Jak koszt metalowych form do drukowania 3D wypada w porównaniu z tradycyjną produkcją?

1. Koszt materiału: zmiana z „Redukcji odpadów materiałowych” na „Cykl dodatków”
Podczas wykonywania form-starym sposobem stosuje się metody subtraktywne, co oznacza, że ​​podczas cięcia, obróbki elektroerozyjnej i innych etapów traci się dużo materiału. Na przykład forma wtryskowa może zużyć mniej niż 60 kilogramów materiału do wytworzenia formy po przejściu przez kilka faz. Pozostałe 40% odpadów można poddać recyklingowi, ale ich sortowanie, topienie i ponowne przetwarzanie będzie droższe. Ponadto tradycyjne rzemiosło wymaga bardzo czystych materiałów, a-wysokiej jakości stal formierska jest droga, co sprawia, że ​​materiały są jeszcze droższe.

Drukowanie 3D metalu to proces wytwarzania przyrostowego, podczas którego formy powstają poprzez topienie i nakładanie warstw cząstek metalu na siebie, nie pozostawiając prawie żadnych odpadów. Możesz przesiać i poddać recyklingowi proszek, którego nie używasz, a ponad 90% materiału jest wykorzystywane. Na przykład w przypadku form ze stopu tytanu koszt materiałów w tradycyjnych technikach wynosi około 35%, ale w przypadku druku 3D można go obniżyć do mniej niż 20%. 3Druk D jest jeszcze lepszy, ponieważ umożliwia drukowanie z więcej niż jednego materiału jednocześnie. Można na przykład nałożyć warstwę stopu miedzi o wysokiej przewodności cieplnej na powierzchnię formy, podczas gdy główna konstrukcja jest wykonana ze-stopu tytanu o wysokiej wytrzymałości. Technologia kontroli interfejsu materiałów umożliwia łączenie materiałów bez szwów. Służy to nie tylko potrzebom funkcjonalnym, ale także obniża ogólne koszty.

2. Koszt przetwarzania: zmiana z „współpracy-wieloprocesowej” na „integrację pojedynczego-urządzenia”
Wykonywanie form-staromodnym sposobem wymaga wielu etapów, takich jak cięcie, wyładowanie elektryczne, cięcie drutem i polerowanie. Potrzebuje także ponad dziesięciu maszyn, takich jak centra obróbcze CNC, maszyny elektroerozyjne i szlifierki. Cykle przetwarzania mogą trwać tygodnie, a nawet miesiące. Na przykład, aby wykonać wewnętrzny obieg wody chłodzącej do-form odlewniczych, należy wiercić i spawać. Projektując skomplikowane obiegi wody, często trzeba wypróbowywać i zmieniać różne formy, co zwiększa koszty przetwarzania.

Druk 3D z metalu łączy wszystkie procesy tego procesu w jedno urządzenie, co znacznie ułatwia przekształcenie cyfrowych modeli w prawdziwe formy. Na przykład, aby wytworzyć konformalną formę chłodzącą do drogi wodnej, tradycyjne metody wymagały wielu wierceń i spawania, aby uzyskać wzór drogi wodnej. Dzięki drukowi 3D możesz od razu tworzyć trójwymiarowe-kręte drogi wodne, bez konieczności wykonywania dodatkowej pracy. Studium przypadku konkretnej firmy pokazuje, że zastosowanie wydrukowanych w 3D konforemnych form chłodzących obniża koszty przetwarzania o 40% w porównaniu ze standardowymi metodami i daje projektantom ponad trzykrotną swobodę w tworzeniu dróg wodnych.

3. Koszt cyklu produkcyjnego: przejście od „długiego cyklu prób i błędów” do „szybkiej weryfikacji iteracyjnej”
Cykl otwierania formy jest długotrwały w tradycyjnej produkcji form. Jest to szczególnie prawdziwe na etapie próbnej produkcji badawczo-rozwojowej, kiedy modyfikacje projektu wiążą się z koniecznością odtworzenia formy, co kosztuje dużo czasu i pieniędzy. Na przykład wykonanie formy do wnętrza samochodu zajmuje od 6 do 8 rund próbnego formowania, przy czym każda runda kosztuje około 50 000 juanów i zajmuje od 3 do 6 miesięcy. Jeśli wystąpią problemy z projektem, początkowa inwestycja może zostać całkowicie utracona.

Druk 3D z metalu ułatwia szybkie przejście przez cykl „optymalizacji testu wydruku projektu”. Projektanci mogą wprowadzić zmiany w formie i wydrukować ją ponownie w ciągu kilku godzin, co skraca cykl próbnej formy do 1–2 tygodni. Pewna nowa firma produkująca pojazdy energetyczne skróciła czas potrzebny na opracowanie produktu z 6 miesięcy do 3 tygodni, drukując w 3D formy pudełek na akumulatory. Udoskonalili także projekt obiegu wody chłodzącej poprzez 5 rund iteracji, co skróciło cykl formowania wtryskowego o 30% i podniosło wskaźnik kwalifikacji produktu do 99%. Koncepcja „szybkiej awarii, szybkiej naprawy” znacznie obniża koszty cyklu produkcyjnego.

4. Koszt jakości: przejście od „pasywnej remediacji” do „aktywnej profilaktyki”
Konwencjonalny system chłodzenia formy jest łatwy w użyciu, ale może powodować problemy, takie jak nierównomierne chłodzenie i deformacja produktu. W przypadku dużych produktów formowanych wtryskowo wskaźnik błędów w tradycyjnej produkcji form może sięgać nawet 15%. Jednak konforemny obieg wody chłodzącej może obniżyć wskaźnik defektów do mniej niż 5%. Pewna firma twierdzi, że koszt jakości pojedynczego produktu (w tym straty złomu, koszty przeróbek itp.) spadł z 8 juanów do 2 juanów, odkąd zaczęli używać konformalnych form chłodzących drukowanych w 3D. Dzięki temu oszczędzają ponad 10 milionów juanów rocznie.

Ponadto projekt optymalizacji topologii może sprawić, że formy do druku 3D będą lżejsze, a jednocześnie zapewnią ich wytrzymałość. Na przykład forma łopatek turbiny w silniku lotniczym została lżejsza, co pozwoliło zmniejszyć masę o 20%, a jednocześnie wydłużyć trwałość zmęczeniową o 15%. Ta cecha „utraty masy bez utraty jakości” sprawia, że ​​koszty konserwacji z czasem stają się jeszcze niższe.

5. Korzyści-długoterminowe: zmiana z „wysokiego kosztu jednostkowego” na „zalety w alokacji partii”
Początkowy koszt wykonania metalowych form do drukowania 3D jest wyższy niż w przypadku tradycyjnych metod (na przykład formy ze stopu tytanu kosztują od 30% do 50% więcej za sztukę), ale ich zalety są szczególnie ważne w przypadku produkcji na małą-skalę i-różnorodną-różnorodność. Na przykład firma wykorzystuje druk 3D do tworzenia niestandardowych form koron dentystycznych ze stopu kobaltu i chromu. Obniża to koszt każdego elementu o 35% w porównaniu z metodami tradycyjnymi i skraca cykl formowania wtryskowego ze 120 sekund do 45 sekund dzięki konstrukcji chłodzenia konforemnego, co czterokrotnie zwiększa roczną zdolność produkcyjną.

Przewaga kosztowa form drukowanych w 3D staje się jasna z biegiem czasu. Trwałość zmęczenia cieplnego formy została zwiększona o ponad 30% poprzez ulepszenie wewnętrznego obwodu i struktury wody chłodzącej. Koszt formy dla każdego odlewu ciśnieniowego również został obniżony o 20%. Pewna firma lotnicza twierdzi, że chociaż początkowy koszt zastosowania form głowicy cylindrów silnika wydrukowanych w 3D jest o 40% wyższy, całkowity koszt w ciągu pięciu lat jest o 18% niższy w porównaniu z tradycyjnymi metodami, ponieważ formy wytrzymują dłużej i dają lepsze wyniki.

6. Lądowanie industrializacyjne: skok od „technicznie możliwego” do „ekonomicznie możliwego”
Jednolitość partii metalowych form do drukowania 3D była pierwotnie głównym problemem, który uniemożliwiał ich zastosowanie w przemyśle. W branży osiągnięto kontrolę dokładności wymiarowej w zakresie ± 10 μm, spełniając-najwyższe wymagania produkcyjne. Było to możliwe dzięki poprawie stabilności sprzętu (na przykład poprzez wspólne drukowanie wielo-laserowe i kontrolę energii w-pętli zamkniętej), optymalizacji procesów (na przykład poprzez biblioteki parametrów i symulacje, informacje zwrotne z monitorowania online) oraz budowaniu systemów identyfikowalności jakości (na przykład poprzez cyfrowe bliźniaki i pełne łącza danych procesowych).

Metalowe formy do drukowania 3D są obecnie szeroko stosowane w takich sektorach, jak przemysł lotniczy, motoryzacyjny, medyczny i nie tylko. Na przykład topologia regeneracyjnego kanału chłodzącego poprawiła komorę ciągu rakiety SpaceX, skracając cykl drukowania z 6 miesięcy do 3 tygodni i umożliwiając bezawaryjne wykonanie 500 testów cyklu termicznego. COMAC C929 wykorzystuje technologię SLM do drukowania wsporników skrzydeł ze stopu tytanu, osiągając odchylenie wielkości mniejsze lub równe ± 15 μm w partii 200 sztuk, zmniejszając wagę o 15% podczas pomyślnego przejścia testów zmęczeniowych.