Jak osiągnąć modułowy sprzęt do automatyzacji poprzez druk metalowy?

1. Przełamywanie granic geometrycznych: Otwieranie rewolucji swobody projektowania modułowego
Podczas projektowania tradycyjnych modułów sprzętu automatycznego należy wziąć pod uwagę możliwość przetwarzania. Oznacza to, że ważne części, takie jak kanały przepływu, struktury rozpraszania ciepła i interfejsy połączeń często muszą obejść granice mechanicznego przetwarzania. Na przykład kanał przepływu krzyżowego korpusu zaworu hydraulicznego musi zostać połączony z kilku części. To nie tylko zwiększa wyciek, ale także utrudnia zmniejszenie modułu. Warstwa według warstwy wytwarzania addytywnego lubDrukowanie metalowe 3D, całkowicie omija to wąskie gardło:
Poprawa skomplikowanych kanałów przepływowych
Tradycyjne przetwarzanie mechaniczne ma problemy z wykonywaniem płynnych przejść w zakrzywionych kanałach przepływu w modułach hydraulicznych. Z drugiej strony, metalowy druk 3D może tworzyć biomimetyczne kanały przepływu skóry lub niskie - kanały przepływu fraktalnego oporu. Na przykład włoska firma AIDRO przeprojektowała blok zaworu hydraulicznego za pomocą technologii SLM (selektywne topienie laserowe). Zastąpili tradycyjny kanał przepływu kątowego prostego kątu zakrzywionym kanałem przepływu, który obniżył utratę ciśnienia płynu o 25%, objętość bloku zaworu o 30%oraz wchłanianie wstrząsu i redukcję szumu poprzez wewnętrzną strukturę sieci.
Projekt zintegrowanego interfejsu
Najtrudniejszą częścią modułowej konstrukcji jest ustalenie, jak połączyć części. Drukowanie metalowe 3D umożliwia jednocześnie tworzenie kanałów przepływu osi multi -. Na przykład Bosch Rexroth w Niemczech wyprodukował nadrukowany korpus zaworu hydraulicznego 3D -, który łączy 10 części funkcjonalnych (w tym kanały przepływowe, interfejsy czujników i powierzchni uszczelniające) w jednym kawałku. To obniża liczbę miejsc, w których wycieki mogą się zdarzyć o 60%, a czas potrzebny na złożenie go o 70%.
Struktura do optymalizacji topologii
Drukowanie metalowe 3D może tworzyć najlepszy rozkład materiału, który zaspokaja potrzeby wydajności mechanicznej przy użyciu zarówno CFD (obliczeniowej dynamiki płynów), jak i metod optymalizacji topologii. Na przykład korpus zaworu mocy jądrowej, którą moc platynowa wytwarzana dla CGN ma strukturę sieci zmiennej gęstości, która sprawia, że ​​15MPA odporna na ciśnienie i 28% lżejszy. Chropowatość powierzchni wewnętrznego kanału przepływu jest również lepsza niż typowe procedury obróbki.
2. Lekka i wysoka wytrzymałość może współistnieć, co jest dużym krokiem do przodu pod względem wydajności modułowej.
Ilość wykorzystanej energii, jak szybko reaguje i jak długo trwa, są ściśle związane z masy modułów urządzeń automatycznych. Drukowanie metalowe 3D robi duży krok do przodu, wykorzystując rozkład gradientu materiału i kontrolę mikrostruktury, aby „zmniejszyć wagę bez zmniejszania wytrzymałości”.
Za pomocą materiałów gradientowych
Możesz zmienić wydajność różnych części tego samego modułu złącza robota, zmieniając energię laserową lub prędkość skanowania. Na przykład firma stworzyła robotyczny złącze z stopu tytanowego, który wykorzystuje skanowanie mocy o wysokiej - na powierzchni uszczelnienia, aby utrudnić (HRC większe lub równe 45) i niskie - skanowanie mocy na non - obciążenie -} strefie stresu resztkowego. To sprawia, że ​​staw o 40% lżejszy i 20% dłuższy - trwa.
Struktura sieci biomimetycznej
Metalowy druk 3D może wytwarzać lekkie i mocne moduły sieci przy użyciu naturalnej plastra miodu i porowatych konstrukcji kostnych. Na przykład GE Aviation wykorzystuje koncepcję sprzętu laserowego M2 do wykonania ostrzy turbinowej Inconel 718, które mają granicę plastyczności 1200 MPa w wysokiej temperaturze 650 stopni. Jest to możliwe ze względu na wewnętrzny projekt sieci gradientu. Ostrza są również o 35% lżejsze i pomagają silnikowi zużywać 5% mniej paliwa.
Drukowanie z więcej niż jednym rodzajem materiału
Drukowanie metalowe 3D może dokonywać gradientu między różnymi materiałami, używając więcej niż jednej głowicy laserowej lub dyszy. Na przykład moduł hybrydowy wykonany przez określoną firmę samochodową drukuje twardy stop (jak Stellite 6) na powierzchni tarcia tarcza hamulca i lekkiego stopu aluminium na głównym korpusie. To sprawia, że ​​dysk hamulca trzykrotnie trwały i dłuższy - trwa.
3. Integracja funkcji: przechodzenie od „pojedynczego modułu” do „modułu poziomu systemu”
Tradycyjny modułowy projekt zależy od zebrania kilku części. Z drugiej strony drukowanie metalowe 3D poprawia moduły z „kanałów pasywnych” do „aktywnych systemów sterowania” za pomocą nowych projektów, takich jak mikrokanały i zbudowane - w czujnikach.
Robienie mikrokanałów
Drukowanie metalowe 3D może wytwarzać mikrokanały o średnicy mniejszej niż 0,3 mm w module rozpraszania ciepła. Na przykład firma zajmująca się sprzętem medycznym wyprodukowała drukowany 3D chip mikroprzepływowy, który dostarcza leki przez mikrokanały 0,5 mm z poprawą dokładności ± 2%, co jest znacznie lepsze niż ± 10% błędu tradycyjnego obróbki.
Wbudowane czujniki i siłowniki
Z metalowym drukiem 3D czujniki temperatury, czujniki ciśnienia lub mikro siłowniki można wbudować bezpośrednio w moduł. Na przykład inteligentny moduł zaworu hydraulicznego Siemensa wykorzystuje piezoelektryczne siłowniki ceramiczne wewnątrz korpusu zaworu, aby osiągnąć real - czas zamknięty - kontrola przepływu. Czas reakcji jest skraca do 10 milisekund, który jest pięć razy szybszy niż typowe zawory elektromagnesu.
Optymalizacja połączenia fizyki multi -
Drukowanie metalowe 3D może zwiększyć działalność modułów, stosując dynamikę płynów, termodynamikę i analizę mechaniki strukturalnej. Na przykład Samson użył platformy ANSYS Workbench do optymalizacji rozkładu ciśnienia w przejściu zaworu i naprężeniu termicznym w korpusie zaworów jednocześnie. To zmniejszyło deformację korpusu zaworu z 0,2 mm do 0,05 mm przy ciśnieniu 6MPa, które spełniają wymagania uszczelnienia dla oceny energii jądrowej.
4. Zdolność do szybkiego iteracji, przechodzenia od „miesięcznego rozwoju” do „cotygodniowej weryfikacji”
Modularyzujący sprzęt do automatyzacji oznacza, że ​​musi być w stanie szybko dostosować się do zmian zapotrzebowania rynku. Z drugiej strony drukowanie metalowe 3D przyspiesza cykl rozwoju, stosując produkcję cyfrową i elastyczną produkcję.
Robienie rzeczy bez pleśni
Wykonanie tradycyjnego modułu zajmuje od 3 do 6 miesięcy, ponieważ musi przejść przez cykl projektowania, tworząc pleśń, produkcję prób i zmiany. Nie potrzebujesz form do drukowania metalowego 3D; Może wytwarzać funkcjonujące próbki prosto z modeli CAD. Na przykład korpus zaworu utleniacza SpaceX wzrósł od projektowania do wstępnego testowania gruntu w ciągu około 8 tygodni, czyli o 70% szybciej niż normalne metody.
Sprawdzanie jakości online
Drukowanie metalowe 3D może przekazać prawdziwą informację zwrotną czasową - na temat problemów międzywarstwy przy użyciu kamer podczerwieni lub systemów monitorowania puli topni. Na przykład EOS M 400 - 4 wykorzystuje dynamiczną technologię zarządzania energią laserową, która obniża rozmiar strefy dotkniętej ciepłem (HAZ) korpusu zaworu stopu tytanu z 0,5 mm do 0,2 mm, obniża naprężenie resztkowe o 40%i podnosi wskaźnik powodzenia jednorazowego druku do 95%.
Gospodarka małych partii
Koszt metalowego drukowania 3D jest już tańszy niż tradycyjne obróbki modułów potrzebnych mniej niż 5000 razy w roku. Na przykład firma, która sprawia, że ​​sprzęt do pakowania wykorzystuje platynową BLT - S400 do drukowania modułów cięcia i stemplowania na gorąco. To obniża koszt każdego elementu o 35% w porównaniu z obróbką CNC i pozwala na produkcję popytu -, co obniża koszty zapasów o 60%.
5. Tendencje i problemy w branży: „przełom pojedynczy punkt” do „Integracja systemu”
Drukowanie metalowe 3D przeszło od prototypów testowych do małej produkcji skali - w sektorze modułowego urządzeń automatyzacji, ale nadal ma problemy z takimi jak standaryzacja i utrzymywanie kosztów.
Pełny system standaryzacji
Międzynarodowe grupy, takie jak ISO/ASTM, przyspieszają proces tworzenia standardów projektowania, wytwarzania i testowania modułów drukowania 3D. Na przykład seria standardów ISO/ASTM 52900 obejmuje cały zakres baz danych wydajności materiałów, optymalizację parametrów procesu, niszczące testy non - i inne rzeczy.
Inteligentna integracja linii produkcyjnych
Drukowanie metalowe 3D zbliża się do produkcji „Black Light Factory”, łącząc technologie takie jak automatyczne przetwarzanie proszku, monitorowanie online i optymalizacja uczenia maszynowego. Na przykład rozwiązanie fabryczne AM, nad którym EOS i Siemens pracowali razem, przyczyniło się do użytku sprzętu do 82% i obniżyło koszty pracy o połowę.
Nowe pomysły w Post - technologia przetwarzania
Aby rozwiązać problemy z zgrubnymi powierzchniami i resztkami modułów drukowania 3D, branża pracuje nad nowymi metodami uzdatniania ciepła, obróbki i obróbki powierzchni. Na przykład konkretna firma wymyśliła proces złożony o nazwie „Wzmocnienie wstrząsu laserowego+niskie - azotowanie temperatury”, które sprawia, że ​​powierzchnie korpusów zaworów z nadrukiem 3D o 60HRC jest trudniejsze i trzykrotnie bardziej odporne do zużycia.