Wat zijn de voordelen van 3D-printen van metaal in op maat gemaakte montagearmaturen?

1. Geometrische grenzen omzeilen: ingewikkelde constructies zonder grenzen kunnen ontwerpen
Het bewerkingstraject van subtractieve technieken beperkt het traditionele armatuurontwerp, waardoor het moeilijk wordt ingewikkelde kenmerken te maken, zoals interne stroomkanalen, biomimetische roosters en dun-wandige structuren. Een bepaald bedrijf dat auto-onderdelen maakt, probeerde bijvoorbeeld een armatuur te maken voor nauwkeurig polijsten, waarbij het oneffen oppervlak het oppervlak van het brilmontuur volledig moest raken. Maar bij standaard CNC-bewerking kunnen gereedschappen niet alle plaatsen bereiken waar ze nodig zijn, wat leidt tot een bewerkingsfout van meer dan 0,3 mm op het opspanoppervlak. Hierdoor wordt de polijstkwaliteit slechter.Metaal 3D-printenkan snel ingewikkelde vormen maken die traditionele methoden niet konden door metaalpoeder laag voor laag te smelten.
De SLM-technologie (Selective Laser Melting) kan bijvoorbeeld lagen stapelen met een dikte van 0,05 mm, wat het mogelijk maakt om topologische optimalisatiestructuren te ontwerpen, zoals interne spiraalvormige stroomkanalen en microporeuze arrays. Een bepaald bedrijf dat elektronica maakt, gebruikt 3D-printen om vacuümzuignappen te maken die precies goed voor hen zijn. Het interne labyrintstroomkanaalontwerp zorgt ervoor dat het gas gelijkmatig wordt verspreid en verhoogt de adsorptiekracht met 40%. Tegelijkertijd wordt de dikte van de zuignap teruggebracht van de gebruikelijke 15 mm naar 8 mm, waardoor de robotarm veel minder zwaar wordt. Deze ontwerpvrijheid zorgt er niet alleen voor dat het armatuur beter werkt, maar opent ook de mogelijkheid om het lichter te maken.
2. Verkorting van de levercyclus: snel van ontwerp naar eindproduct
Het maken van armaturen op de ouderwetse- manier duurt vijf stappen: 'ontwerp, programmering, verwerking, assemblage, debuggen'. Deze procedure duurt enkele weken. Wanneer een fabrikant van verpakkingsmachines artikelen op zijn productielijn moet vervangen, duurt het op de oude manier veertien dagen om nieuwe armaturen te maken, wat betekent dat het wisselen van producten niet erg efficiënt is. Met de optie "printen met één klik" verandert metaal 3D-printen ontwerpbestanden meteen in solide stukken, zonder extra procedures zoals programmeren of het gereedmaken van gereedschappen.
Bij één gelegenheid gebruikte een bepaald bedrijf dat brillen maakt de Platinum BLT-S1500 om polijstarmaturen te printen. Het duurde slechts drie dagen om van het importeren van CAD-modellen naar het leveren van de definitieve artikelen te gaan. Dit was 78% sneller dan de gebruikelijke methoden. Belangrijker nog is dat 3D-printen het mogelijk maakt om snel de “design print test iteratie” in een gesloten lus te optimaliseren. Bij het maken van armaturen van titaniumlegeringen gebruikte een bepaalde fabrikant van luchtvaartonderdelen Fusion 360-software om de topologie te verbeteren. In slechts drie dagen ondergingen ze drie rondes van ontwerpwijzigingen, waardoor het gewicht van de armaturen met 35% werd verminderd, terwijl ze nog steeds veilig te gebruiken waren in 10G-trillingsomstandigheden.
3. Beter gebruik maken van materialen: van ‘reduceren van materiaalverspilling’ naar ‘bijna nettovorming’
Bij het maken van gecompliceerde armaturen worden veel dure metalen materialen als afval afgehakt, zodat de benuttingsgraad van typische CNC-bewerkingsmaterialen doorgaans minder dan 45% bedraagt. De marktprijs van de IN718-legering op nikkel-basis is bijvoorbeeld zo hoog als 800 yuan per kilogram, en de kosten van het materiaal alleen al voor het maken van een armatuur van 10 kilogram met behulp van traditionele methoden bedragen meer dan 40.000 yuan. En bij het 3D-printen van metaal wordt ‘near nettforming’-technologie gebruikt, wat betekent dat meer dan 85% van het materiaal wordt gebruikt.
Voor de restauratie van een nieuwe productielijn voor batterijmodules voor energievoertuigen gebruikten ze koelplaten van aluminiumlegeringen die op bestelling waren gemaakt met behulp van 3D-printtechnologie. Door het ontwerp van de draagstructuur te verbeteren, ging de hoeveelheid gebruikt materiaal van 12 kg bij traditionele methoden naar 3,2 kg, en daalden de kosten van individuele stukken materiaal met 73%. Wat nog belangrijker is, is dat 3D-printen de geïntegreerde fabricage van verschillende materialen mogelijk maakt. Het is bijvoorbeeld mogelijk om warmteafvoermodules van koperlegeringen rechtstreeks op stalen armatuursubstraten te printen. Dit maakt de structuur sterker en beter in het beheersen van de warmte. Het is moeilijk om dit composietmateriaal met de gebruikelijke methoden te maken.
4. Aanpasbaarheid van het proces: van "enkele functie" tot "integratie van meerdere scènes"
Montagearmaturen moeten in uiteenlopende verwerkingssituaties kunnen functioneren. Metaal 3D-printen kan op maat gemaakte armatuuroplossingen maken die in specifieke omgevingen werken door verschillende materialen en processen op verschillende manieren te combineren.
Aanpassing aan hoge temperaturen: de motorbladbevestiging gemaakt van een IN718-legering op nikkel--basis kan zijn vorm behouden bij een hoge temperatuur van 650 graden, wat de testcriteria zijn voor hete onderdelen van vliegtuigmotoren.
Corrosie-bestendig scenario: armaturen voor chemische apparatuur gemaakt van 316L roestvrij staal zijn drie keer beter bestand tegen chloridecorrosie dankzij een verbeterde korrelstructuur. Hun levensduur is nu 2,5 keer langer dan die van typische methoden.
Vereisten voor nauwkeurige positionering: Een bedrijf dat halfgeleiderapparatuur maakt, is begonnen met het gebruik van microlaser-3D-printtechnologie om wafertransfer-armaturen te maken die nauwkeurig zijn tot op ± 2 μm. De ruwheid van het oppervlak, Ra, is kleiner dan of gelijk aan 0,8 μm, wat goed genoeg is voor gebruik in ultra-schone werkplaatsen.
Ook armaturen voor 3D-printen kunnen sensorfunctionaliteiten hebben. Eén robotmaker voegde 3D-geprinte installatiegleuven voor rekstrookjes toe aan het armatuur en hield in de gaten hoe de klemkracht in realtime veranderde. Hierdoor steeg het montagerendement van 92% naar 99,5%.
5. Industriële praktijk: de sprong van het laboratorium naar productie op grote- schaal
De metalen 3D-printarmatuur is overgegaan van de fase van ideeverificatie naar gebruik op grote schaal. Safran Group heeft een 3D-geprint oliekoelerhulpstuk geproduceerd voor LEAP-motoren in de lucht- en ruimtevaartsector. Dit ontwerp bootst de natuur na en verbetert het warmtewisselingsoppervlak met 40% terwijl het gewicht met 30% wordt verlaagd. Ook is het bedrijf erin geslaagd om op grote schaal 2000 stuks per jaar te maken met behulp van EBM-technologie. Apple heeft 3D-printtechnologie gebruikt om unieke inspectiearmaturen voor telefoonframes van titaniumlegering te maken voor de markt voor consumentenelektronica. Hierdoor is de inspectiecyclus teruggebracht van 8 uur per batch naar 2 uur per batch, waardoor de goederen uit de iPhone-serie snel kunnen worden gewisseld.
De combinatie van 3D-printen van metaal en digital twin-technologie maakt de productie van armaturen slimmer, wat nog interessanter is. Door RFID-chips in 3D-geprinte armaturen te plaatsen, heeft een Duitse armaturenmaker gegevens in realtime kunnen verzamelen en analyseren. In combinatie met machine learning-algoritmen kan het systeem raden hoe lang een armatuur meegaat en automatisch onderhoudsherinneringen versturen, waardoor de uitvaltijd van apparatuur met 60% wordt verminderd.