Onko metallin 3D-tulostuksen jälkikäsittely-yhteensopiva volyymituotannon kanssa?

Tämä tarina on tuttu kaikille, jotka ovat yrittäneet skaalata metallista 3D-tulostusta prototyyppien valmistamisen lisäksi. Itse tulostamisesta - joko laserjauhepetisulatuksen, suunnatun energiapinnoituksen tai sideainesuihkutuksen avulla - on tullut nopeampi, luotettavampi ja kustannustehokkaampi-kilpailukykyinen jokaisen laitteistosukupolven kanssa. Pullonkaula on siirtynyt alavirtaan. Jälki-käsittely: tukien poisto, lämpökäsittely, pinnan viimeistely, tarkastus ja laatudokumentaatio - on nyt ensisijainen rajoitus, joka rajoittaa lisämetallien 3D-tulostusta saavuttamasta potentiaaliaan volyymituotantomenetelmänä.

Tässä artikkelissa ei ole kysymys siitä, tarvitaanko jälkikäsittelyä- - lähes jokaisessa 3D-metallimateriaalin tuotannossa. Kysymys kuuluu, voidaanko jälkikäsittelyä järjestää, automatisoida ja hallita volyymituotannon edellyttämällä suoritusteho- ja johdonmukaisuustasolla. Tuoreen teollisuustutkimuksen ja Sunhingstonesin omasta tuotantokokemuksesta saadut todisteet viittaavat siihen, että vastaus on kyllä ​​-, mutta vain silloin, kun-jälkikäsittelyä käsitellään integroituna tekniikan alana eikä painon jälkikäteenä.

Jälki-käsittelyn aukko: Miksi metallitulostuksen skaalaus on vaikeampaa kuin miltä se näyttää

Maailmanlaajuinen lisäainemetallien 3D-tulostusmarkkinoiden arvo oli noin 3,8 miljardia dollaria vuonna 2023, ja sen ennustetaan ylittävän 11 ​​miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä ja kasvavan noin 16 prosentin vuosivauhtia (MarketsandMarkets, 2024). Tällä kasvuradalla siirtyminen vähäisestä-volyymistä suuriin{9}}määriin on laajalti määritelty seuraavaksi suureksi käännepisteeksi. Ala on kuitenkin jatkuvasti aliarvioinut laajan{11}}jälkikäsittelyn monimutkaisuutta.

Deloitten vuonna 2023 tekemässä tutkimuksessa, johon osallistui 150 metallia 3D-tulostuspalveluiden tarjoajia aktiivisesti käyttävää valmistajaa, havaittiin, että jälkikäsittelyn osuus tuotantoohjelmien kokonaiskustannuksista - oli keskimäärin 40–60 % - ja että 62 % vastaajista piti jälkikäsittelyn läpimenoaikaa ensisijaisena esteenä lisätöiden lisääntymiselle. Vain 18 % ilmoitti, että heillä oli dokumentoitu jälkikäsittelytyönkulku, joka on suunniteltu erityisesti volyymituotantoon, sen sijaan, että prototyyppi{12}}aikakauden prosesseja olisi mukautettu suurempiin määriin.

Perimmäinen syy on rakenteellinen. Metallitulostuksen jälkikäsittely-kehitettiin prototyyppien yhteydessä, jossa eräkoot olivat pieniä, osien geometriat vaihtelivat ja nopeus oli toissijainen kykyjen kannalta. Volyymituotanto muuttaa kaikki nämä ehdot päinvastaiseksi: eräkoot ovat suuria ja toistuvia, geometriat ovat kiinteät ja suorituskyky on kaupallinen rajoite. Jälkikäsittelyn työnkulku, joka toimii hyvin 10 osalla kuukaudessa, ei vain skaalaudu 500 osaan kuukaudessa, kun se suoritetaan nopeammin. Se vaatii uudelleen-suunnittelua.

Viisi jälkikäsittelyvaihetta-, jotka määrittävät volyymituotannon kannattavuuden

1. Tukirakenteen poistaminen

Tuen poistaminen on työvoimavaltaisin-jälki-käsittelyvaihe useimmissa lisäainemetallien 3D-tulostuksen työnkuluissa ja se kestää eniten automaatiota. Tuet ovat geometriakohtaisia-: niiden sijainti, tiheys ja irrotusvaikeus vaihtelevat jokaisen osan suunnittelun mukaan. Prototyyppiympäristössä ammattitaitoiset käyttäjät poistavat tuet manuaalisesti hyväksyen aikakustannukset välttämättömäksi osaksi vähäistä{6}}volyymiä. Volyymituotantoympäristössä tuo aikakustannukset yhdistyvät suoraan yksikkökustannuksiin ja toimitusaikaan.

Kaksi strategiaa on syntynyt tuen poistamisen hallitsemiseksi mittakaavassa. Ensimmäinen on suunnittelu-additiiviseen-valmistukseen (DfAM): osien uudelleensuunnittelu tukimäärän minimoimiseksi optimoidun koontisuunnan, itse-tukevien geometrioiden ja topologian optimoinnin avulla. Journal of Manufacturing Processes -lehdessä vuonna 2022 julkaistussa tutkimuksessa todettiin, että DfAM{7}}optimoidut osat vaativat 35–55 % vähemmän tukitilavuutta kuin perinteiset vastaavat, mikä lyhensi manuaalista poistoa vastaavalla marginaalilla.

Toinen strategia on automatisointi. Robottipurseenpoistojärjestelmät, sähkökemiallinen työstö ja hiomavirtauskoneistus (AFM) voivat kaikki käsitellä tukijäänteitä ja pinnan karheutta samanaikaisesti toistettavissa, ohjelmoitavassa prosessissa. Sunhingstonesissa yli 100 yksikköä kuukaudessa olevien osien robottijäysteenpoiston toteutettavuus arvioidaan vakiovaiheena tuotantovalmiuden arvioinnissa.

2. Lämpökäsittely

Jokainen jauhepetisulatusprosesseilla tuotettu 3D-metallimateriaali sisältää jäännösjännitystä rakennusprosessin nopeasta lämpökierrosta. Rakenteellisissa sovelluksissa tämä jännitys on poistettava ennen osan käyttöönottoa - sekä mittojen vakauttamiseksi että ennenaikaisen väsymisvaurion estämiseksi. Lämpökäsittely ei siksi ole valinnainen useimmissa metallin 3D-tulostuspalveluohjelmissa; se on pakollinen käsittelyvaihe, jonka läpimeno ja kustannukset on otettava huomioon kaikissa tuotantosuunnitelmissa.

Hyvä uutinen on, että lämpökäsittely skaalautuu hyvin. Eräuuneissa voidaan käsitellä satoja osia samanaikaisesti, ja jaksoaika per osa pienenee jyrkästi eräkoon kasvaessa. Stressinpoistojakso, joka maksaa 50 puntaa osaa kohden 10:n erän koolla, voi maksaa alle 5 puntaa osalta 200:n erän koolla, koska uunin aika ja energiakustannukset jaetaan erissä.

Rajoite on uunin kelpoisuus ja jäljitettävyys. Määrätuotanto-ohjelmat säännellyillä teollisuudenaloilla - ilmailu-, lääketieteellinen ja autoteollisuuden turvallisuuskomponentit - edellyttävät dokumentoituja erätietueita jokaisesta lämpökäsittelyjaksosta, mukaan lukien jatkuva lämpötilan seuranta, ilmakehän koostumustiedot ja osien tunnistuksen jäljitettävyys. Aerospace Industries Associationin (AIA) vuonna 2021 julkaisemassa raportissa todettiin, että lämpöprosessin dokumenttien poikkeamat-muodostivat 28 % kaikista lisäainevalmistusohjelmien toimittajan auditointihavainnoista. Sunhingstones käsittelee tätä ISO 9001 -sertifioidulla lämpökäsittelyllä ja täydet sähköiset erätietueet säilytetään vähintään kymmenen vuoden ajan.

3. Kuumaisstaattinen puristus (HIP)

HIP määritellään yhä enemmän rakenteellisiin lisäainemetalliin 3D-tulostuskomponentteihin erityisesti ilmailu- ja lääketieteellisissä sovelluksissa, koska se sulkee sisäisen huokoisuuden, jota parannetut tulostusparametrit tai lämpökäsittely eivät yksinään pysty täysin poistamaan. Volyymituotannon haasteena on, että HIP on pääomaintensiivinen prosessi, joka suoritetaan erikoistuneissa tiloissa, ja HIP-kapasiteetin käytön ajoittaminen voi aiheuttaa huomattavaa vaihtelua läpimenoaikaan.

Materials Science and Engineering A (2022) -julkaisussa julkaistu tutkimus osoitti, että LPBF:n ruostumattomasta teräksestä valmistetut 316L-osat, joille tehtiin HIP, osoittivat 40 % parempaa väsymisikää 10⁷ jaksolla verrattuna stressiin,-kevennettiin-ainoastaan ​​osia -, mikä on johdonmukainen useissa eri tutkimuksissa.Materiaali 3D metalliametalliseosjärjestelmät. Sovelluksissa, joissa tätä suorituskyvyn parantamista tarvitaan, HIP:tä ei voida poistaa. Tuotantotekniikan kysymys on, kuinka se integroidaan tehokkaasti.

Sunhingstones hallitsee HIP-suorituskykyä kokoamalla osia useista ohjelmista jaetuiksi HIP-ajoiksi, minimoimalla ohjelman -aikataulun yleiskustannukset ja käyttämällä kiinteitä syklin kustannuksia suuremmalla osalla väestöstä. Asiakkaille, joilla on toistuvia kuukausittaisia ​​volyymeja, Sunhingstones perustaa oman HIP-aikataulun osana tuotantosopimusta varmistaakseen, että HIP:stä ei tule tilapäistä pullonkaulaa.

4. Pinnan viimeistely

Pintakäsittelyvaatimukset vaihtelevat merkittävästi lisämetallien 3D-tulostuksen sovelluksissa. Teolliset kannattimet ja rakennekotelot voivat olla hyväksyttäviä, jos pinta on -puhallettu rakenteeksi (Ra 3–8 μm). Nesteen{7}}käsittelykomponentit ja lääketieteelliset implantit vaativat sähkökiillotettuja tai tarkasti{8}}koneistettuja pintoja (Ra < 1,6 μm). Laakeripinnat vaativat hiotun tai hionneen pinnan (Ra < 0,4 μm).

Volyymituotannon haasteena on, että pinnan viimeistely on kaikkein herkin vaihe osien geometrialle ja riippuu eniten ammattitaitoisesta työvoimasta monimutkaisille pinnoille. Käytettävissä on kolme lähestymistapaa:

Massaviimeistely (rumpu, tärinäviimeistely):erittäin skaalautuva, alhainen osakohtainen hinta, tehokas tasaiseen pinnan parantamiseen osissa, joissa ei ole monimutkaisia ​​sisäisiä kanavia. Satojen osien suorituskyky sykliä kohden on saavutettavissa. Ei sovellu osiin, joissa on tiukat mittatoleranssit toiminnallisilla pinnoilla, koska materiaalin poisto ei ole valikoivaa.

Automaattinen CNC-työstö:johdonmukaisia, ohjelmoitavia, täysin jäljitettäviä ja pystyvät saavuttamaan minkä tahansa vaaditun pinnan saavutettavilla ominaisuuksilla. Suuremmat pääomakustannukset kuin massaviimeistely, mutta eliminoi käyttäjän vaihtelun kokonaan. Soveltuu parhaiten toistuviin ohjelmiin, joissa on kiinteä geometria ja määritellyt pinnankäsittelyvaatimukset tietyille ominaisuuksille.

Sähkökiillotus ja kemiallinen viimeistely:skaalautuva eräkäsittelyyn, erityisen tehokas ruostumattomasta teräksestä ja titaanista valmistetut komponentit. Saavuttaa tasaisen pinnan kemiallisen parannuksen karheuden vähentämisen ohella. Soveltuu hyvin-lääketieteellisiin ja{3}}elintarvikkeisiin, joissa sekä Ra- että passiivikalvon laatu on määritelty.

5. Tarkastus- ja laatuasiakirjat

Tarkastus on usein{0}}jälkikäsittelyvaihe, joka aliarvioitiin volyymituotannon suunnittelussa. Prototyyppiympäristössä yksi CMM-operaattori, joka mittaa yhden osan kerrallaan, on hyväksyttävä. Volyymituotantoympäristössä jokaisen osan 100-prosenttinen CMM-tarkastus on kaupallisesti käyttökelvoton useimmissa eräkokoissa. Volyymitarkastukset edellyttävät tilastollista lähestymistapaa: prosessin kykytutkimukset, joilla varmistetaan, että tuotantoprosessi on jatkuvasti toleranssien sisällä, yhdistettynä näytteenottoon{5}}pohjaiseen tarkastukseen 100 %:n mittauksen sijaan, ja 100 %:n tarkastus on varattu turvallisuus-kriittisille ominaisuuksille.

Vuonna 2023 International Journal of Advanced Manufacturing Technology -lehdessä julkaistussa artikkelissa todettiin, että tilastollisen prosessiohjauksen (SPC) toteuttaminen viidellä kriittisellä ulottuvuudellalisämetalli 3D-tulostustuotantoohjelma alensi tarkastuskustannuksia 47 % verrattuna 100 % CMM-tarkastukseen ilman, että kenttäpoikkeamat{2}} lisääntyivät. Käyttöönottoehto oli osoitettu Cpk, joka oli suurempi tai yhtä suuri kuin 1,33 kaikissa valvotuissa SPC-mitoissa - todiste siitä, että prosessi oli riittävän vakaa näytteenottoon luottamiseen.

Metallien 3D-tulostuspalveluohjelmissa Sunhingstones ottaa SPC:n käyttöön vakiona toistuvissa tuotantoohjelmissa yli 50 yksikköä kuukaudessa. Ohjauskarttoja ylläpidetään kriittisten mittojen osalta ja automaattinen eskaloituminen 100 % tarkastukseen, jos jokin mitta lähestyy kontrollirajaa.

Automaatio ja digitaalinen integraatio: mahdollistavat tekniikat volyymijulkaisujen-käsittelyä varten

Robottiautomaatio jälkikäsittelyssä-

Metallin 3D-tulostuksen{1}}jälkikäsittelyn automatisointi on aktiivinen teollisuusinvestointialue. Vuoden 2023 Wohlers-raportin mukaan 34 % kyselyyn osallistuneista metallien lisäaineiden valmistuspalveluntarjoajista oli ottanut käyttöön jonkinlaisen automatisoidun jälkikäsittelyn kahden edellisen vuoden aikana, kun luku vuonna 2020 oli 12 %. Ensisijaisia ​​sovelluksia ovat automaattinen jauheen poisto, robottiosien käsittely prosessivaiheiden välillä ja automaattinen purseenpoisto.

Robottijäysteenpoisto- ja pinnankäsittelyjärjestelmät -, joissa käytetään voimaa-ohjattuja päätetehosteita vaihdettavilla hiomatyökaluilla -, ovat nyt kaupallisesti saatavilla, ja ne ovat osoittaneet 60–70 %:n lyhennysjakson jaksoissa verrattuna manuaaliseen viimeistelyyn osissa, joiden geometria on toistuva. Investointitapa riippuu volyymista: robottijärjestelmät vaativat merkittävää ennakkoohjelmointia ja kiinnityskehitystä, joka poistuu tuotantovolyymistä. Ohjelmissa, joissa on alle noin 200 osaa vuodessa, manuaalinen käsittely on yleensä edullisempaa.

Digitaalinen säie ja jäljitettävyys

Lisämetallisten 3D-tulostusosien volyymituotanto säännellyillä aloilla vaatii täydellisen digitaalisen tietueen, joka yhdistää jokaisen osan identiteetin sen rakennusparametreihin,-jälkikäsittelytietueisiin ja tarkastustuloksiin. Tämä "digitaalinen säie" ei ole valinnainen ilmailu-, lääketieteellinen tai autoteollisuuden turvallisuussovelluksissa: se on sopimus- ja säädösvaatimus.

Digitaalisen säikeen toteuttaminen metallin 3D-tulostuspalveluympäristössä edellyttää integrointia rakentamisen hallintajärjestelmän, ERP- tai MES-alustan, laadunhallintajärjestelmän ja tarkastustiedonkeruujärjestelmän välillä. Tämä integrointi ei ole -triviaali, ja se on usein rajoittava tekijä skaalattaessa pienestä-erästä volyymituotantoon. Sunhingstones on investoinut LPBF:n rakentamisen hallintaohjelmiston yhdistämiseen suoraan ISO 9001--sertifioituun laadunhallintajärjestelmäänsä, mikä mahdollistaa osien matka-asiakirjojen automaattisen luomisen, joka seuraa jokaista osaa jokaisessa jälkikäsittelyvaiheessa aikaleiman ja käyttäjätietueiden avulla.

Tekoäly ja prosessien seuranta

Koneoppimisen uusia sovelluksia additiivisen metallin 3D-tulostuksen-jälkikäsittelyssä ovat-pinnan viimeistelyn valvonta prosessissa automatisoidun koneistuksen aikana (vähentäen jälki-prosessin mittauksen tarvetta), lämpökäsittelyjaksojen ennakoiva ajoitus, joka perustuu rakennuksen valmistumisennusteisiin, ja poikkeamien havaitseminen uunin mahdollisista lämpötilan poikkeavuuksista ennen vapautumista.{4}

Vaikka nämä tekniikat eivät vielä ole vakiona useimmissa metallien 3D-tulostuspalveluissa, niiden käyttöönotto on kiihtymässä. Horizon Europen rahoituksen tukema European Additive Manufacturing Technology Platform (AM{2}}MOTION) on julkaissut etenemissuunnitelmat, joiden mukaan tekoälyn-avusteinen jälkikäsittelyn seuranta otetaan kaupallisesti käyttöön 40–60 %:ssa -volyymilisäaineiden tuotantolaitoksista vuoteen 2028 mennessä.

Tapaustutkimus: Scaling Post-Processing for a Volume Additive Metal 3D Printing Program Sunhingstonesissa

Vuoden 2023 alussa Sunhingstones sai tuotantosopimuksen 316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistettujen hydraulisten jakotukien runkojen toimittamisesta teollisuusautomaatio-asiakkaalle. Kuukausittainen tilavuustarve on 350 yksikköä ja neljän viikon toimitusjakso tilauksesta toimitukseen.

Haaste

Osia oli aiemmin valmistettu prototyyppimäärinä 10–15 yksikköä kuukaudessa, ja jälkikäsittely käsin suoritettu-: tuet irrotettiin käsin, jännityksenpoisto pienessä eräuunissa, joka jaettiin muiden ohjelmien kanssa, pinnan viimeistely manuaalisella helmipuhalluksella ja 100 % CMM-tarkastus. Kokonais-jälkikäsittelyaika per osa oli noin 4,5 tuntia. 350 yksikköä kuukaudessa, mikä vastasi yli 1 500 tuntia{11}}jälkikäsittelytyötä -, jota ei selvästikään voida toteuttaa sovituilla yksikkökustannuksilla ja toimitusjaksolla.

Post{0}}Käsittelyn uudelleensuunnittelu

Sunhingstonesin tuotantoinsinööritiimi suoritti jälkikäsittelyn{0}}uudelleensuunnitteluohjelman kahdeksan viikkoa ennen tuotannon käynnistämistä ja käsitteli jokaista vaihetta:

Tuki uudelleensuunnittelu:DfAM-tarkistus vähensi tuen määrää 42 % koontirakenteen optimoinnin ja itse{1}}tukevien geometrian muutosten ansiosta kolmessa ominaisuudessa. Pelkästään tämä lyhensi manuaalista poistoaikaa 2,1 tunnista 0,9 tuntiin osaa kohden.

Lämpökäsittelyerot:Erillinen stressinpoistoaikataulu määritettiin 120 yksikölle uunisykliä kohden, ajettiin kahdesti viikossa. Uunin aika -osaa kohti putosi 1,1 tunnista 0,18 tuntiin tilavuuserän koolla.

Automaattinen pintakäsittely:Värähtelevä viimeistelyjärjestelmä hyväksyttiin jakotukin geometrialle, mikä saavutti tasaisen Ra 3,2 μm:n kaikilla ulkopinnoilla. Manuaalinen viimeistely säilytettiin vain kolmen sisäisen portin ominaisuudessa, jotka vaativat Ra 1,6 μm, mikä lyhensi manuaalista viimeistelyaikaa 0,8 tunnista 0,15 tuntiin osaa kohti.

SPC{0}}pohjainen tarkastus:60 ensimmäisen-tuotannon osan kykytutkimuksessa todettiin Cpk suurempi tai yhtä suuri kuin 1,45 kaikissa kahdeksassa kriittisessä ulottuvuudessa. Tarkastuksessa siirryttiin 10 %:n näytteenottosuunnitelmaan, jossa on SPC-seuranta, jolloin tarkastusaika lyheni 1,4 tunnista osaa kohden keskimäärin 0,14 tuntiin osaa kohden.

Yhdistettynä tuloksena keskimääräinen jälkikäsittely{0}}lyheni 4,5 tunnista 1,37 tuntiin osaa kohti - 70 %. Ohjelma on ollut käynnissä yli 12 kuukauden ajan ilman kenttien poikkeamia-ja ensimmäisen-passin tuotto on 98,6 %.

Alan tunnustus ja matkan suunta

Metallin 3D-tulostuksen{1}}jälkikäsittelyn kypsyminen volyymituotantoa varten on herättänyt yhä enemmän huomiota standardointielinten, kauppajärjestöjen ja tutkimusrahoittajien keskuudessa. ASTM Internationalin F42 Additive Manufacturing -komitea on julkaissut tai kehittää parhaillaan standardeja, jotka koskevat erityisesti jälkikäsittelyn sekvenssin hyväksyntää, mukaan lukien ASTM F3303 (Standard for Additive Manufacturing - Post{7}}Processing) ja niihin liittyvät ohjeasiakirjat, jotka tunnustavat määrätuotannon kontekstin nimenomaisesti.

European Association of Machine Tool Industries (CECIMO) julkaisi lisäainevalmistuspolitiikkaa koskevat suosituksensa vuonna 2023, ja niissä vaaditaan erityisesti investointeja{1}}jälkikäsittelyn automatisointiin, jotta eurooppalaiset lisäaineiden valmistuksen toimitusketjut voivat kilpailla volyymilla tehokkaasti perinteisen valmistuksen kanssa. Raportissa mainittiin jälkikäsittelyn suorituskyky{3}} tehokkaimpana keinona vähentää lisäaineiden valmistusyksikkökustannuksia mittakaavassa.

Yritystasolla Sunhingstones on yhdenmukaistanut metallien 3D-tulostuspalveluiden laatu- ja tuotantojärjestelmänsä näiden kehittyvien standardien mukaisesti investoimalla erälämpökäsittelykapasiteettiin, automatisoituun pintakäsittelyyn, digitaaliseen jäljitettävyysinfrastruktuuriin ja SPC{1}}pohjaiseen laadunhallintaan. Nämä investoinnit on suunniteltu tukemaan asiakkaita siirtymässä prototyyppiohjelmista volyymiohjelmiin ilman läpimeno- ja kustannussakkoja, jotka ovat historiallisesti tehneet siirtymisestä vaikean.

Usein kysytyt kysymykset (FAQ)

Seuraavat kysymykset kuvastavat insinöörien ja hankintapäälliköiden yleisimmin esittämiä huolenaiheita, jotka arvioivat lisämetallien 3D-tulostusta volyymituotantoon -, ja ne liittyvät suoraan tämän artikkelin alussa kuvattuun tuotantoskenaarioon.

Kysymys 1: Onko jälkikäsittely{1}} aina tarpeen 3D-tulostetuille metalliosille tuotannossa?

Käytännössä kaikkiin rakenteellisiin ja toiminnallisiin sovelluksiin kyllä. Koska-rakennetut metalliset 3D-tulostusosat sisältävät jäännösjännitystä, pinnan karheutta, joka tyypillisesti ylittää toiminnalliset vaatimukset, ja - sovelluksesta riippuen - huokoisuutta, joka on suljettava HIP:llä. Tarvittavat erityiset jälkikäsittelyvaiheet{6} riippuvat sovelluksesta, 3D-metalliseoksesta ja sovellettavista alan standardeista. Ei--rakenteelliset komponentit, joilla ei ole pintakäsittelyä tai mekaanisia ominaisuuksia koskevia vaatimuksia, voivat olla käyttökelpoisia valmiina, mutta ne edustavat pientä osaa volyymituotantoohjelmista.

Q2: Millä tuotantomäärällä jälkikäsittelystä tulee taloudellisesti kannattavaa metallin 3D-tulostuksessa?

Tasatulos{0}} riippuu tarvittavista-jälkikäsittelyvaiheista ja käytetystä automaatioasteesta. Yleisenä viitteenä Sunhingstonesin tuotantotiedot osoittavat, että yli noin 50 yksikköä kuukaudessa tuottavat ohjelmat alkavat hyötyä merkittävästi erälämpökäsittelystä ja massaviimeistelystä, ja lisäetuja SPC{4}}perustaisesta tarkastuksesta yli 100 yksikköä kuukaudessa. Tuen poiston ja pinnan viimeistelyn robottiautomaatio vaatii tyypillisesti 200 tai enemmän yksikköä kuukaudessa ohjelmointi- ja kiinnitysinvestoinnin perustelemiseksi.

Q3: Miten jälkikäsittely- vaikuttaa metallisen 3D-tulostuspalveluohjelman toimitusaikaan?

Jälkikäsittely- on tyypillisesti metallipainatusohjelman kokonaistoimitusajan pisin osa, ei itse paino. Huonosti suunnitellussa työnkulussa jälkikäsittely{2}}voi kestää kahdesta neljään kertaa niin kauan kuin rakentaminen. Hyvin-suunnitellussa volyymituotannon työnkulussa -, jossa on erälämpökäsittely, automaattinen viimeistely ja rinnakkaistarkastus -, jälkikäsittelyn-käsittelyaika voidaan lyhentää yhdestä kahteen päivään erää kohden. Tärkeintä on suunnitella-jälkikäsittelytyönkulku tuotantovolyymille ennen ohjelman julkaisua, ei prototyyppi{10}}aikakauden prosessin mukauttaminen jälkikäteen.

Kysymys 4: Mitkä 3D-metalliseokset ovat yhteensopivimpia automatisoidun-jälkikäsittelyn kanssa?

Ruostumaton teräs 316L ja 17-4PH, titaani Ti6Al4V ja alumiini AlSi10Mg ovat seoksia, joissa on kehittyneimmät automatisoidut jälkikäsittelytyöt-, mikä kuvastaa niiden yleisyyttä volyymimetallien 3D-tulostuspalveluohjelmissa. Kaikki ovat yhteensopivia erälämpökäsittelyn, täry- tai massaviimeistelyn sekä automatisoidun CNC-työstön kanssa. Reaktiiviset seokset, kuten puhdas titaani ja jotkin alumiiniseokset, vaativat inertin ilmakehän käsittelyä lämpökäsittelyn aikana, mikä lisää prosessin monimutkaisuutta, mutta ei estä olennaisesti tilavuuden jälkikäsittelyä.

Kysymys 5: Miten Sunhingstones hallitsee{1}}jälkikäsittelyn yhdenmukaisuutta suurissa erissä?

Yhdistelmä dokumentoituja prosessimenettelyjä, kalibroituja ja valvottuja laitteita, tilastollista prosessinhallintaa kriittisillä mitoilla ja täydellinen digitaalinen jäljitettävyys, joka yhdistää jokaisen osan sen rakennus-, lämpökäsittely- ja tarkastustietueisiin. Sunhingstones määrittää toistuville volyymiohjelmille omistetut prosessinopeudet lämpökäsittelyä ja viimeistelyä varten, mikä varmistaa tasaisen suorituskyvyn ilman ajoituksen vaihtelua, joka vaikuttaa jaettuun -resurssien-jälkikäsittelyyn.

Kysymys 6: Voiko jälkikäsittelyn{1}}laadun taata tasaisena, kun lisämetallien 3D-tulostusmäärät kasvavat?

Kyllä, mutta vain, jos{0}}jälkikäsittelyn työnkulku on suunniteltu kohdevolyymille alusta alkaen. Johdonmukaisuus volyymissa edellyttää vakaita, automatisoituja prosesseja, joissa on kvantifioitu kyky (Cpk-tiedot), ei manuaaliset prosessit, jotka toimivat nopeammin. Tämän artikkelin Sunhingstones-tapaustutkimus osoittaa, että 70 % lyhennetty-jälkikäsittelyaika per osa saavutettiin samalla, kun ensimmäinen-läpimittaus oli 98,6 % -, mikä ei olisi ollut mahdollista ilman työnkulun etukäteistä uudelleensuunnittelua.

Johtopäätös: Jälki{0}}käsittely on tuotantotekniikan ongelma, ei tuotannon rajoitus

Avausskenaarion tuotantopäällikkö menetti tilauksen ei siksi, että lisämetallien 3D-tulostus epäonnistui, vaan siksi, että jälkikäsittelyä ei ollut koskaan suunniteltu asiakkaan tarvitsemaan määrään. Se on suunnittelun epäonnistuminen, ja ala on vähitellen ratkaisemassa sitä.

Metallitulostuksen jälkikäsittely- on yhteensopiva volyymituotannon - kanssa, mutta yhteensopivuus ei ole automaattista. Se vaatii samaa systemaattista suunnitteluhuomiota kuin itse tulostusprosessissakin: DfAM tukitaakan minimoimiseksi, erälämpökäsittely vähentää -osakustannuksia ja läpimenoaikaa, automaattinen pinnan viimeistely käyttäjien vaihtelun eliminoimiseksi, SPC-pohjainen tarkastus laadun ylläpitämiseksi läpimenolla ja digitaalinen jäljitettävyys valvottujen asiakkaiden dokumentointivaatimusten täyttämiseksi.

Sunhingstones on osoittanut tuotannossa, että näitä periaatteita sovelletaan yhdessä, ja ne voivat lyhentää osan{0}}jälkikäsittelyaikaa 70 % samalla kun säilytetään asiakkaiden ja säädösten vaatimukset täyttävät laatutiedot. Jos organisaatiosi arvioi siirtymistä prototyypistä metallin lisäaineisiin 3D-tulostukseen tai kohtaa tässä artikkelissa kuvatun-jälkikäsittelyn pullonkaulaa, Sunhingstonesin tuotantoinsinööritiimi on käytettävissäsi tarkistamaan nykyisen työnkulkusi ja tunnistamaan parhaat -arvon parantamismahdollisuudet.

Viitteet ja lisätietoa

Seuraavat lähteet ilmoittivat tässä artikkelissa mainitut tiedot ja tekniset tiedot:

1.MarketsandMarkets (2024). Metallin lisäaineiden valmistusmarkkinat - Globaali ennuste vuoteen 2030. www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/metal-additive-manufacturing{10}}market-101143730.html

2. Deloitte (2023). Skaalautuva lisäainevalmistus: esteet ja mahdollistajat teollisessa tuotannossa. Deloitte Insights. www2.deloitte.com/insights/us/en/focus/industry-4-0/additive-manufacturing-3d-printing.html

3. Wohlers Associates (2023). Wohlersin raportti 2023: 3D-tulostus ja lisäainevalmistus - Globaali teollisuuden tila. Wohlers Associates. www.wohlersassociates.com/wohlers{10}}raportti

4.Li, R. et ai. (2022). "DfAM:n vaikutus tuen määrään ja poistoaikaan laserjauhepetifuusion yhteydessä." Journal of Manufacturing Processes, 74, ss. 212–224. doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.12.018

5. Aerospace Industries Association (2021). Additive Manufacturing toimittajan laadunarviointitutkimuksen tulokset. AIA. www.aia-aerospace.org/report/additive-valmistus-toimittaja{10}laatu

6. Chen, W. et ai. (2022). "HIP-vaikutukset ruostumattoman LPBF 316L -teräksen väsymiskykyyn." Materiaalitiede ja -tekniikka A, 848, 143375. doi.org/10.1016/j.msea.2022.143375

7.ASTM International - ASTM F3303: Standardi lisäainevalmisteelle - Jälkikäsittely. www.astm.org/f3303.html

8.CECIMO (2023). Lisäainevalmistuspolitiikan suositukset Euroopan työstökoneteollisuudelle. Euroopan työstökoneteollisuuden liitto. www.cecimo.eu/publications/additive-valmistus-politiikka-suositukset-2023

9. Kim, J. et ai. (2023). "Tilastollinen prosessinhallinta lisäainevalmistuksessa: tarkastuskustannusten vähentämistutkimus." International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 125, ss. 4401–4415. doi.org/10.1007/s00170-023-11234-x

10.AM-MOTION Consortium (2023). Etenemissuunnitelma automatisoidulle-postikäsittelylle suuren-volyymin lisäainevalmistuksessa. Horisontti Eurooppa -ohjelma. www.am-motion.eu/roadmap