Подходит ли металлическая форма для 3D-печати для массового производства?

一, Мелкосерийное производство — это «зона комфорта» 3D-печати металлом.
1. Затраты на реструктуризацию: переход от «высоких постоянных затрат» к «оптимизации переменных затрат»
Изготовление пресс-форм старинным-способом требует больших затрат на разработку. Например, стоимость изготовления формы для автомобильного бампера может достигать 150 000 юаней. Даже если стоимость разделить на штуку, она все равно составит 8000 юаней. При 3D-печати металлом используется производство «без плесени», что означает, что используется более 90% материала. Стоимость одной штуки снижается до 4000 юаней, а срок изготовления увеличивается с 45 до 7 дней. 3D-печать металлом отлично подходит для изготовления небольших партий от 10 до 500 штук, особенно для уникальных товаров, проверки прототипов и этапов пробного производства.
2. Свобода дизайна: лучший способ создавать сложные конструкции
Маршрут обработки субтрактивной технологии ограничивает традиционное изготовление пресс-форм, а для сложных структур обычно требуется множество процессов для совместной работы, что может даже привести к более простым конструкциям, поскольку их невозможно обработать. 3D-печать металлом решает эту проблему. Его метод укладки слоев-за-слоями позволяет создавать сложные элементы, недоступные другим методам, например конформные каналы охлаждающей воды, решетчатые структуры и внутренние каналы потока. Например, одна компания, производящая бытовую технику, использует формы для 3D-печати для изготовления корпусов кондиционеров. Они также используют спиральный канал охлаждающей воды, чтобы сократить время охлаждения с 20 до 8 секунд. Это повышает эффективность производства на 150 % и снижает процент брака на 30 %.
3. Быстрая итерация: от «месячного цикла» к «еженедельному реагированию».
На этапе разработки продукта часто происходят изменения в конструкции, и типичные изменения в пресс-форме необходимо повторно открывать, что обходится дорого и занимает много времени. 3D-печать металлом позволяет проводить «оптимизацию теста печати дизайна» в замкнутом цикле. Некий производитель автомобильных разъемов нашел лучший дизайн после трех циклов печати, что сэкономило им две недели по сравнению с другими способами. Такая гибкость позволяет предприятиям быстро адаптироваться к изменениям на рынке и сократить затраты на тестирование новых продуктов.
2. Массовое производство: новые технологии и другие сценарии
1. Революция эффективности: от «штучной печати» к «массовому производству»
3D-печать металлом решает проблемы эффективности за счет использования нескольких лазеров, эффективных систем циркуляции порошка и автоматизированных производственных линий. Например, Huashu High Tech FS350M оснащен лазерами 12 1-киловатт, что позволяет печатать в 20 раз быстрее, чем с помощью одного лазера. Трех-система циркуляции порошка позволяет собирать более 95 % просыпанного порошка, что снижает затраты на материалы на 30 %. Кроме того, оборудование для печати зеленым металлом TruPrint 1000 компании Tongkuai использует лазер с длиной волны 515 нм, который ускоряет обработку чистой меди с высокой проводимостью на 40 % и снижает пористость до менее чем 0,5 %. Это дает возможность изготавливать множество деталей из медных сплавов.
2. Качественный скачок: от «проверки прототипа» к «конечному продукту»
По мере совершенствования материаловедения и управления процессами металлические формы для 3D-печати стали больше походить на традиционные формы с точки зрения долговечности и качества работы. Например, разъемный конус формы для -литья под давлением, изготовленный из порошка сплава на основе никеля-, после термообработки имеет твердость 48–50HRC и ударную вязкость 22 Дж. Она образует металлургическую связь с подложкой и служит в два раза дольше, чем оригинальная форма. В медицине искусственные суставы из титанового сплава, напечатанные на 3D-принтере-, имеют пористую структуру поверхности, которая способствует пролиферации костных клеток (пористость составляет 60%). У них также выживаемость после операции составляет 98%, что намного выше, чем у типичных стандартизированных суставов (90%).
3. Инновации сцены: от «замены традиций» к «совместной работе, которая выгодна обоим»
3D-печать металлом не призвана заменить традиционное изготовление форм; вместо этого он предназначен для работы с ним. В авиационной промышленности 3D-печать используется для изготовления сложных основных деталей, таких как топливные форсунки двигателей и лопатки турбин. Ковка до сих пор используется для изготовления простых деталей,-несущих нагрузку, таких как каркасы фюзеляжа.. 3D-печать используется в автомобильной промышленности для изготовления пробных производственных форм и нестандартных деталей. В крупносерийном-производстве до сих пор применяют штамповку и литье. Промышленность начинает соглашаться с идеей «использования 3D-печати для сложных небольших партий и традиционного производства для простых больших партий».
3. Тенденции будущего: от «технологических прорывов» к «экологической реструктуризации».
1. Сверх-высоко-скоростная печать: от "почасового" до "минутного" уровня.
Достижения в области ультра-лазерной технологии и технологии формования металлов распылением наночастиц (NPJ) сделали печать более чем в десять раз быстрее, чем раньше. Например, технология NPJ позволяет фиксировать каналы на микрометровом уровне, распыляя жидкость с наночастицами меди и спекая ее при низкой температуре. Восстановленная форма может повысить производительность упаковки стружки с 92% до 99,5% и сократить время простоя оборудования, вызванное утечками охлаждающей жидкости.
2. Композит из нескольких-материалов: от «единого исполнения» к «функциональной интеграции».
3D-печать металлом может обеспечить плавное изменение характеристик ремонтного слоя за счет одновременной печати различных материалов с помощью многочисленных сопел. Например, печать на стали высокой-твердости D2 в области лезвия формы и стали высокой-прочности H13 в области подложки позволяет создать композитную конструкцию с «внешней твердостью и внутренней прочностью». Благодаря этому форма прослужит более чем в три раза дольше. Кроме того, технология модификации поверхности метаматериалов позволяет создавать микро-наноструктурированные покрытия, которые снижают силу освобождения формы на 40 % и повышают износостойкость в три раза по сравнению с обычными методами хромирования.
3. Интеллектуальное производство: переход от «ручного управления» к «цифровому двойнику»
Система оптимизации процессов на основе-ИИ может автоматически изменять такие параметры, как мощность лазера и скорость сканирования, чтобы регулировать качество ремонта в замкнутом цикле. Конкретная компания создала платформу оптимизации процессов искусственного интеллекта, которая снизила пористость ремонта медных сплавов с 1% до 0,1%, проанализировав 100 000 наборов данных печати. Это также сократило время, необходимое для построения процесса, с 3 месяцев до 1 недели. Технология цифровых двойников обеспечит виртуальную отладку, удаленный мониторинг и профилактическое обслуживание в будущем, способствуя развитию 3D-печати металлами в сторону интеллектуального и адаптируемого производства.