Kuinka metalli 3D -tulostus muuttaa perinteistä teollisuuden valmistusjärjestelmää?

1.
Perinteinen tapa tehdä asioita perustuu ajatukseen "materiaalien poistamisesta". Esimerkiksi CNC -koneistus muodostaa vähitellen koko metallilihan jauhamalla ja poraamalla sitä. Materiaalin käyttöaste on yleensä alle 60%. Metalli 3D -tulostus käyttää lisäaineiden valmistustekniikkaa nimeltään "Kerros kerrospinoamalla". Tämä menetelmä sulaa metallijauheen laserilla tai elektronisäteellä ja muuttaa 3D -mallin suoraan kiinteiksi esineiksi. Käytettyjen materiaalien prosenttiosuus voi nousta yli 90%.
Lentokoneiden moottorien rakennus on loistava esimerkki tästä ajattelun muutoksesta. GE -ilmailun LEAP -moottorin polttoainesuutio koostuu 20 elementtiä, jotka on painettu yhteen yhdeksi kokonaisuudeksi. Tämä vähentää painoa 25% ja lisää polttoainetaloutta 15%. Kuusi kuukautta kuluvan muotin kehityssykli on leikattu kolmeen viikkoon, mikä tarkoittaa, että tuotteen iteraation vauhti on noussut kahdeksan kertaa. Tämä "suunnittelu tuotannona" -ominaisuus uhmaa kokonaan vanhan säännön, jonka "valmistus määrittelee suunnittelun". Se mahdollistaa myös kevyiden kuvioiden, kuten topologian optimoinnin ja hilan rakenteen, luomisen.
2. Toimitusketjun uudelleenjärjestely: Joustava muutos "mittakaavan tuotannosta" "kysyntävetoan".
Metalli 3D -tulostus muuttaa teollisuuden toimitusketjujen rakentamista. Perinteisessä valmistuksessa käytetty "ennustetuotannon inventaario" -malli on lineaarinen . 3 d -tulostus, toisaalta "on" - kysynnän valmistus "-ominaisuudet, koska se voi tuottaa asioita useissa paikoissa samanaikaisesti. BMW -ryhmä on rakentanut maailman ensimmäisen 3D -painetun digitaalisen varaston auton osiin. Tämän avulla 20 tuotantopohjaa ympäri maailmaa tehdä osia reaaliajassa jakamalla suunnittelutiedostoja pilven kautta, joka vähentää varastokustannuksia 95 prosentilla.
Lääketieteellisellä alueella tällainen muutos on häiritsevämpi. Luukasvainpotilaille henkilökohtaiset titaaniseosimplantit tarvitsevat tavanomaisen 3 kuukauden räätälöintisyklin. Sitä vastoin 3D -tulostustekniikka käyttää CT -skannaustietoja 3D -mallin valmistamiseen ja koko prosessin viimeistelyyn suunnittelusta kirurgiseen implantointiin 72 tunnissa. Peking Jishuitanin sairaala kertoo, että 3D -painettu implantit sitoutuvat luuhun 40% nopeammin kuin tavalliset implantit, ja leikkauksen jälkeen toipua kuluu 60%.
3. Suuri askel eteenpäin materiaalitieteessä: Suorituskyky siirtyy "yleisistä materiaaleista" "funktionaalisiin gradienteihin".
Metalli 3D -tulostus ei vain muuta, miten asiat tehdään, vaan myös materiaalien tutkimuksen tapaan. Muotin suunnittelu rajoittaa perinteisiä valuekniikoita, mikä vaikeuttaa materiaaliominaisuuksien gradientin jakautumista. Hallitsemalla jauheen koostumusta ja energian syöttöä huolellisesti 3D -tulostus voi tehdä toiminnallisesti luokiteltuja materiaaleja (FGM). Esimerkiksi lentokoneiden moottorien turbiinin terissä koboltin ja alumiinin osuuden muuttaminen nikkelillä - -pohjainen seosjauhe tekee terän juuresta pystyvän käsittelemään jopa 1200 astetta lämpötiloja, kun terän kärki pysyy riittävän vahvana. Perinteiset tekniikat eivät voi tehdä tätä materiaalia toimimaan samalla tavalla kuin se.
Tämä kyky innovoida materiaaleja on vielä uraauurtavampi biolääketieteen alueella. Shanghai Jiao Tong University -tiimi loi 3D -painetun huokoisen titaaniseoksen luutelineen, joka vastaa täydellisesti ihmisen aivokuoren luun joustavaa moduulia muuttamalla huokoisuutta (60%–80%) ja huokoskokoa (200–500 μm). Kliininen näyttö osoittaa, että tämän stentin luun johtavuustehokkuus on kolminkertainen enemmän kuin tavanomaisten implanttien ja leikkauksen jälkeisten ongelmien esiintyminen on vähentynyt alle 5 prosenttiin.
4. Teollisuuden ekologian kehitys: arvon uudelleenrakentaminen "laitekilpailusta" "dataekologiaan"
Metalli 3D -tulostuksen teollistuminen luo uuden kaupallisen ekosysteemin. Laitteiden valmistajat eivät enää myy laitteita; Niistä on tulossa myös täydellisiä - ketjuratkaisujen toimittajia "Laitteet+materiaalit+palvelut". Platinum Technologyn "Metal 3D Printing Cloud Platform" sisältää moduulit laitteiden seurantaan, prosessitietokannan pitämiseen ja tilausten hallintaan. Asiakkaat voivat käyttää sovellusta nähdäkseen, kuinka heidän tulostuksensa menee reaaliajassa, ja alusta parantaa prosessiparametrien optimoinnin tehokkuutta 70%.
Nämä tiedot - ohjattu muutos ympäristössä ovat selkeimmät muotissa - valmistusteollisuus. Shenzhenin käynnistys on luonut älykkään muottijärjestelmän, joka käyttää digitaalista kaksoistekniikkaa ja 3D -tulostettuja muotteja, joissa on lämpötila- ja paineanturit injektiomuovausjakson leikkaamiseksi 120 sekunnista 85 sekuntiin. Pätevien tuotteiden määrä on noussut 92%: sta 98,5%: iin. Tämä "älykäs" tulostusmalli muuttaa sääntöjä siitä, kuinka paljon teollisuuslaitteita on arvoinen.
5. Haaste ja tulevaisuus: Siirtyminen "teknologisesta läpimurrosta" "teollisuusyhteistyöhön"
Metalli 3D -tulostuksella on paljon potentiaalia, mutta on edelleen kolme suurta ongelmaa, jotka on ratkaistava, ennen kuin sitä voidaan käyttää laajamittaisessa: Ensinnäkin tulostin toimii. Laser-selektiivisen sulamistekniikan (SLM) nykyinen rakennusnopeus on noin 0,1-1kg/h, mikä ei ole riittävän nopea yrityksille, kuten autoille, joiden on tehtävä paljon asioita nopeasti. Toinen ongelma on materiaalien kustannukset. Titaniumseosjauheen hinta on 8000 yuania kiloa kohden, mikä on kymmenen kertaa tavanomaisten aihioiden hinta. Kolmanneksi, standardit eivät ole tarpeeksi. Vain 15 prosentilla 3D -painetuista tuotteista ympäri maailmaa on täydet testikriteerit.
Nämä ongelmat työntävät tekniikkaa uuden kehityksen saavuttamiseksi. Elektronisäteen sulamisprosessi (EBSM) nopeuttaa rakentamista 5 kg/h lisäämällä energiatiheyttä. Xi'an Jiaotong University kehitti "kylmän suihke 3D -tulostus" -tekniikan, joka käyttää kiinteää - tilahiukkasten kerrostumista alumiiniseososien prototyyppeihin nopeasti. Tämä vähentää kustannuksia 40% verrattuna perinteisiin menetelmiin. ISO/ASTM: n yhteinen työryhmä on julkaissut 23 maailmanlaajuista 3D -tulostusstandardia, jotka kattavat koko prosessin, materiaaleista prosesseihin testaukseen.