Voiko metallin 3D-tulostus vähentää romun määrää muotituotannossa?

一, Jäteongelma perinteisessä muotinvalmistuksessa: kaksoisongelma materiaalien hukkaan ja tehokkuuden menettämiseen
Perinteisessä muotinvalmistuksessa käytetään "vähennyskäsittelyä". Tämä tarkoittaa, että materiaalit poistetaan hitaasti useiden vaiheiden, kuten sorvauksen, jyrsinnän, höyläyksen ja hiontaan, kautta, kunnes haluttu muoto on saavutettu. Tässä prosessipolussa on kolme keskeistä rakenteellista ongelmaa:
Matala materiaalin käyttöaste: Esimerkiksi valmistettaessa painevalumuotteja autojen moottoreiden sylinterinkansiin, tyypilliset menetelmät edellyttävät koko teräsharkon prosessointia muottiin, joka voi viedä jopa 70 % materiaalista. Yhden yrityksen lukujen perusteella heidän muottipajansa käyttää 1200 tonnia terästä vuodessa. Siitä 840 tonnia muutetaan roskiksi ja vain 360 tonnia hyödynnettäväksi.
Raaka-aineiden valmistelusta lopputuotteen toimittamiseen kuluu 12–15 vaihetta. Yhden muottisarjan valmistaminen voi kestää 2-3 kuukautta. Tietyn uuden energiaajoneuvoyrityksen akkupakkausmuottien kehitysprojekti on lykätty kahdeksalla kuukaudella, koska se jouduttiin uusimaan useaan otteeseen. Tämä on maksanut yritykselle yli 20 miljoonaa yuania.
Vaikeat rakenteelliset rajat: Perinteisillä menetelmillä on vaikeaa valmistaa muotteja, joilla on monimutkaiset ominaisuudet, kuten konformiset jäähdytyskanavat ja kevyet ristikkorakenteet. Jotta lohkomuotteja voidaan tehdä, tietyn rengasyrityksen on jaettava koko rengas yli 20 osaan ja työstettävä jokainen erikseen ennen niiden yhdistämistä. Tämä ei ainoastaan ​​lisää jätemäärää, vaan myös tekee muotista vähemmän tarkkoja.
2, Metallin 3D-tulostuksen läpimurto: paradigman muutos "vähennyksestä" "lisäaineeseen"
Metalli 3D-tulostus rakentaa kolmiulotteisia esineitä pinoamalla metallijauheita tai lankoja päällekkäin, mikä on täysin vastoin tavallista toimintaa. Se osoittaa myös kolme tärkeintä jätehuollon etua:
1. Suuri hyppy materiaalin käyttöasteessa: 30 %:sta 90 %:iin
Kun tehdään monimutkaisia ​​rakenteita, kuten muottipesäkkeitä ja jäähdytyskanavia käsin, tarvitaan paljon työstövaraa, mikä johtaa paljon hukkaan menevään materiaaliin. 3D-tulostustekniikka ohjaa suoraan valmistusta CAD-malleja käyttäen, ja siinä käytetään vain yhtä paljon materiaalia kuin itse kappaleet. Eräs yritys valmisti SLM-teknologiaa käyttämällä alumiiniseoksesta sähkökäyttöisen kuorimuotin, joka käyttää 92 % materiaalista tavanomaisten menetelmien 35 % sijaan. Tämä säästää 180 kiloa alumiiniseosmateriaalia jokaisessa muottisarjassa.
Vielä tärkeämpää on, että 3D-tulostus mahdollistaa "topologian optimoinnin", joka voi käyttää vähemmän materiaalia mutta silti vahva. Eräs ilmailuyritys käytti topologian optimointia tehdäkseen titaaniseoksesta siipien tukimuotin, joka on 30 % kevyempi ja käyttää 45 % vähemmän materiaalia, mutta toimii samalla tavalla.
2. Kyky tehdä monimutkaisia ​​rakenteita: päästä eroon perusjätteen lähteestä
Yleinen käyttökohde 3D-tulostuksessa jätteen vähentämiseksi on konforminen jäähdytyskanava, jota on vaikea työstää perinteisillä menetelmillä. Rakentamalla muotin sisään spiraalimaisia ​​ja biomimeettisiä dendriittisiä jäähdytyskanavia, jotka sopivat täydellisesti tuotteen muotoon, jäähdytystehoa voidaan parantaa yli kolme kertaa. Eräs yritys valmisti paine-valumuotin uusien energiaajoneuvojen akkukoteloon. Se käyttää 3D-tulostettua konformaalista vesipiiriä, joka lyhentää jäähdytysjakson 45 sekunnista 18 sekuntiin, nostaa tuotteen hyväksymisasteen 92 prosentista 99,5 prosenttiin ja säästää 12 tonnia teräsjätettä vähentämällä koemuottien määrää.
Kyky tehdä 3D-tulostettuja hilarakenteita on tärkeä myös kevyen suunnittelun alalla. Tietty yritys teki ruiskumuotin sähkötyökaluille. Tekemällä ontto kuusikulmainen ristikkorakenne alueelle, joka ei kanna painoa, muotin painoa leikattiin 25 %, käytetyn materiaalin määrää 30 % ja jäähtymisaikaa 15 %, koska se kesti vähemmän lämpöä.
3. Nopea iterointivarmennus: vähennä koetuotannon aikana syntyvien roskien määrää
Perinteisen muotin valmistamiseksi joudut käymään läpi useita koetuotannon modifiointikierroksia ja jokainen koetuotanto tuottaa paljon jätettä. Ajoneuvoliiketoiminta työskenteli uutta kojelautamuottia uudelle automallille, mutta kolme ensimmäistä koemuotiskierrosta jouduttiin heittämään pois suunnitteluvirheiden vuoksi. Tästä syntyi 45 tonnia jätettä. "Design print test" -sykli voi tapahtua nopeasti 3D-tulostustekniikalla. Sen jälkeen kun yksi yritys aloitti tämän tekniikan käytön, muotin luomisjakso vei 6 kuukaudesta 6 viikkoon, muottikokeiden määrä laski 5:stä kahteen ja jätemäärä laski 70 %.
3, Teknologinen kehitys ja toimialojen välinen yhteistyö: 3D-tulostusjätehuollon kehityksen nopeuttaminen
3D-tulostus tarjoaa paljon lupauksia jätehuollossa, mutta sen on silti ylitettävä kolme suurta ongelmaa, ennen kuin sitä voidaan käyttää laajassa mittakaavassa:
Materiaaliinnovaatiot: On tärkeää tehdä erikoistuneita jauhemateriaaleja, jotka ovat halpoja ja toimivat hyvin. Eräs yritys valmisti nanovolframikarbidilla vahvistettua H13-teräsjauhetta, joka teki muotista kovemman (HRC 60) säilyttäen samalla sen sitkeyden. Tämä laski materiaalihintoja 40 % tuontituotteisiin verrattuna.
Prosessien standardointi: On erittäin tärkeää perustaa yksi tulostusparametrikirjasto ja laadunvalvontajärjestelmä. Eräs yritys tuotti automaattisen tuen luomisohjelman e-stage for Metal+:lle, joka voi vähentää tukimateriaalien käyttöä 35 % ja nostaa jauheen talteenottoasteen 98 %:iin.
Yhteistyötä teollisessa ketjussa: Laitevalmistajien, materiaalitoimittajien ja muottien valmistajien on työskenneltävä yhdessä täydellisen ratkaisun luomiseksi, joka sisältää "laitteistot, materiaalit ja palvelut". Yritys on julkaissut UM600MT-laitteiston, jonka muodostuskoko on 400 mm × 600 mm × 500 mm. Tämä koko on tarpeeksi suuri painamaan suuria automuotteja. Sitä tukevassa prosessitietokannassa on yli 200 materiaalin ominaisuutta, joita käytetään usein.