Kan metall 3D-utskrift redusere skraphastigheten i formproduksjon?

一, Avfallsproblemet i tradisjonell formproduksjon: det dobbelte problemet med å sløse med materialer og miste effektivitet
Tilnærmingen "subtraktiv prosessering" brukes i tradisjonell formfremstilling. Dette betyr at materialer sakte fjernes gjennom en rekke trinn, som dreiing, fresing, høvling og sliping, til ønsket form er nådd. Det er tre viktige strukturelle problemer med denne prosessbanen:
Lav grad av materialbruk: Når man for eksempel lager-støpeformer for sylinderhoder til bilmotorer, krever typiske metoder å behandle hele stålblokken til en form, som kan ta bort opptil 70 % av materialet. Basert på tall fra ett selskap bruker formverkstedet deres 1200 tonn stål per år. Av det blir 840 tonn omgjort til søppel og bare 360 ​​tonn blir til nyttegjenstander.
Det tar 12 til 15 trinn å gå fra klargjøring av råvarene til å levere sluttproduktet. Å lage ett sett med former kan ta opptil 2 til 3 måneder. Utviklingsprosjektet for batteripakkeform for et bestemt nytt energikjøretøyselskap har blitt skjøvet tilbake med åtte måneder siden det måtte gjøres om flere ganger. Dette har kostet selskapet mer enn 20 millioner yuan.
Vanskelige strukturelle grenser: Det er vanskelig å lage former med kompliserte egenskaper som konforme kjølekanaler og lette gitterstrukturer ved bruk av tradisjonelle metoder. For å lage mønsterblokkformer, må en viss dekkvirksomhet bryte ned hele dekket i mer enn 20 seksjoner og jobbe med hver enkelt uavhengig før de settes sammen. Ikke bare øker dette avfallsraten, men det gjør også formen mindre nøyaktig.
2, Gjennombruddet av metall 3D-utskrift: et paradigmeskifte fra "subtraktiv" til "additiv"
3D-utskrift av metall bygger tre-dimensjonale objekter ved å stable metallpulver eller ledninger oppå hverandre, noe som er helt i strid med måten ting vanligvis gjøres på. Den viser også tre hovedfordeler for avfallshåndtering:
1. Et stort hopp i materialbruksraten: fra 30 % til 90 %
Når du lager komplekse strukturer som formhulrom og kjølekanaler for hånd, er det nødvendig med mye maskinering, noe som fører til mye bortkastet materiale. 3D-utskriftsteknologi driver direkte produksjonen ved hjelp av CAD-modeller, og den bruker bare like mye materiale som selve delene. Ved å bruke SLM-teknologi laget et bestemt selskap en elektrisk drivskallform av aluminiumslegering som bruker 92 % av materialet i stedet for de 35 % som standardmetoder bruker. Dette sparer 180 kilo aluminiumslegeringsmateriale for hvert sett med former.
Enda viktigere, 3D-utskrift gjør "topologioptimalisering"-design mulig, som kan bruke mindre materiale samtidig som den er sterk. Et visst luftfartsselskap brukte topologioptimalisering for å lage en vingestøtteform av titanlegering som er 30 % lettere og bruker 45 % mindre materiale samtidig som den yter på samme måte.
2. Evnen til å lage kompliserte strukturer: bli kvitt den grunnleggende kilden til avfall
Et vanlig bruksområde for 3D-utskrift for å kutte ned på avfall er den konforme kjølekanalen, som er vanskelig å jobbe med ved bruk av tradisjonelle metoder. Ved å bygge spiral- og biomimetiske dendritiske kjølekanaler inne i formen som passer perfekt til produktets form, kan kjøleeffektiviteten økes med mer enn tre ganger. Et bestemt selskap laget en-støpeform for batteribrettet til nye energikjøretøyer. Den bruker en 3D-printet konform vannkrets, som kutter kjølesyklusen fra 45 sekunder til 18 sekunder, øker produktkvalifiseringsgraden fra 92 % til 99,5 %, og sparer 12 tonn stålavfall ved å kutte ned på antall prøveformer.
Kapasiteten til å lage 3D-printede gitterstrukturer er også viktig innen lettvektsdesign. Et spesifikt firma laget en sprøytestøpeform for elektrisk verktøy. Ved å lage en hul sekskantet gitterstruktur i området som ikke bærer vekt, ble formens vekt kuttet med 25%, mengden materiale som ble brukt ble kuttet med 30%, og tiden det tok å kjøle seg ned ble kuttet med 15% siden den kunne holde mindre varme.
3. Rask iterasjonsverifisering: kutt ned på mengden søppel som produseres under prøveproduksjon
For å lage en tradisjonell form, må du gjennom flere runder med prøveproduksjonsmodifikasjonssykluser, og hver prøveproduksjon skaper mye avfall. En kjøretøyvirksomhet jobbet med en ny dashbordform for en ny bilmodell, men de tre første rundene med prøveformer måtte kastes på grunn av designfeil. Dette skapte 45 tonn avfall. Syklusen "design print test" kan skje raskt med 3D-utskriftsteknologi. Etter at ett selskap begynte å bruke denne teknikken, gikk syklusen for oppretting av mugg fra 6 måneder til 6 uker, antall muggforsøk gikk fra 5 til 2, og avfallsraten gikk ned med 70 %.
3, teknologiske fremskritt og samarbeid mellom næringer: fremskynde utviklingen av 3D-utskriftsavfallshåndtering
3D-utskrift gir mye lovende for avfallshåndtering, men det må fortsatt komme over tre store problemer før det kan brukes i bred skala:
Materialinnovasjon: Det er viktig å lage spesialiserte pulvermaterialer som er billige og fungerer bra. Et visst selskap laget nano wolframkarbidforsterket H13 stålpulver som gjorde formen hardere (HRC 60) samtidig som den beholdt sin seighet. Dette reduserte materialprisene med 40 % sammenlignet med importerte produkter.
Standardisering av prosesser: Det er svært viktig å sette opp et enkelt bibliotek med utskriftsparametere og et kvalitetskontrollsystem. Et selskap produserte det automatiske støttegenereringsprogrammet e-stage for Metal+, som kan redusere bruken av støttematerialer med 35 % og øke pulvergjenvinningsgraden til 98 %.
Samarbeid i industrikjeden: Utstyrsprodusenter, materialleverandører og formprodusenter må jobbe sammen for å lage en komplett løsning som inkluderer "maskinvare, materialer og tjenester." Et selskap har gitt ut UM600MT-utstyret, som har en formingsstørrelse på 400 mm × 600 mm × 500 mm. Denne størrelsen er stor nok til å skrive ut store bilformer. Prosessdatabasen som støtter den har mer enn 200 materialegenskaper som ofte brukes.