Voiko metalli 3D -tulostus vähentää raaka -ainejätteitä?

一, Materiaalien tuhlaamisongelma perinteisessä valmistuksessa
"Subtraktiivinen valmistus" -paradigma on mitä perinteinen metallinkäsittely käyttää. Tämä tarkoittaa, että materiaalijäte kulkee koko tuotantoketjun läpi. Esimerkiksi autojen moottorin sylinterilohkojen valmistuksessa perinteinen hiekkavalu tarvitsee metallista nestettä, joka on yli kolme kertaa suunnittelun paino. Seuraavan leikkausmenettelyn aikana tehdään paljon metallilastuja. Tilastot osoittavat, että maailmanlaajuisen teollisuuden leikkausmenettelyt luovat vuosittain yli 200 miljoonaa tonnia metallijätettä. Pelkästään Kiinassa noin 30 miljoonaa tonnia metalliresursseja tuhlataan vuosittain käsittelyn aikana.
Materiaalijätteiden ongelma on erityisen yleinen tarkkuuskomponenttien valmistuksen alueella. Kun tietty ilmailukomponenttiyritys käyttää viittä - -akselin kytkentäkonetta titaaniseosterien valmistukseen, käytetään vähemmän kuin 25% kunkin tuotteen materiaalista ja toinen 75% hukkaan siruiksi. Tämä tapa tehdä asioita käyttää paljon energiaa ja tekee paljon päästöjä, mikä on hyvin erilainen kuin hiilen neutraalisuuden tavoite ympäri maailmaa.
2, tarkka tapa, jolla metalli 3D -tulostus toimii
1. Digitaalisen kerroksen sedimentaation tekniikka
Laser -selektiivistä sulatus- (SLM) tai elektronisäteen sulamistekniikkaa (EBM) käytetään metallisessa 3D -tulostuksessa 3D -mallin leikkaamiseksi ohuiksi kerroksiksi, jotka ovat 20–100 μm ja sulaa metallijauhekerros kerroksella. Tämä "tyhjästä" rakennusprosessi antaa materiaalit vain asettua mihin he tarvitsevat. Platinum -tekniikka teki titaaniseoksen keskussiipin reunan nauhan C919 -lentokoneeseen. Se on 40% kevyempi, koska topologian optimointisuunnitteluun ja käyttää 92% materiaalista, mikä on paljon parempi kuin tyypillinen taontaprosessin 65%.
2. Järjestelmä kiertävälle jauheelle suljetussa silmukassa
Moderneissa metallisissa 3D -tulostuskoneissa on rakennettu älykkäiden jauheen kierrätyslaitteet, ja jauhetta, jota ei sulaa, voidaan käyttää uudelleen seulon jälkeen. Suljetulla - -silmukan jauheenhallintajärjestelmällä GE Aviation on nostanut materiaalin kierrätysnopeuden 95%: iin polttoainesuuttimien valmistuksessa LEAP -moottorille. Tämä leikkaa jauheen käyttöä 80%: lla vanhoihin menetelmiin verrattuna. Optimoimalla jakautumisominaisuudet lääkinnällinen laiteyritys voi vähentää jauheen määrän, joka tarvitaan yhden ortopedisen implantin valmistamiseksi 1,2 kg: sta 0,3 kg: iin.
3. Rakenne reikillä ja hila -suunnittelu
Metalli 3D -tulostus ylittää perinteisten kiinteiden rakenteiden ongelmat ja voi valmistaa kevyitä rakennuksia ontolla sisustuksella. Airbus A350XWB -lentokone käyttää 3D -painettua titaaniseoskiinnikettä, joka säästää painoa 30% samalla kun säilyttää lujuuden biomimeettisen piste -matriisisuunnittelun avulla, mikä säästää yli 2 miljoonaa dollaria polttoainekulut ilma -aluksella. 3D -painettujen huokoisten titaaniseos -asetabulaaristen kuppien huokoisuus voi lähestyä 80% lääketieteessä. Tämä tarkoittaa, että käytetään vähemmän materiaalia ja luusolut voivat kehittyä nopeammin.
3, tekninen kehitys, joka johti aineelliseen vallankumoukseen
Kello 1.
Uusin lasermetallin laskeutumistekniikka (LMD) voi tulostaa titaani- ja alumiiniseoksia gradienttikuviossa. Yksi ilmailualan yritys hyödyntää tätä tekniikkaa rakettipolttoainesäiliöiden valmistukseen. Tämä säästää 45% materiaalien hinnoista varmistaen samalla, että säiliöt voivat käsitellä korkeita lämpötiloja. Tämä kyky sulauttaa erityyppiset materiaalit antaa suunnittelijoille määrittää resurssit tarkasti sen perusteella, kuinka paljon stressiä kukin osa on, mikä pysäyttää "liiallisen suunnittelun" aiheuttaman materiaalijätteen perinteisissä tekniikoissa.
2. Suunnittelu keinotekoisen älykkyyden avulla
Siemens Industrial -ohjelmiston NX AM -moduuli voi luoda automaattisesti parhaan topologian rakenteen. Teknologia käytti generatiivista suunnittelua materiaalin käytön leikkaamiseen 60%: lla ja parantaa lämmön hajoamistehokkuutta 25% suunnitellessasi uuden energiaajoneuvoyhtiön moottorin koteloa. Tämä algoritmi - -pohjainen suunnittelumenetelmä muuttaa tapaa, jolla valmistajat ajattelevat kuinka saada parempi suorituskyky vähemmän materiaalilla.
3. romumetallien uudelleenkäyttö- ja kierrätys
Ruotsalainen liiketoiminta H Ö Gan Ä: n tekoa, joka voi muuttaa romumetallisirut suoraan pallomaisiksi jauheiksi, joiden hiukkaskoko on 15 - 45 μm. Tietyt autokomponenttiyritys kierrättää nyt 2000 tonnia jätesiruja vuosittain tämän tekniikan ansiosta. Tämä on sama kuin hiilidioksidipäästöjen leikkaaminen 12000 tonnilla. Tämä "kaupunkikaivos" -paradigma tekee 3D -tulostamisesta metallilla keskeisen osan ympyrätaloudesta.
4, empiirinen tutkimus teollisuuden sovellusten eduista
Kello 1.
3D -tulostustekniikkaa käyttämällä Rolls Royce on yhdistänyt yli 2000 kappaletta 20: ksi Trent XWB -moottorille. Tämä on lisännyt materiaalien käyttöä 15%: sta 85%: iin. Leikkaamalla yhden moottorin painoa 300 kg: lla lentoyhtiöt voivat säästää yli 500 000 dollaria vuodessa polttoainetta.
2. Lääketieteellisten implanttien tekeminen
Johnson & Johnson DePuy Synthes painotti kobolttikromiseoksen lonkkayhteyden, joka on tehnyt sopivuuden proteesin ja potilaan luusängyn välillä 90% paremmin henkilökohtaisen suunnittelun avulla ja vähentämään 40%: n käyttämiä materiaaleja. Tällainen tarkkuuslääke ei vain tee hoitoja tehokkaampia, vaan se käyttää myös vähemmän resursseja.
3. Uusia tapoja tehdä muotteja
Tietty kodilaitteiden valmistava yritys käyttää 3D -tulostusmuotteja konformaalisilla jäähdytysvesikanavilla. Tämä leikkaa ruiskutussyklin 40% ja yhden muotin kustannukset 80 000 yuanista 30 000 yuaniin. Tämä uusi tekniikka mullistaa tapaa, jolla perinteinen muottiteollisuus tekee asioita, jotka olivat aiemmin "suuria määriä ja pitkiä syklejä".