Is een metalen 3D-printvorm geschikt voor massaproductie?

一, Kleine batchproductie is de "comfortzone" van 3D-printen met metaal.
1. Herstructureringskosten: verandering van ‘hoge vaste kosten’ naar ‘variabele kostenoptimalisatie’
Het maken van mallen op de ouderwetse-manier kost veel geld om te ontwikkelen. De kosten voor het maken van een mal voor een autobumper kunnen bijvoorbeeld oplopen tot 150.000 yuan. Zelfs als de kosten per stuk worden opgesplitst, komen ze nog steeds op 8.000 yuan. Metaal 3D-printen maakt gebruik van ‘schimmelvrije’ productie, wat betekent dat meer dan 90% van het materiaal wordt gebruikt. De kosten van een enkel stuk dalen tot 4000 yuan en de productietijd gaat van 45 dagen naar 7 dagen. 3D-printen met metaal is ideaal voor het maken van kleine batches van 10 tot 500 stuks, vooral voor unieke goederen, prototypevalidatie en proefproductiefasen.
2. Ontwerpvrijheid: de beste manier om ingewikkelde structuren te bouwen
De verwerkingsroute van subtractieve technologie beperkt de traditionele matrijzenbouw, en ingewikkelde structuren hebben doorgaans veel processen nodig om samen te werken, wat zelfs tot eenvoudiger ontwerpen kan leiden omdat ze niet kunnen worden verwerkt. Metaal 3D-printen omzeilt dit probleem. De laag{3}}voor-laag-stapelmethode kan ingewikkelde kenmerken opleveren die andere methoden niet kunnen, zoals conforme koelwaterkanalen, roosterstructuren en interne stromingskanalen. Een bedrijf dat huishoudelijke apparaten maakt, gebruikt bijvoorbeeld 3D-printmatrijzen om behuizingen voor airconditioners te maken. Ze maken ook gebruik van een spiraalvormig koelwaterkanaal om de koeltijd van 20 seconden naar 8 seconden te verkorten. Dit maakt de productie 150% efficiënter en verlaagt het uitvalpercentage met 30%.
3. Snelle iteratie: van ‘maandelijkse cyclus’ naar ‘wekelijkse respons’
Tijdens de productontwikkelingsfase vinden er veel ontwerpwijzigingen plaats en moeten typische matrijswijzigingen opnieuw worden geopend, wat veel kost en lang duurt. Metaal 3D-printen maakt het mogelijk om ‘design print test optimalisatie’ in een gesloten lus uit te voeren. Een bepaalde fabrikant van auto-connectoren kwam na drie drukrondes tot het beste ontwerp, wat hen twee weken bespaarde vergeleken met andere manieren. Dankzij deze flexibiliteit kunnen bedrijven zich snel aanpassen aan veranderingen in de markt en de kosten voor het uitproberen verlagen.
2, Massaproductie: nieuwe technologieën en meer scenario's
1. De efficiëntierevolutie: van ‘enkelstuks printen’ naar ‘massaproductie’
Metaal 3D-printen omzeilt efficiëntieproblemen door gebruik te maken van verschillende lasers, efficiënte poedercirculatiesystemen en geautomatiseerde productielijnen. De Huashu High Tech FS350M heeft bijvoorbeeld 12 1-kilowattlasers, waardoor afdrukken 20 keer sneller gaat dan met een enkele laser. Het poedercirculatiesysteem met drie- niveaus kan meer dan 95% van het gemorste poeder terugwinnen, waardoor de materiaalkosten met 30% worden verlaagd. Bovendien maakt Tongkuai's TruPrint 1000 groene metaalprintapparatuur gebruik van een laser met een golflengte van 515 nm, die de verwerking van zuiver koper met hoge geleidbaarheid met 40% versnelt en de porositeit verlaagt tot minder dan 0,5%. Hierdoor is het mogelijk om veel onderdelen van koperlegeringen te maken.
2. Kwaliteitssprong: van ‘prototypeverificatie’ naar ‘eindproduct’
Naarmate de materiaalwetenschap en procescontrole zijn verbeterd, zijn metalen 3D-printmatrijzen meer op traditionele mallen gaan lijken wat betreft hoe lang ze meegaan en hoe goed ze werken. De gespleten kegel van een spuit-gietmatrijs gemaakt met legeringspoeder op nikkel-basis heeft bijvoorbeeld een hardheid van 48–50HRC en een slagvastheid van 22J na een hittebehandeling. Het maakt een metallurgische verbinding met het substraat en gaat twee keer zo lang mee als de originele mal. In de geneeskunde hebben 3D-geprinte kunstgewrichten van titaniumlegeringen een poreuze oppervlaktestructuur die de proliferatie van botcellen bevordert (met een porositeit van 60%). Ze hebben ook een overlevingspercentage van 98% na een operatie, wat veel hoger is dan dat van typische gestandaardiseerde gewrichten (90%).
3. Scène-innovatie: van ‘traditie vervangen’ naar ‘samenwerken op een manier die voor beide werkt’
Het is niet de bedoeling dat 3D-printen met metaal de plaats inneemt van het traditionele maken van mallen; in plaats daarvan is het de bedoeling om ermee te werken. In de vliegtuigindustrie wordt 3D-printen gebruikt om ingewikkelde kernonderdelen te maken, zoals brandstofsproeiers en turbinebladen. Smeden wordt nog steeds gebruikt om eenvoudige lasten te maken-dragende onderdelen zoals rompframes. 3D-printen wordt in de auto-industrie gebruikt om proefproductiematrijzen en aangepaste onderdelen te maken. Voor grootschalige productie-worden nog steeds stempelen en gieten gebruikt. De industrie begint het eens te worden over het idee om "3D-printen te gebruiken voor ingewikkelde kleine batches en traditionele productie voor eenvoudige grote batches."
3. Toekomstige trends: van ‘technologische doorbraken’ tot ‘ecologische herstructurering’
1. Ultra-hoge-afdruksnelheid: van 'uurniveau' tot 'minuutniveau'
Dankzij de vooruitgang op het gebied van ultra-korte-pulslasertechnologie en nanodeeltjes-spray-metal-forming (NPJ)-technologie is het printen meer dan tien keer sneller geworden dan vroeger. De NPJ-technologie kan bijvoorbeeld kanalen op micrometerniveau fixeren door vloeistof te besproeien met koperen nanodeeltjes en deze bij lage temperatuur te sinteren. De herstelde mal kan het rendement van de chipverpakking verhogen van 92% naar 99,5% en de stilstand van de machine als gevolg van koelvloeistoflekken verminderen.
2. Composiet uit meerdere- materialen: van 'single performance' tot 'functionele integratie'
Metaal 3D-printen kan de prestaties van de reparatielaag geleidelijk veranderen door verschillende materialen tegelijkertijd te printen met meerdere spuitmonden. Door bijvoorbeeld D2-staal met een hoge-hardheid in het bladgedeelte van de mal en een hoge-taaiheid H13-staal in het substraatgebied te printen, ontstaat een composietconstructie met "buitenste hardheid en innerlijke taaiheid". Hierdoor gaat de mal ruim drie keer langer mee. Bovendien bouwt de oppervlaktemodificatietechnologie van metamaterialen micro-nano-gestructureerde coatings op die de loskracht van de mal met 40% verminderen en de slijtvastheid drie keer beter maken dan typische verchromingsmethoden.
3. Intelligente productie: van ‘handmatige bediening’ naar ‘digital twin’
Het op AI-gebaseerde procesoptimalisatiesysteem kan instellingen zoals laservermogen en scansnelheid automatisch wijzigen om de kwaliteit van reparaties in een gesloten lus te regelen. Een specifiek bedrijf heeft een AI-procesoptimalisatieplatform gemaakt dat de porositeit van reparaties van koperlegeringen terugbrengt van 1% naar 0,1% door naar 100.000 sets printgegevens te kijken. Het verkortte ook de tijd die nodig was om het proces op te bouwen van 3 maanden naar 1 week. Digital Twin-technologie zal in de toekomst virtuele debugging, monitoring op afstand en voorspellend onderhoud mogelijk maken, waardoor de evolutie van 3D-printen van metaal naar intelligente en aanpasbare productie wordt vergemakkelijkt.