Kan metall 3D-utskrift fullstendig erstatte tradisjonelle formproduksjonsmetoder?

一, Hovedforskjellen mellom additiv og subtraktiv produksjon fra et teknisk synspunkt
"Digitalt drevet lag for lag smelting og stabling" er hva 3D-printing av metall handler om. Som et eksempel smelter laserselektiv smelting (SLM) bare visse typer metallpulver ved å bruke høy-laserstråler. Den bygger deretter tre-dimensjonale former lag for lag og lager komplekse indre rom, konforme kjølekanaler og andre strukturer direkte uten behov for former. Platinum Technology skapte en biomimetisk åreformet-vannvei for formen til batteribokser for nye energibiler som har kuttet sprøytestøpesyklusen med 35 % og forbedret kjøleeffektiviteten med 40 %. Dette er vanskelig å gjøre med standard bore- og fresemetoder.
Tradisjonell formfremstilling bruker på den annen side "subtraktiv prosessering" (som CNC-fresing og maskinering av elektrisk utladning) og "forming av lik materiale" (som støping og smiing). Måten disse prosessene fungerer på betyr at formdesign må ta hensyn til gjennomførbarheten av bearbeiding. For eksempel, i tradisjonelle-støpeformer, er kjølevannskanalen ofte ødelagt eller rett. Dette er fordi boret er vanskelig å komme til og det er vanskelig å lage et design som passer til formhullet. Dette gjør kjølingen ujevn og fører til at produktene deformeres med mer enn 8 %.
Det viktigste punktet med teknologisk substitusjon: 3D-utskrift er den eneste veien å gå når kompleksiteten til formstrukturen (interne krysshull, tynne-veggede ribber, mikrokanaler osv.) gjør tradisjonelle metoder upraktiske, eller når designendringer må gjøres raskt. For eksempel kuttet 3D-utskrift tiden det tok å lage en skallform for medisinsk utstyr fra 6 uker til 72 timer, og det økte hastigheten som materialer ble brukt med fra 25 % til 95 %.
2, kostnadsstruktur: forretningsomvending i små batch-situasjoner
Utviklingskostnader for mugg utgjør så mye som 60 % til 70 % av de totale kostnadene ved tradisjonell muggproduksjon. Disse kostnadene inkluderer slitasje på utstyr og arbeidskraft som trengs for elektrodeproduksjon, maskinering av elektrisk utladning, ledningsskjæring og andre prosesser. "Direkte støping av digitale modeller" i metall 3D-printing kvitter seg med behovet for støpeformer, og de viktigste tingene som bestemmer kostnadene er pulvermaterialene som brukes og slitasjen på utstyret.
1. For små partier (1–100 stykker) er 3D-printing klart bedre.
Mengden materiale som brukes: Ved tradisjonelle metoder, som smiing og emneskjæring, går opptil 70 % av materialet bort. Men i 3D-printing kan restpulveret resirkuleres, så over 90 % av materialet brukes. Som et eksempel reduserer 3D-utskrift materialkostnadene med 58 % for en viss aluminiumsmetallstøpeform-.
Behandlingskostnad: Tradisjonelle former trenger flere maskiner for å jobbe sammen for å behandle dem, men 3D-utskrift trenger bare én maskin for å utføre kjernestrukturstøpingen, noe som reduserer prosesseringskostnadene med 40 % til 60 %.
Syklustid: Standard formåpningssyklus kan ta opptil seks til åtte uker, men 3D-utskrift tar bare tre til fem dager. Dette kan kutte FoU-syklusen med mer enn sytti prosent, noe som gjør den perfekt for verifiseringsstadiet av prøveproduksjon.
2. For store bestillinger (mer enn 1000 stykker) er tradisjonell utførelse fortsatt normen.
Enhetskostnad: Når produksjonen øker, går delkostnaden for tradisjonelle former ned veldig raskt. For eksempel, da det ble laget mange panserformer, falt prisen per stykke fra 2000 yuan for 3D-utskrift til 80 yuan for gammeldagse metoder.
Presisjon og overflatekvalitet: Med tradisjonell CNC-skjæring kan du få en overflate som er 0,8 μm flat, men med 3D-printing må du gjennom polering, sandblåsing og andre trinn for å få en overflate som er 3,2 μm flat, noe som koster mer.
Når den årlige produksjonen av støpeformer går over 500 stykker, begynner kostnadene for et enkelt stykke ved bruk av tradisjonelle metoder å bli lavere enn for 3D-utskrift. Hvis risikoen for designendringer tas i betraktning (for eksempel å bytte en tradisjonell form betyr å åpne den igjen, noe som kan koste opptil 30 % til 50 % av startkostnaden), kan fordelene med 3D-printing i fleksibel produksjon utvides til situasjoner der det produseres rundt 1000 stykker hvert år.
3, Industriell økologi: hvordan teknologi kan fungere sammen for å hjelpe miljøet og hvordan det kan bygges opp igjen
Tradisjonell formproduksjon og 3D-utskrift av metall konkurrerer med hverandre, men det er ikke et null-spill. I stedet er det en kraft som presser det industrielle miljøet mot "design manufacturing service" integrasjon.
1. Kombinere teknologier: lage kompositter med additive og subtraktive metoder
Selskaper som er på toppen bryter gjennom grensene for en enkelt teknologi ved å bruke "3D-printing+CNC presisjonsmaskinering" sammen. Platinums BLT-S450-utstyr, for eksempel, kan utføre seks-lasersamarbeidsutskrifter, og et fem-maskinsenter kan reparere formhulrom med speil-nøyaktighet. Dette beholder de komplekse strukturelle egenskapene til 3D-utskrift samtidig som de møter overflatekvalitetsbehovene til tradisjonelle former.
2. Nye materialer: Funksjonelle gradienter og komposittmaterialer
Materialene som brukes i tradisjonelle former er for det meste enkeltlegeringer. Imidlertid kan 3D-utskrift plassere funksjonelt graderte materialer på en måte som er unik for hver jobb. Når det gjelder en flymotorform, tilfører 3D-utskrift et belegg med høy-hardhet (som WC Co) til overflaten. Dette holder kjernen tøff og gjør "ett materiale for flere bruksområder" mulig, som er en forbedring i forhold til den gamle måten å koble forskjellige materialer sammen.
3. Servicemodus: fra å selge enheter til å levere løsninger
"Maskinvareleverandører" endrer navn til "tjenesteintegratorer" for utstyrsprodusenter. Platinum har gitt ut et "utstyr+materialer+prosessdatabase"-system som fungerer sammen. Prisene på egen-titaniumlegeringspulver er 50 % lavere enn de var i 2020, og Internet of Things-plattformen har gjort det mulig å fjerndiagnostisere og varsle om utstyrsfeil, noe som har økt tjenesteinntektene til 30 %.
4. Standarder i bransjen: Fra vill vekst til standardisert utvikling
Tradisjonell formfremstilling har skapt et komplett standardsystem, for eksempel ISO 2768-formnøyaktighetsstandarden. Imidlertid har 3D-utskriftsformer fortsatt problemer, som å ikke kunne få nøyaktighetsgodkjenning og kontrollere defektraten. For eksempel må medisinske implantatformer sertifiseres av både FDA og CE hvert tredje til femte år. Dette gjør det vanskeligere for 3D-utskrift å spre seg til høye-områder.