Czy projekt pomocniczy wpłynie na koszty-przetwarzania końcowego?

1. Podstawowe idee potwierdzające związek między projektem a kosztami
Projekt metalowego nośnika druku 3D musi znaleźć kompromis pomiędzy „stabilnym formowaniem” a „opłacalnością”. Główne idee, które się za tym kryją, są bezpośrednio powiązane z kosztami-przetwarzania końcowego:
Idea ograniczenia powierzchni kontaktu
Istnieją trzy rodzaje kontaktu między podporą a częściami: kontakt powierzchniowy, kontakt liniowy i kontakt punktowy. Kontakt powierzchniowy może sprawić, że wszystko stanie się bardziej stabilne, ale znacznie utrudnia-przetwarzanie końcowe. Na przykład zamki lotnicze ze stopu tytanu z konstrukcją styku powierzchniowego mają pozostałą powierzchnię podparcia wynoszącą 12 cm², która wymaga 5 godzin ręcznego polerowania, aby spełnić wymagania dotyczące chropowatości powierzchni Ra1,6 μm. Dzięki konstrukcji styku punktowego powierzchnia pozostała wynosi tylko 2,3 cm², a czas polerowania mechanicznego wynosi tylko 40 minut. Prace Suzhou Tianhong Laser pokazują, że na każdy 1 cm² zmniejszenia powierzchni styku czas potrzebny na-obróbkę końcową można skrócić o 15–20%.
Dokładna kontrola kąta krytycznego
różne procesy mają różne krytyczne kąty zawieszenia: proces SLM zwykle wymaga wsparcia dla konstrukcji wiszących pod kątem mniejszym niż 30 stopni, podczas gdy proces EBM może poluzować kąt krytyczny do 35 stopni, ponieważ topi się w wysokich temperaturach. Adaptacyjna metoda skanowania firmy Leiming Laser umożliwiła drukowanie zawieszonych konstrukcji bez podparcia pod niewielkimi kątami od 5 stopni do 35 stopni poprzez zmianę gęstości mocy lasera w locie. Zmniejszyło to liczbę potrzebnych materiałów pomocniczych o 78% i koszt-końcowej obróbki o 65%.
Idea oszczędzania materiałów
Cena proszku metalicznego może sięgać nawet tysięcy juanów za kilogram, a marnowanie materiałów pomocniczych natychmiast podnosi ceny. Używając jako przykładu stopu na bazie niklu Inconel 718-, standardowa konstrukcja podpór prowadzi do wskaźnika odpadów na poziomie do 18%, podczas gdy-podobna do drzewa konstrukcja wsporcza utworzona w wyniku optymalizacji topologii może utrzymać poziom odpadów poniżej 5%. Przykład części silnika lotniczego pokazuje, że ulepszona konstrukcja podpory obniża koszt pojedynczego kawałka materiału z 2300 juanów do 850 juanów, co oznacza spadek o 63%.
2. Kluczowe elementy wspierające koszty-końcowego przetwarzania-związane z projektem
Wspomaganie ryzyka trwałego urazu fizycznego
Defekty tkanki mogą wystąpić, gdy podłoże i powierzchnia styku komponentu podlegają różnym naprężeniom termicznym. Podczas drukowania na stali nierdzewnej 316L w miejscu styku siatki z bryłą mogą tworzyć się grube kryształy kolumnowe. To sprawia, że ​​obszar ten jest od 15% do 20% bardziej miękki i zmniejsza trwałość zmęczeniową o 40%. Aby pozbyć się tych ukrytych zagrożeń, procedura obróbki cieplnej musi być dłuższa, co oznacza, że ​​koszt-obróbki końcowej jednej sztuki wzrośnie o 120 do 180 juanów.
Problem udostępnienia skomplikowanej obudowy konstrukcyjnej
Tarcza turbiny w silniku lotniczym ma wewnętrzną średnicę kanału wynoszącą zaledwie 2 mm. Standardowa konstrukcja wspornika powoduje odkształcenie przekroju ceownika o ponad 8%, co należy naprawić poprzez rozpuszczenie elektrochemiczne. Technika ta wymaga obróbki roztworu kwasu azotowego o stężeniu 41% wag. w temperaturze 80 stopni przez 6 godzin. Koszt jednego środka to 350 juanów i istnieje ryzyko równomierności korozji.
Ukryty koszt wykonywania czynności ręcznie
Dane z zautomatyzowanej linii produkcyjnej BMW IDAM pokazują, że w dalszym ciągu konieczna jest ręczna interwencja, aby pomóc w procesie usuwania, który zajmuje 35% całkowitej-godziny przetwarzania końcowego. Koszt pracy wynosi aż 2,8 miliona juanów rocznie w przypadku linii produkcyjnej, która produkuje 10 000 sztuk rocznie. System robota NetShape firmy Rivelin Robotics wykorzystuje sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym siły, aby osiągnąć dokładność siły kontaktowej na poziomie 0,1 N. Zmniejsza to potrzebę ręcznej interwencji do mniej niż 5% i pozwala zaoszczędzić ponad 2 miliony juanów rocznie.
3. Strategie na pograniczu pomagające w optymalizacji projektowania
Konstrukcja, która może stać samodzielnie dzięki projektowaniu generatywnemu
Za pomocą technik uczenia maszynowego oprogramowanie Autodesk Netfabb może automatycznie konstruować biomimetyczne struktury wsporcze. Metoda ta zmniejszyła wagę wspornika satelitarnego o 85% i wyeliminowała potrzebę stosowania tradycyjnego wspornika. Zmieniono także procedurę-obróbki końcowej z obróbki mechanicznej na prostą obróbkę cieplną i obniżono koszt pojedynczego elementu o 1200 juanów.
Wspólna praca nad nowymi pomysłami na systemy wielomateriałowe-
Technologia podpór bimetalicznych firmy Belgian Materialise wykorzystuje fakt, że Inconel 718 i czyste żelazo utleniają się z różną szybkością w temperaturze 800 stopni, aby automatycznie odkleić podłoże. Ta metoda zmniejsza pozostałą ilość podpory do mniej niż 0,01 mm, skraca czas-końcowej obróbki z 48 godzin do 8 godzin i pozwala zaoszczędzić 650 juanów na sztuce.
Sterowanie w pętli zamkniętej śledzeniem procesu
Kamery-o dużej prędkości i czujniki podczerwieni w systemie Siemens Process Sight monitorują w czasie rzeczywistym kształt jeziorka stopionego. Jeśli istnieje ryzyko, że wsparcie nie będzie wystarczające, ustawienia lasera zostaną zmienione automatycznie lub zostanie utworzone dodatkowe wsparcie. Podczas drukowania skomplikowanej części kanału przepływowego technologia obniżyła odsetek defektów dzięki wsparciu z 18% do 0,3%, co pozwoliło zaoszczędzić ponad 500 000 juanów rocznie na kosztach przeróbek.