Как изменится металлическая 3D -печать традиционной промышленной системы производства?

1. Сдвиг в логике производства: сдвиг парадигмы от «вычитания» к «добавлению»
Традиционный способ создания вещей основан на идее «удаления материала». Например, обработка ЧПУ постепенно формирует всю металлическую заготовку, выпивая и бурение. Уровень использования материалов обычно составляет менее 60%. Металлическая 3D -печать использует технологию аддитивного производства, называемая «слой от слоя на укладке». Этот метод растает металлический порошок с лазерным или электронным пучком и превращает трехмерную модель прямо в сплошные предметы. Процент используемых материалов может возрасти до 90%.
Здание двигателей самолетов является отличным примером этого изменения в мышлении. Сопловы топлива двигателя Leap от GE Aviation состоит из 20 элементов, которые напечатаны 3D вместе, чтобы стать одним целым. Это сокращает вес на 25% и повышает экономию топлива на 15%. Цикл разработки плесени, который занимал шесть месяцев, был сокращен до трех недель, что означает, что темп итерации продукта вырос на восемь раз. Эта функция «дизайн как производства» совершенно не поддается старому правилу, которое «производство определяет дизайн». Это также позволяет создавать легкие конструкции, такие как оптимизация топологии и структура решетки.
2. Реструктуризация цепочки поставок: гибкое изменение от «масштабного производства» к «управлению спросом».
Металлическая 3D -печать меняет способ, которым строятся цепочки промышленных поставок. Модель «Инвентаризация производства прогнозирования», используемая в традиционном производстве, является линейной . 3 D печати, с другой стороны, имеет возможности «- спрос», поскольку она может одновременно производить вещи в нескольких местах. Группа BMW построила первый в мире цифровой склад 3D -печати для автомобильных деталей. Это позволяет 20 производственным базам по всему миру делать детали в режиме реального времени, делясь файлами проектирования через облако, что сокращает расходы на запасы на 95%.
В медицинской области этот вид сдвига более разрушительна. Для пациентов с опухолью кости персонализированные имплантаты сплавов титана нуждаются в стандартном 3-месячном цикле настройки. Напротив, технология 3D -печати использует данные КТ для создания 3D -модели и завершает весь процесс, от проектирования до хирургической имплантации, за 72 часа. Пекинская больница Джишуитана говорит, что имплантаты 3D -печати связываются с костью на 40% быстрее, чем стандартные имплантаты, и время, необходимое для восстановления после операции, сократится на 60%.
3. Большой шаг вперед в области материаловедения: производительность перемещается от «общих материалов» к «функциональным градиентам».
Металлическая 3D -печать не только изменяет то, как все делается, но также меняет способ работы материалов. Дизайн плесени ограничивает традиционные методы литья, что затрудняет распределение градиента материальных качеств. Тщательно управляя композицией порошка и входом энергии, 3D -печать может сделать функционально градусные материалы (FGM). Например, в турбинных лопастях авиационных двигателей изменение доли кобальта и алюминия в никеле - на основе сплавного сплавного порошка делает корень лезвия способным обрабатывать температуры до 1200 градусов, в то время как наконечник лезвия остается достаточно сильным. Традиционные методы не могут заставить этот материал работать так, как он.
Эта способность внедрять инновации материалов еще более новаторская в сфере биомедицинской науки. Университетская команда Шанхай Цзяо Тонг создала 3D -напечатанную пористую титановую сплавную каркас, которая идеально соответствует модулю упругости человеческой коры коры путем изменения пористости (60–80%) и размер пор (200–500 мкМ). Клинические данные указывают на то, что эффективность проведения костной проводимости этого стента в три раза больше, чем у обычных имплантатов, а возникновение послеоперационных проблем снизилась до 5%.
4. Эволюция промышленной экологии: восстановление стоимости от «конкуренции за оборудование» до «Экологии данных»
Индустриализация металлической 3D -печати создает новую коммерческую экосистему. Производители оборудования больше не просто продают оборудование; Они также становятся полными - Поставщики цепных решений «Оборудование+материалы+услуги». «Металлическая 3D -печатная облачная платформа» Platinum Technology включает в себя модули для мониторинга оборудования, сохранение базы данных процессов и управление заказывами. Клиенты могут использовать приложение, чтобы увидеть, как идет их печать в режиме реального времени, а платформа повышает эффективность оптимизации параметров процесса на 70%.
Эти данные - изменение в среде наиболее ясно в форме -, создавающей отрасль. Стартап в Шэньчжэне создал интеллектуальную систему плесени, которая использует цифровую технологию Twin и 3D -печатные формы с датчиками температуры и давления для сокращения цикла литья под давлением от 120 секунд до 85 секунд. Уровень квалифицированных продуктов вырос с 92% до 98,5%. Эта «умная» модель печати меняет правила, сколько стоит промышленного оборудования.
5. Задача и будущее: переход от «технологического прорыва» к «промышленному сотрудничеству»
Металлическая 3D -печать имеет большой потенциал, но есть еще три больших проблемах, которые необходимо решить, прежде чем ее можно будет использовать в больших масштабах: во -первых, насколько хорошо работает принтер. Нынешняя скорость строительства технологии лазерного избирательного плавления (SLM) составляет около 0,1-1 кг/ч, что недостаточно быстро для таких компаний, как автомобили, которые необходимо быстро сделать. Вторая проблема - это расходы материалов. Цена порошка титанового сплава составляет 8000 юаней на килограмм, что в десять раз больше цены на обычные заготовки. В -третьих, нет достаточно стандартов. Только 15% 3D -печатных предметов по всему миру имеют полные критерии тестирования.
Эти проблемы подталкивают технологии для достижения новых достижений. Процесс плавления электронного луча (EBSM) ускоряет конструкцию до 5 кг/ч, увеличивая плотность энергии. Университет Xi'an Jiaotong разработал технологию «Холодного распыления 3D -печать», которая использует твердое осаждение частиц состояния, чтобы быстро изготовить прототипы алюминиевых сплавов. Это сокращает затраты на 40% по сравнению с традиционными методами. Совместная рабочая группа ISO/ASTM опубликовала 23 мировых стандартов для 3D -печати, которые охватывают весь процесс, от материалов до процессов до тестирования.