Какова доля пост-обработки после 3D-печати металлом в общей стоимости производства?

一, Части, входящие в стоимость-постобработки, и их основные части.
Существует четыре основных технологических модуля, составляющих пост-обработку 3D-печати металлом: удаление материала, термообработка, обработка поверхности и усиление конструкции. Каждый модуль имеет такие затраты, как оборудование, использование энергии и рабочая сила.

Удаление материалов: сюда входит удаление несущей конструкции, завершение поверхности и фиксация размеров. Например, после печати поверхность канала потока на лопастях авиационного двигателя необходимо отполировать до зеркального блеска с помощью пяти-обрабатывающего центра с рычажным механизмом. Изготовление одной детали может занять много часов, и большая часть этих затрат приходится на оборудование и рабочую силу.
Термическая обработка – это процесс избавления от внутренних напряжений и улучшения структуры зерен. Это можно сделать посредством отжига, твердого раствора + старения и горячего изостатического прессования (ГИП). Обработка вакуумным отжигом снижает остаточное напряжение на 80% после печати ортопедического имплантата из титанового сплава. Однако для этого требуется специальная вакуумная печь и долговременная-изоляция, на которую приходится большая часть энергозатрат.
Обработка поверхности: методы включают пескоструйную очистку, гальванику, лазерную наплавку, микродуговое оксидирование и другие методы, покрывающие поверхность. После печати кронштейна для аккумуляторной батареи нового энергетического автомобиля обработка микродуговым оксидированием увеличила его стойкость к коррозии в испытании в солевом тумане до более чем 1000 часов. Однако стоимость химикатов и обслуживания оборудования была довольно высокой.
Структурное армирование, такое как армирование волокнами, градиентный дизайн материалов и оптимизация решетчатой ​​структуры. В печатных деталях некоторых клапанов атомной энергетики используется градиентная структура, изготовленная из нержавеющей стали из сплава никеля-. Для этого требуется комплексный процесс -совместной печати-материалов и термообработки. Техническая сложность делает исследования, разработки и опытное производство более дорогими.
2. Данные отрасли и тематические исследования о проценте затрат на пост-обработку.
1. Исследование структуры затрат в стандартных отраслях.
Например, в аэрокосмической сфере стоимость печати корпуса топливного бака определенного ракетного двигателя составляет около 40 %, пост-обработки — 35 % (15 % — HIP-обработка, 12 % — фрезерование с ЧПУ и 8 % — анодирование) и 25 % — покупка материалов. Большой процент расходов на пост-обработку объясняется тем, что детали должны хорошо работать в очень суровых условиях, а это значит, что им приходится пройти множество этапов, чтобы убедиться в своей надежности.
Что касается медицинских устройств, стоимость последующей-обработки индивидуального имплантата тазобедренного сустава из титанового сплава после печати составляет около 28 % (термическая обработка – 12 %, полировка – 10 % и стерильная упаковка – 6 %). Стоимость материалов составляет 35%, стоимость проектирования и валидации – 37%. Процент затрат на пост-обработку не очень велик, но требования к шероховатости поверхности (Ra < 0,2 мкм) и биосовместимости означают, что необходима высоко-точная механическая обработка и специфическая обработка.
В мире бытовой электроники: например, стоимость печати шарнирной петли мобильного телефона со складным экраном составляет 55 %, стоимость последующей-обработки — 25 % (10 % на удаление опоры, 8 % на термообработку и 7 % на пескоструйную обработку поверхности), а стоимость материала — 20 %. Эффект масштаба массового производства оказывает большое влияние на долю затрат на пост-обработку. По мере увеличения выпуска стоимость единицы продукции снижается.
2. Как выбор процесса влияет на затраты после лечения
Процесс плавления в порошковом слое (PBF). Процент затрат на пост-обработку обычно значителен, поскольку в процессе печати необходимо добавлять опорные конструкции. Когда вы используете технологию SLM для печати определенной части конструкции самолета, 30% затрат приходится на удаление опоры и полировку поверхности. Когда вы используете технологию EBM без структуры поддержки, эти затраты снижаются до 15%.
Процесс адгезионной струи (BJ) позволяет формировать почти-сетку за счет обезжиривания и спекания неспеченного изделия после печати. Это значительно сокращает расходы на последующее-лечение. После печати ступицы автомобильного колеса по технологии BJ стоимость пост-обработки составляет всего 12% (в основном термообработка и небольшая механическая обработка). Это более чем на 50 % меньше, чем стоимость пост-обработки с использованием технологии PBF.
Процесс направленного энергетического осаждения (DED): подходит для фиксации больших деталей и подготовки к нанесению покрытия; Стоимость пост-обработки зависит от толщины печатного слоя. Если толщина печатного слоя шестерни определенного горнодобывающего оборудования составляет 1 мм, стоимость пост-обработки составляет всего 8 %. Но когда толщина слоя уменьшается до 0,3 мм, стоимость полировки возрастает до 15%, поскольку поверхность становится более шероховатой.
3. Элементы, влияющие на долю затрат на пост-обработку, и лучший способ их изменить.
1. Исследование мотивирующих элементов
Требования к работе материалов. Высокопроизводительные материалы, такие как жаропрочные-сплавы и титановые сплавы, требуют обработки HIP для устранения пор, что может составлять до 20–30 % общей стоимости.
Насколько сложна деталь: для сложных элементов, таких как внутренние каналы потока и решетчатые конструкции, требуется много-механическая обработка и специальные испытания. После печати лопатки авиационного двигателя стоимость компьютерной томографии составляет 25 % от общей стоимости последующей-обработки.
Пакетный масштаб: в сфере бытовой электроники, когда объем одной партии печати превышает 10 000 штук, процент расходов на пост-обработку можно снизить с 30 % до 15 %. Это происходит главным образом из-за автоматизированных производственных линий и затвердевания процесса.
Технологическая зрелость. Разница в точности и стабильности между оборудованием, произведенным в США, и оборудованием, произведенным в других странах, означает, что после обработки на оборудовании, произведенном в США, необходимо выполнить на 10–15 % больше работы, что косвенно увеличивает затраты.
2. Ищем лучший способ оптимизации
Инновации в процессах: использование таких технологий, как региональная печать и двунаправленное распределение порошка, чтобы сделать печать более эффективной и потребовать меньше поддерживающих конструкций. Одна компания улучшила свой метод сканирования, сократив объем поддержки на 40 %, что также снизило долю расходов на пост-обработку.
Оптимизация материалов: создавайте специальные порошковые материалы, с которыми легко работать и не подвергайте их слишком большой нагрузке. Конкретная компания выпустила порошок титанового сплава с низкой концентрацией кислорода. Этот порошок снижает температуру термообработки на 50 градусов и снижает затраты на использование энергии с 18% до 10%.
Модернизация оборудования: добавление технологий онлайн-обнаружения и адаптивной обработки, чтобы сократить необходимость людям делать что-то вручную. Компания, использующая полировальный робот-с искусственным интеллектом, сократила время, необходимое для обработки одной детали, с двух часов до получаса. Стоимость рабочей силы также снизилась с 25% до 8%.
Совместная работа в производственной цепочке: интегрированное оборудование для печати и постобработки-может сократить производственные циклы. Конкретная компания изобрела композиционную машину «печать + термообработка + механическая обработка», которая сокращает время изготовления деталей авиационных конструкций с двух недель до трех дней и снижает стоимость на 35%.