Czy druk 3D metalu może obniżyć koszty produkcji próbnej form?

1. Koszt materiałów: od „ograniczenia ilości odpadów materiałowych” do „lepszego wykorzystania materiałów”.
Tradycyjna produkcja próbna form wykorzystuje obróbkę subtraktywną, co oznacza, że ​​wykorzystuje się mniej niż 50% materiału. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku form o złożonej strukturze, takich jak formy z kanałami wody chłodzącej, które wymagają odcięcia wewnętrznych kanałów przepływowych w wyniku wiercenia, frezowania i innych procesów. Oznacza to, że marnuje się dużo materiału. Przykładowo, aby wykonać pewną wkładkę do formy do rączki szczoteczki elektrycznej, potrzeba 2,1 kg stali nierdzewnej, ale ostatecznie otrzymujemy tylko 1 kg użytecznej formy, co oznacza, że ​​marnuje się 52% materiału.

Druk 3D z metalu wykorzystuje produkcję przyrostową, co oznacza, że ​​materiały są dodawane w miarę potrzeb i powstaje bardzo mało odpadów. Na przykład stopień wykorzystania proszku stali nierdzewnej Yishu ESU-EM201 o wysokiej przewodności cieplnej może wynosić ponad 95%. Po wydrukowaniu w 3D identycznej wkładki formy do wykonania pracy potrzeba zaledwie 1,05 kg materiału, co pozwala obniżyć koszt materiałów o połowę. Ponadto resztki proszku można wykorzystać ponownie, co z czasem jeszcze bardziej obniży koszty materiałów.

2. Koszt przetwarzania zmienia się z „współpracy-wieloprocesowej” na „integrację pojedynczego sprzętu”.
Tradycyjna produkcja próbna za pomocą formy wymaga wielu etapów, w tym cięcia, obróbki elektroerozyjnej, cięcia drutem i polerowania. Potrzebuje także wielu narzędzi, takich jak frezarki CNC, centra obróbcze i maszyny EDM. Oznacza to, że koszt sprzętu i robocizny jest znaczny. Przykładowo wykonanie formy do danej części samochodu tradycyjnymi metodami wymaga 5 kompletów sprzętu, 3 pracowników i 72 godzin pracy, a kosztuje 12000 juanów.

Dzięki drukowi 3D z metalu wszystkie etapy produkcji można wykonać za pomocą tylko jednego urządzenia, dzięki czemu nie ma potrzeby współdziałania wielu procesów. Na przykład dwulaserowa drukarka 3D do metalu EP-M250 Pro może rozprowadzać proszek w jednej warstwie w mniej niż 8 sekund. Jego najwyższa prędkość drukowania może być 2,5 razy większa niż w przypadku pojedynczego lasera o grubości warstwy 50 μm, a gęstość względna części przekracza 99,99%. Do wydrukowania w 3D identycznej formy części samochodowej wystarczy tylko jedna maszyna, jeden operator i 24 godziny czasu drukowania. Obniża to koszty przetwarzania o 67% do 4000 juanów.

3. Koszt cyklu: od „miesięcy iteracji” do „dni walidacji”
Tradycyjny cykl próbnej produkcji form jest długi, szczególnie w przypadku form o skomplikowanych konstrukcjach, które wymagają ciągłego testowania i naprawy. Może to potrwać kilka miesięcy. Na przykład przejście od projektu do próbnej produkcji danej formy łopatki silnika lotniczego zajmuje 6 miesięcy. W tym czasie potrzeba 5 napraw, a każdy cykl napraw trwa 2 tygodnie, co sprawia, że ​​koszt cyklu jest dość wysoki.

Druk 3D z metalu ułatwia wprowadzanie zmian w projekcie i tworzenie nowych form w ciągu zaledwie kilku godzin, co pozwala zaoszczędzić dużo pieniędzy w porównaniu z „przewracaniem i zaczynaniem od nowa”. Wykorzystując jako przykład formę obudowy pewnego produktu elektronicznego, zespół projektowy wykonał pięć iteracji w ciągu trzech dni za pomocą druku 3D. Każda iteracja kosztowała tylko 200 juanów, podczas gdy w stary sposób trwało to dwa tygodnie i kosztowało 5000 juanów za iterację. Ponadto druk 3D umożliwia produkcję „na-żądanie”, co oznacza, że ​​małe zamówienia seryjne, od 1 do 1000 sztuk, nie wymagają form, co jeszcze bardziej przyspiesza proces produkcji próbnej.

4. Koszt jakości: od „lokalnego nierównomiernego chłodzenia” do „globalnej optymalizacji temperatury”
Konstrukcja typowego układu chłodzenia form jest ograniczona, co utrudnia równomierne chłodzenie form o skomplikowanych konstrukcjach. Może to prowadzić do problemów, takich jak zniekształcenie i wypaczenie produktu, ze wskaźnikiem awaryjności sięgającym 15%. W przypadku danej formy wtryskowej tradycyjna konstrukcja obiegu wody chłodzącej powoduje 10-stopniową różnicę temperatur w produkcie, 12% wskaźnika usterek i koszt jakości stanowiący 8% całkowitego kosztu produkcji.

Druk 3D z metalu może stworzyć zgodny obieg wody chłodzącej, który równomiernie rozprowadza ciepło. Spiralna konstrukcja wkładek form drukowanych przez Yisu ESU-EM201 skraca czas potrzebny produktowi na osiągnięcie maksymalnej temperatury z 19,5 sekundy do 13,02 sekundy. Zmniejsza również ogólną różnicę temperatur z 10 stopni do 3 stopni, skraca cykl chłodzenia o 33%, obniża wskaźnik defektów do 2% i obniża stosunek kosztów jakości do 1,5%. W dłuższej perspektywie konstrukcja konforemnych kanałów wody chłodzącej może wydłużyć trwałość form, zmniejszyć zmęczenie cieplne i jeszcze bardziej obniżyć koszty jakości.

5. Optymalizacja projektu: przejście od „kompromisu strukturalnego” do „integracji funkcjonalnej”
Tradycyjne projektowanie form jest ograniczone techniką, a tworzenie skomplikowanych konstrukcji jest trudne, więc projektanci muszą iść na kompromis, aby utrzymać ceny na niskim poziomie. Przykładowo, aby ułatwić projektowanie obiegu wody chłodzącej, standardowe metody wymagają rezygnacji z wytrzymałości formy, co skraca żywotność formy o 30%.

Druk 3D w metalu daje dużą wszechstronność w projektowaniu. Może tworzyć skomplikowane kształty, takie jak elastyczne kanały chłodzące i wewnętrzne żebra wzmacniające, bez utraty jakości. Na przykładzie formy Audi do formowania na gorąco druk 3D ulepszył topologię wewnętrznej konstrukcji formy dla kanałów chłodzących, co zwiększyło wydajność chłodzenia o 25% i wydłużyło żywotność formy o 40%. 3Druk D ułatwia również tworzenie lekkich przedmiotów, co obniża wagę formy poprzez pozbycie się dodatkowych materiałów. Obniża to również cenę materiałów i wysyłki.