W jaki sposób drukowanie metalowe 3D zmieni tradycyjny przemysłowy system produkcji?

1. Przesunięcie logiki produkcyjnej: Paradygmat przesunięcia z „odejmowania” na „dodanie”
Tradycyjny sposób tworzenia rzeczy opiera się na idei „usuwania materiału”. Na przykład obróbka CNC stopniowo tworzy cały metalowy kęs poprzez frezowanie i wiercenie. Wskaźnik wykorzystania materiału jest zwykle mniejszy niż 60%. Metal 3D Printing wykorzystuje przyrostową technologię produkcyjną o nazwie „Warstwa po układaniu warstw”. Ta metoda topi metalowy proszek z wiązką lasera lub elektronu i zamienia model 3D prosto w stałe elementy. Procent używanych materiałów może wzrosnąć do 90%.
Budowanie silników samolotów jest doskonałym przykładem tej zmiany w myśleniu. Dysza paliwowa silnika Leap od GE Aviation składa się z 20 elementów, które są drukowane razem w 3D, aby stać się jedną całością. To obniża wagę o 25% i zwiększa oszczędność paliwa o 15%. Cykl rozwoju pleśni, który trwał sześć miesięcy, został zmniejszony do trzech tygodni, co oznacza, że ​​tempo iteracji produktu wzrosło o osiem razy. Ta funkcja „projektowania jako produkcji” całkowicie sprzeciwia się starej zasadzie, że „produkcja określa projekt”. Umożliwia także tworzenie lekkich projektów, takich jak optymalizacja topologii i struktura sieci.
2. Restrukturyzacja łańcucha dostaw: elastyczna zmiana z „produkcji skali” na „popyt”.
Drukowanie metalowe 3D zmienia sposób budowy łańcuchów dostaw przemysłowych. Model „Produkcji Produkcji” stosowany w tradycyjnej produkcji jest z drugiej strony liniowy druk . 3 d, ma możliwości „- produkujące popyt”, ponieważ może wytwarzać rzeczy w kilku miejscach jednocześnie. Grupa BMW zbudowała pierwszy na świecie cyfrowy magazyn z drukowaniem 3D do części samochodów. Umożliwia to 20 baz produkcyjnych na całym świecie tworzenie części w czasie rzeczywistym, udostępniając pliki projektowe za pośrednictwem chmury, co obniża koszty zapasów o 95%.
W obszarze medycznym tego rodzaju zmiana jest bardziej destrukcyjna. W przypadku pacjentów z guzami kości spersonalizowane implanty stopu tytanu wymagają standardowego 3-miesięcznego cyklu dostosowywania. Natomiast technologia drukowania 3D wykorzystuje dane tomografii komputerowej do tworzenia modelu 3D i kończy cały proces, od projektowania po implantację chirurgiczną, w 72 godziny. Pekin Jishuitan Hospital twierdzi, że implanty wydrukowane w 3D łączą się z kością o 40% szybciej niż standardowe implanty, a czas potrzebny na regenerację po zabiegu zostaje zmniejszona o 60%.
3. Duży krok naprzód w zakresie materiałów: wydajność przechodzi z „materiałów ogólnych” na „gradientów funkcjonalnych”.
Drukowanie metalowe 3D nie tylko zmienia to, jak powstają rzeczy, ale także zmienia sposób działania badań materiałowych. Konstrukcja pleśni ogranicza tradycyjne techniki odlewania, co utrudnia uzyskanie rozkładu gradientu właściwości materialnych. Staranne zarządzanie składem proszku i wejściem energii, drukowanie 3D może tworzyć funkcjonalnie stopniowane materiały (FGM). Na przykład w łopatach turbiny silników samolotów zmieniając proporcję kobaltu i aluminium w proszku na bazie niklu -, sprawia, że ​​korzeń ostrza jest w stanie obsługiwać temperatury nawet o 1200 stopni, podczas gdy końcówka ostrza pozostaje wystarczająco silna. Tradycyjne techniki nie mogą sprawić, że ten materiał działał tak, jak on.
Ta zdolność do innowacji materiałów jest jeszcze bardziej przełomowa w dziedzinie nauki biomedycznej. Zespół Uniwersytetu w Shanghai Jiao Tong stworzył porowate rusztowanie kości ze stopu tytanowego w 3D, które doskonale pasuje do elastycznego modułu ludzkiej kości korowej poprzez zmianę porowatości (60–80%) i wielkości porów (200–500 μm). Dowody kliniczne wskazują, że wydajność przewodzenia kości tego stentu jest trzykrotnie bardziej niż konwencjonalne implanty, a występowanie problemów pooperacyjnych zmniejszyło się do poniżej 5%.
4. Ewolucja ekologii przemysłowej: odbudowa wartości od „konkurencji sprzętu” na „ekologię danych”
Uprzemysłowienie metalowego drukowania 3D tworzy nowy ekosystem komercyjny. Twórcy sprzętu nie sprzedają już tylko sprzętu; Stają się również pełne - dostawcy rozwiązania łańcucha „urządzeń+materiałów+usług”. „Metal 3D Printing Cloud Cloud Platform” Platinum Technology obejmuje moduły do ​​monitorowania urządzeń, prowadzenia bazy danych procesów i zarządzania zamówieniami. Klienci mogą korzystać z aplikacji, aby zobaczyć, jak trwa ich drukowanie w czasie rzeczywistym, a platforma poprawia wydajność optymalizacji parametrów procesu o 70%.
Te dane - Zmiana w środowisku jest najbardziej wyraźna w branży formy -. Startup w Shenzhen stworzył inteligentny system pleśni, który wykorzystuje cyfrową technologię podwójną i formy drukowane 3D z czujnikami temperatury i ciśnienia do wycięcia cyklu formowania wtryskowego z 120 sekund do 85 sekund. Wskaźnik wykwalifikowanych produktów wzrósł z 92% do 98,5%. Ten „inteligentny” model drukujący zmienia zasady wartości, ile warty jest sprzętu przemysłowego.
5. Wyzwanie i przyszłość: przejście od „przełomu technologicznego” do „współpracy przemysłowej”
Drukowanie metalowe 3D ma duży potencjał, ale istnieją jeszcze trzy duże problemy, które należy rozwiązać, zanim będzie można go zastosować na dużą skalę: po pierwsze, jak dobrze działa drukarka. Obecna szybkość budowy technologii selektywnego topnienia laserowego (SLM) wynosi około 0,1-1 kg/h, co nie jest wystarczająco szybkie dla firm takich jak samochody, które muszą szybko zrobić wiele rzeczy. Drugim problemem jest koszt materiałów. Cena proszku stopu tytanu wynosi 8000 juanów za kilogram, co jest dziesięciokrotnie niż cena zwykłych kęsów. Po trzecie, nie ma wystarczającej liczby standardów. Tylko 15% drukowanych 3D na całym świecie ma pełne kryteria testowe.
Problemy te popychają technologię w celu osiągnięcia nowych postępów. Proces topnienia wiązki elektronów (EBSM) przyspiesza konstrukcję do 5 kg/h poprzez zwiększenie gęstości energii. Uniwersytet Xi'an Jiaotong opracował technologię „Cold Spray 3D Printing”, która wykorzystuje stałe osadzanie cząstek stanu - do szybkiego tworzenia prototypów części ze stopu aluminium. To obniża koszty o 40% w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Wspólna grupa robocza ISO/ASTM opublikowała 23 światowe standardy drukowania 3D, które obejmują cały proces, od materiałów po procesy po testowanie.