelig bevægelse. Dette får protesen til at vare op til 25 år.
2, Strukturel innovation: Flytter fra "subtraktiv fremstilling" til "topologioptimering"
Den største fordel vedMetal 3D -udskrivninger, at det kan fremstille komplicerede former, som andre metoder ikke kan. Ved hjælp af topologioptimering kombinerer Boeing's 787 Dreamliner Engine Bracket 20 elementer i et stykke ved hjælp af 3D -udskrivning. Den biomimetiske gitterstruktur gør tingene 40% bedre til at sprede stress, mens de også gør dem 30% lettere. Denne designidee er blevet brugt meget i bilindustrien. For eksempel lavede BMW Group en 3D -trykt aluminiumslegeringsstyringsknok til i8 roadster, der er let på grund af dets interne hule gitterdesign. Det er 22% stivere end traditionelle smedninger og har bestået 2 millioner træthedstest.
Conformal Cooling Water Circuit Technology er blevet "Killer -applikationen" af 3D -udskrivning i formbranchen. Et firma udtænkte et spiralkølingsvandskredsløb til forme i bilbofanger, der skærer den tid, det tager at fremstille en form fra 90 sekunder til 55 sekunder, og skærer hastigheden for skævhed og deformation med 82%. Hot Runner -systemet har en mere banebrydende sag: Standard Hot -dysen består af 12 dele, mens den 3D -trykte integrerede varme dyse kun har brug for 3. ved at optimere de indvendige kanaler, sænkes den termiske ekspansionskoefficient med 35%, hvilket i høj grad øger præcisionen af ​​injektionsform.
3, Procesvalidering: Fra at lave en komponent til at lave mange af dem
Mange industrier har vist, at metal 3D -udskrivning kan bruges til at fremstille ting i store mængder. Shenyang Aircraft Industry Corporation (Shenyang Aircraft Corporation) har masse - produceret 3D -trykt titaniumlegeringsbelastning - bærende rammer til sine nye flymodeller. Hvert fly bruger over 300 af disse rammer, hvilket gør dem 272 kg lettere end traditionelle metoder og sparer 640.000 liter brændstof hvert år. Porsche beskæftiger 3D -udskrivning for at fremstille 911 GT2 RS -stemplet, hvilket øger motorens output med 30 hestekræfter ved at forbedre kølekanalens arkitektur. Denne teknologi er blevet brugt på en produktionslinje, der gør 100.000 sæt om året.
3D -udskrivning af stærke dele er sandsynligvis nyttige i medicinsk erhverv. 3D - trykt porøs titanlegeringsacetabular cup lavet af Johnson & Johnson har øget hastigheden af ​​knogledannelse takket være dens biomimetiske knogletrabekulære strukturdesign. Det er blevet brugt i over 500.000 tilfælde over hele verden. En virksomhed har produceret en brugerdefineret 3D -trykt titaniumlegering knoglplade til ortopædisk kirurgi, der kan ændre placeringer og former for huller baseret på patientens CT -data. Dette skærer kirurgi med 40% sammenlignet med normale plader og fremskynder heling med 6 uger efter operationen.
4, Omstrukturering af økonomien: går fra "High - omkostningseksperimentering" til "mainstream -fremstilling"
Nøglen til at bruge metal 3D -udskrivning i stor skala er at sænke omkostningerne. Ifølge Wohlers Associates er den gennemsnitlige pris for industrielle additive fremstillingssystemer over hele verden faldet fra $ 98.105 i 2019 til $ 93.404 i 2021. På samme tid er trykteffektiviteten steget med 300%. Prisen på Platinums eget 3D -udskrivningspulver faldt fra 1.4448 millioner yuan/ton i 2020 til 781900 Yuan/ton i 2022. På samme tid steg bruttomarginalen til 38,98%, hvilket viste, at virksomheden var i stand til at drage fordel af stordriftsfordele.
Den nye måde at sprøjte klæbemidler på har åbnet en ny måde at gøre ting på i bred skala. Desktop Metal og Tritech Titanium -dele har arbejdet sammen for at skabe en titanlegeringsbindingsmiddelsprayproces. Denne proces gør det muligt at masse - fremstille titanlegeringsdele ved at udskrive grønne kroppe, vakuum sintring af dem til en densitet på 98%og derefter bearbejdning eller afslutning af overfladen. Sammenlignet med SLM -teknologi reducerer denne tilgang priserne for materialer, udstyr, energiforbrug og andre ting med 40% til 60%. Denne teknologi bruges af et bestemt elektrisk 3C -firma til at teste og fremstille 316L rustfrit stålurhus. Omkostningerne ved hvert stykke er 35% lavere end ved standardinjektionsstøbning.