Ar metalo 3D spausdinimas gali sumažinti žaliavų atliekas?

一, Medžiagų švaistymas tradicinėje gamyboje
„Subtractive Manufacturing“ paradigma yra tai, ką naudoja tradicinis metalo apdorojimas. Tai reiškia, kad medžiagos atliekos eina per visą gamybos grandinę. Pavyzdžiui, gamindami automobilių variklio cilindrų blokus, tradiciniam smėlio liejimui reikia metalinio skysčio, kuris yra daugiau nei tris kartus didesnis už dizaino svorį. Pjovimo procedūros metu bus pagaminta daugybė metalinių traškučių. Statistika rodo, kad mažinimo procedūros visame pasaulyje pramonės pramonėje kiekvienais metais sukuria daugiau nei 200 milijonų tonų metalo atliekų. Vien Kinijoje kasmet perdirbimo metu švaistoma apie 30 milijonų tonų metalo išteklių.
Medžiagų atliekų problema yra ypač paplitusi tikslių komponentų gamybos srityje. Kai tam tikra aviacijos komponentų įmonė naudoja penkių ašių jungčių apdirbimą titano lydinio ašmenims gaminti, naudojama mažiau nei 25% kiekvieno produkto medžiagos, o kiti 75% yra švaistomi kaip traškučiai. Šis būdas gaminti daiktus sunaudoja daug energijos ir daro daug išmetamųjų teršalų, o tai labai skiriasi nuo anglies neutralumo visame pasaulyje tikslo.
2, tikslus būdas, kaip veikia metalo 3D spausdinimas
1. Skaitmeninio sluoksniuoto nusodinimo technologija
Lazerio selektyvaus lydymosi (SLM) arba elektronų pluošto lydymosi (EBM) technologija naudojama metalinėje 3D spausdinime, kad 3D modelis supjaustytų į plonus 20–100 μm sluoksnius ir ištirptų metalo miltelių sluoksnį sluoksniu. Šis „nuo nulio“ statybos procesas leidžia medžiagoms nusistatyti tik ten, kur jos reikia. „Platinum Technology“ padarė „Titanium“ lydinio centrinio sparno krašto juostą C919 lėktuvui. Jis yra 40% lengvesnis, nes topologijos optimizavimo projektavimui ir jis naudoja 92% medžiagos, o tai yra daug geresnė nei tipiškas kalimo proceso 65%.
2. Cirkuliuojančių miltelių sistema uždaroje kilpoje
Šiuolaikinės metalo 3D spausdinimo mašinos turi intelektualiųjų miltelių perdirbimo įtaisus, įmontuotus, o milteliai, kurie netirpsta, vėl gali būti naudojami po ekrano. Naudodama uždaro ciklo miltelių valdymo sistemą, „GE Aviation“ padidino medžiagų perdirbimo greitį iki 95%, kad būtų gaminami „Leap“ variklių degalų purkštukai. Tai sumažina miltelių vartojimą 80%, palyginti su senais metodais. Optimizuodama miltelių pasiskirstymo charakteristikas, medicinos prietaisų įmonė gali sumažinti miltelių kiekį, reikalingą vienam ortopediniam implantui pagaminti nuo 1,2 kg iki 0,3 kg.
3. Struktūra su skylėmis ir gardelės dizainas
Metalo 3D spausdinimas kyla dėl tradicinių kietųjų konstrukcijų problemų ir gali padaryti lengvus pastatus su tuščiaviduriais interjerais. „Airbus A350xWB“ orlaivyje naudojamas 3D atspausdintas titano lydinio laikiklis, kuris sutaupo svorio 30%, tuo pačiu išsaugant stiprumą per biomimetinės taškų matricos dizainą, kiekvienais metais sutaupydamas daugiau nei 2 milijonus dolerių degalų išlaidų vienam orlaiviui. 3D atspausdintų porėto titano lydinio lydinio acetabulinių puodelių poringumas gali artėja prie 80% medicinoje. Tai reiškia, kad naudojama mažiau medžiagos, o kaulų ląstelės gali išsivystyti greičiau.
3, Technologiniai pasiekimai, paskatinę materialinę revoliuciją
1. Spausdinimo su keliomis medžiagomis technologija
Naujausias lazerio metalo nusėdimo (LMD) technologija gali atspausdinti titano ir aliuminio lydinius gradiento modelyje. Vienas aviacijos ir kosmoso verslas naudoja šią technologiją raketų degalų rezervuarams gaminti. Tai sutaupo 45% medžiagų kainų, tuo pačiu užtikrinant, kad rezervuarai gali valdyti aukštą temperatūrą. Šis gebėjimas sulieja įvairių rūšių medžiagas, dizaineriai leidžia tiksliai priskirti išteklius, atsižvelgiant į tai, kiek streso bus kiekviena dalis, o tai sustabdo medžiagų atliekas, kurias sukelia „per didelis dizainas“ tradicinėse technikose.
2. Dizainas su dirbtinio intelekto pagalba
„Siemens“ pramonės programinės įrangos „NX AM“ modulis gali automatiškai sukurti geriausią topologijos struktūrą. Projektuojant „Motor Borto“ naujai energijos transporto priemonių įmonei, naudojama generatyvinė konstrukcija, siekiant sumažinti medžiagų naudojimą 60% ir padidinti šilumos išsklaidymo efektyvumą 25%. Šis algoritmu pagrįstas projektavimo metodas keičia gamintojų mąstymą, kaip geriau atlikti našumą su mažiau medžiagos.
3. Metalų pakartotinis panaudojimas ir perdirbimas
Švedijos verslas H ö gan ä s padarė „Atomise“ technologiją, kuri gali paversti metalinių laužų laužo drožles tiesiai į sferinius miltelius, kurių dalelių dydis yra nuo 15 iki 45 μm. Šios technologijos dėka tam tikra automobilių komponentų įmonė dabar perdirba 2000 tonų atliekų drožlių kiekvienais metais. Tai yra tas pats, kas išmetimo iš anglies dioksido išmetimo iš 12000 tonų. Ši „miesto kasybos“ paradigma 3D spausdinimas su metalu yra pagrindinė žiedinės ekonomikos dalis.
4, empirinis pramonės programų naudos tyrimas
1. Aviacijos ir kosmoso laukas
Naudodamas 3D spausdinimo technologiją, „Rolls Royce“ sujungė daugiau nei 2000 vienetų į 20 „Trent XWB“ varikliui. Tai padidino medžiagų naudojimą nuo 15% iki 85%. Sumažinę vieno variklio svorį 300 kg, oro linijos gali sutaupyti daugiau nei 500 000 USD per metus degalams.
2. Medicininių implantų gaminimas
„Johnson & Johnson DePuy Synthes“ išspausdino kobalto chromo lydinio klubo sąnarį, kuris pritaikė protezą tarp protezo ir paciento kaulų lovos 90%, naudojant individualizuotą dizainą ir sumažino medžiagas, naudojamas 40%. Toks tikslus vaistas ne tik daro gydymą efektyvesnį, bet ir naudoja mažiau išteklių.
3. Nauji formų gaminimo būdai
Tam tikra įmonė, gaminanti namų prietaisus, naudoja 3D spausdinimo formas su konforminiu aušinimo vandens kanalais. Tai sumažina injekcijos liejimo ciklą 40%, o vienos formos - nuo 80 000 juanių iki 30 000 juanių kainos. Ši nauja technologija sukelia revoliuciją, kaip tradicinė pelėsių pramonė gamina daiktus, kurie anksčiau buvo „dideli kiekiai ir ilgieji ciklai“.