Ar metalo 3D spausdinimas gali sumažinti laužo kiekį formų gamyboje?

一, Atliekų problema tradicinėje formų gamyboje: dviguba medžiagų švaistymo ir efektyvumo praradimo problema
Tradicinėje formų gamyboje naudojamas „atimamojo apdorojimo“ metodas. Tai reiškia, kad medžiagos iš lėto pašalinamos atliekant daugybę veiksmų, tokių kaip tekinimas, frezavimas, obliavimas ir šlifavimas, kol pasiekiama norima forma. Yra trys pagrindinės šio proceso struktūrinės problemos:
Mažas medžiagų sunaudojimo lygis: pavyzdžiui, kai gaminamos automobilių variklių cilindrų galvučių štampavimo-liejimo formos, įprastiniais metodais reikia apdoroti visą plieno luitą į formą, kuri gali atimti iki 70 % medžiagos. Remiantis vienos įmonės skaičiais, jų liejimo cechas per metus sunaudoja 1200 tonų plieno. Iš jų 840 tonų paverčiama šiukšlėmis, o tik 360 tonų – naudingais daiktais.
Nuo žaliavų paruošimo iki galutinio produkto pristatymo reikia 12–15 žingsnių. Vieno formų rinkinio pagaminimas gali užtrukti nuo 2 iki 3 mėnesių. Akumuliatoriaus bloko formų kūrimo projektas konkrečiai naujai energetinių transporto priemonių bendrovei buvo atidėtas aštuoniais mėnesiais, nes jį teko kelis kartus perdaryti. Tai bendrovei kainavo daugiau nei 20 mln.
Sunkios konstrukcinės ribos: naudojant tradicinius metodus sunku pagaminti formas su sudėtingomis charakteristikomis, tokiomis kaip konforminiai aušinimo kanalai ir lengvos grotelių struktūros. Tam, kad būtų galima pagaminti blokų modelių formas, tam tikras padangų verslas turi suskaidyti visą padangą į daugiau nei 20 sekcijų ir kiekvieną iš jų dirbti atskirai, prieš sudedant visas padangas. Tai ne tik padidina atliekų kiekį, bet ir padaro formą mažiau tikslią.
2, metalo 3D spausdinimo proveržis: paradigmos pokytis nuo „atimamo“ prie „pridedamojo“
Metalo 3D spausdinimas sukuria trijų-dimensijų objektus, sukraunant metalo miltelius arba laidus vieną ant kito, o tai visiškai prieštarauja įprastai veiklai. Tai taip pat parodo tris pagrindinius atliekų tvarkymo privalumus:
1. Didelis medžiagų naudojimo šuolis: nuo 30% iki 90%
Rankiniu būdu kuriant sudėtingas konstrukcijas, pvz., liejimo ertmes ir aušinimo kanalus, reikia daug apdirbti, todėl iššvaistoma daug medžiagų. 3D spausdinimo technologija tiesiogiai skatina gamybą naudojant CAD modelius, ir sunaudojama tik tiek medžiagos, kiek yra pačių dalių. Naudodama SLM technologiją, konkreti įmonė pagamino aliuminio lydinio elektrinio pavaros korpuso formą, kuri naudoja 92 % medžiagos, o ne 35 %, naudojamų standartiniais metodais. Taip sutaupoma 180 kilogramų aliuminio lydinio medžiagos kiekviename formų rinkinyje.
Dar svarbiau, kad 3D spausdinimas leidžia optimizuoti topologijos dizainą, kuris gali sunaudoti mažiau medžiagos, tačiau išlieka tvirtas. Tam tikra aviacijos įmonė panaudojo topologijos optimizavimą, kad pagamintų titano lydinio sparnų atramos formą, kuri būtų 30 % lengvesnė ir sunaudojama 45 % mažiau medžiagos, tačiau veiktų taip pat.
2. Gebėjimas kurti sudėtingas konstrukcijas: atsikratyti pagrindinio atliekų šaltinio
Įprastas 3D spausdinimo atvejis, siekiant sumažinti atliekų kiekį, yra konformalus aušinimo kanalas, kurį sunku dirbti naudojant tradicinius metodus. Formos viduje pastačius spiralinius ir biomimetinius dendritinius aušinimo kanalus, kurie puikiai atitinka gaminio formą, aušinimo efektyvumą galima padidinti daugiau nei tris kartus. Tam tikra įmonė pagamino liejimo formą, skirtą naujų energetinių transporto priemonių akumuliatoriaus dėklui. Jame naudojama 3D spausdinta konformiška vandens grandinė, kuri sutrumpina aušinimo ciklą nuo 45 sekundžių iki 18 sekundžių, padidina gaminio kvalifikavimo rodiklį nuo 92% iki 99,5%, o sumažindama bandomųjų formų skaičių sutaupo 12 tonų plieno atliekų.
Gebėjimas gaminti 3D spausdintas grotelių struktūras taip pat svarbus lengvo dizaino srityje. Konkreti įmonė pagamino įpurškimo formą elektriniams įrankiams. Svorio neturinčioje srityje padarius tuščiavidurę šešiakampę grotelių struktūrą, formos svoris sumažėjo 25%, naudojamos medžiagos kiekis sumažėjo 30%, o laikas, per kurį atvėso, sutrumpėjo 15%, nes ji galėjo išlaikyti mažiau šilumos.
3. Greitas iteracijos patikrinimas: sumažinkite bandomosios gamybos metu susidarančių šiukšlių kiekį
Norint pagaminti tradicinę formą, tenka pereiti kelis bandomosios gamybos modifikavimo ciklus, o kiekviena bandomoji gamyba sukuria daug atliekų. Automobilių verslas kūrė naują prietaisų skydelio formą naujam automobilio modeliui, tačiau pirmieji trys bandomųjų formų etapai turėjo būti išmesti dėl dizaino trūkumų. Taip susidarė 45 tonos atliekų. Naudojant 3D spausdinimo technologiją, „dizaino spausdinimo bandymo“ ciklas gali įvykti greitai. Vienai įmonei pradėjus naudoti šią techniką, pelėsio kūrimo ciklas pailgėjo nuo 6 mėnesių iki 6 savaičių, pelėsio bandymų skaičius sumažėjo nuo 5 iki 2, o atliekų kiekis sumažėjo 70%.
3, Technologijų pažanga ir bendradarbiavimas tarp pramonės šakų: paspartinti 3D spausdinimo atliekų tvarkymo plėtrą
3D spausdinimas yra daug žadantis atliekų tvarkymo srityje, tačiau norint jį naudoti plačiu mastu, jis vis tiek turi išspręsti tris dideles problemas:
Medžiagų naujovės: svarbu gaminti specializuotas miltelių medžiagas, kurios būtų pigios ir gerai veikiančios. Tam tikra įmonė pagamino nano volframo karbidu sustiprinto H13 plieno miltelius, kurie sustiprino formą (HRC 60), išlaikant jos tvirtumą. Tai sumažino medžiagų kainas 40%, palyginti su importuotais produktais.
Procesų standartizavimas: labai svarbu sukurti vieną spausdinimo parametrų biblioteką ir kokybės kontrolės sistemą. Įmonė sukūrė automatizuotą paramos generavimo programą e-stage for Metal+, kuri gali sumažinti pagalbinių medžiagų naudojimą 35 proc., o miltelių atgavimo rodiklį padidinti iki 98 proc.
Bendradarbiavimas pramonės grandinėje: įrangos gamintojai, medžiagų tiekėjai ir formų gamintojai turi dirbti kartu, kad sukurtų išsamų sprendimą, apimantį „techninę įrangą, medžiagas ir paslaugas“. Įmonė išleido UM600MT įrangą, kurios formavimo dydis yra 400 mm × 600 mm × 500 mm. Šis dydis yra pakankamai didelis, kad būtų galima spausdinti didžiules automobilių formas. Ją palaikančioje proceso duomenų bazėje yra daugiau nei 200 dažnai naudojamų medžiagų savybių.