Cum va schimba imprimarea metalică 3D sistemul tradițional de fabricație industrială?

1. O schimbare a logicii de fabricație: o schimbare de paradigmă de la „scădere” la „adăugare”
Modul tradițional de a face lucrurile se bazează pe ideea de „îndepărtare materială”. De exemplu, prelucrarea CNC formează treptat întregul billet metalic prin frezare și foraj. Rata de utilizare a materialului este de obicei mai mică de 60%. Imprimarea metalică 3D folosește o tehnologie de fabricație aditivă numită „strat prin stivuire strat”. Această metodă topează pulberea de metal cu un laser sau un fascicul de electroni și transformă modelul 3D direct în elemente solide. Procentul de materiale utilizate ar putea crește până la 90%.
Construirea motoarelor de avion este un excelent exemplu al acestei schimbări în gândire. Duza de combustibil a motorului LEAP de la GE Aviation este formată din 20 de elemente care sunt tipărite 3D împreună pentru a deveni un întreg. Aceasta reduce greutatea cu 25% și crește economia de combustibil cu 15%. Ciclul de dezvoltare a mucegaiului, care a durat șase luni, a fost redus până la trei săptămâni, ceea ce înseamnă că ritmul de iterare a produsului a crescut de opt ori. Această caracteristică „Proiectarea ca producție” sfidează în întregime vechea regulă că „fabricația determină proiectarea”. De asemenea, face posibilă crearea de modele ușoare, cum ar fi optimizarea topologiei și structura de zăbrele.
2. Restructurarea lanțului de aprovizionare: o schimbare flexibilă de la „producția de scară” la „cererea determinată”.
Imprimarea metalică 3D schimbă modul în care sunt construite lanțurile de aprovizionare industrială. Modelul „Inventar de producție de predicție” utilizat la fabricarea tradițională este liniar . 3 D tipărirea, pe de altă parte, are „pe capacități” pe {-, deoarece poate produce lucruri în mai multe locuri în același timp. Grupul BMW a construit primul depozit digital tipărit 3D din lume pentru piese auto. Acest lucru permite 20 de baze de producție din întreaga lume să facă piese în timp real prin partajarea fișierelor de proiectare prin cloud, care reduce cheltuielile de inventar cu 95%.
În zona medicală, acest tip de schimbare este mai perturbator. Pentru pacienții cu tumori osoase, implanturile personalizate din aliaj de titan au nevoie de un ciclu standard de personalizare de 3 luni. În schimb, tehnologia de imprimare 3D folosește date de scanare CT pentru a face un model 3D și finalizează întregul proces, de la proiectare la implantare chirurgicală, în 72 de ore. Spitalul Jishuitan din Beijing spune că implanturile tipărite 3D se leagă de os cu 40% mai rapid decât implanturile standard, iar timpul necesar pentru a se recupera după operație este redus cu 60%.
3. Un mare pas înainte în știința materialelor: performanța trece de la „materiale generale” la „gradienți funcționali”.
Imprimarea metalică 3D nu numai că modifică modul în care se fac lucrurile, dar schimbă și modul în care funcționează cercetarea materialelor. Proiectarea mucegaiului limitează tehnicile tradiționale de turnare, ceea ce face dificilă obținerea unei distribuții de gradient a calităților materiale. Prin gestionarea cu atenție a compoziției de pulbere și a intrării energetice, imprimarea 3D poate face materiale gradate funcțional (MGG). De exemplu, în lamele turbinei ale motoarelor aeronavei, schimbarea proporției de cobalt și aluminiu în nichel - pulbere de aliaj bazat pe aliaj face ca rădăcina lamei să poată gestiona temperaturi până la 1200 de grade, în timp ce vârful lamei rămâne suficient de puternic. Tehnicile tradiționale nu pot face ca acest material să funcționeze așa cum o face.
Această abilitate de a inova materiale este și mai inovatoare pe tărâmul științei biomedicale. Echipa Universității Shanghai Jiao Tong a creat un schele de os din aliaj poros tipărit 3D, care se potrivește perfect cu modulul elastic al osului cortical uman, schimbând porozitatea (60%-80%) și dimensiunea porilor (200–500 μm). Dovezile clinice indică faptul că eficiența de conducere osoasă a acestui stent este de trei ori mai mare decât cea a implanturilor convenționale, iar apariția problemelor postoperatorii s -a diminuat la sub 5%.
4. Evoluția ecologiei industriale: reconstruirea valorii de la „concurența echipamentelor” la „ecologia datelor”
Industrializarea imprimării metalice 3D creează un nou ecosistem comercial. Producătorii de echipamente nu mai vând doar hardware; De asemenea, devin complete - furnizori de soluții în lanț de „Echipamente+Materiale+Servicii”. Platinum Technology „Platforma de imprimare metalică 3D” include module pentru monitorizarea echipamentelor, păstrarea unei baze de date a proceselor și gestionarea comenzilor. Clienții pot utiliza aplicația pentru a vedea cum se implică imprimarea lor în timp real, iar platforma îmbunătățește eficiența optimizării parametrilor procesului cu 70%.
Aceste date - schimbarea bazată pe mediu este cea mai clară în industria de fabricare a matriței -. O pornire în Shenzhen a creat un sistem inteligent de mucegai care folosește tehnologie digitală twin și matrițe tipărite 3D cu senzori de temperatură și presiune pentru a tăia ciclul de modelare prin injecție de la 120 de secunde la 85 de secunde. Rata produselor calificate a crescut de la 92% la 98,5%. Acest model de imprimare „inteligent” schimbă regulile pentru cât de mult merită echipamentele industriale.
5. Provocare și viitor: trecerea de la „descoperirea tehnologică” la „colaborarea industrială”
Imprimarea metalică 3D are mult potențial, dar există încă trei mari probleme care trebuie rezolvate înainte de a putea fi utilizate la scară largă: în primul rând, cât de bine funcționează imprimanta. Viteza actuală de construcție a tehnologiei de topire selectivă laser (SLM) este de aproximativ 0,1-1kg/h, ceea ce nu este suficient de rapid pentru întreprinderile precum mașinile care trebuie să facă o mulțime de lucruri rapid. A doua problemă este cheltuiala materialelor. Prețul pulberii din aliaj de titan este de 8000 de yuani pe kilogram, ceea ce este de zece ori mai mare decât prețul billetelor obișnuite. În al treilea rând, nu există suficiente standarde. Doar 15% din articolele tipărite 3D din întreaga lume au criterii complete de testare.
Aceste probleme împing tehnologia pentru a face noi progrese. Procesul de topire a fasciculului de electroni (EBSM) accelerează construcția la 5 kg/h prin creșterea densității energetice. Xi'an Jiaotong University a dezvoltat tehnologia „Printing 3D Printing”, care folosește depunerea de particule solide - pentru a face rapid prototipuri de piese din aliaj de aluminiu. Acest lucru reduce costurile cu 40% în comparație cu metodele tradiționale. Grupul de lucru ISO/ASTM comun a publicat 23 de standarde la nivel mondial pentru imprimarea 3D care acoperă întregul proces, de la materiale la procese până la testare.