Wat is het aandeel van de na-verwerking na het 3D-printen van metaal in de totale productiekosten?

Bijvoorbeeld, de onderdelen waaruit de post-verwerkingskosten bestaan ​​en hun belangrijkste onderdelen
Er zijn vier belangrijke technologische modules waaruit de na-verwerking van 3D-printen van metaal bestaat: materiaalverwijdering, warmtebehandeling, oppervlaktebehandeling en structurele versterking. Elke module heeft kosten zoals apparatuur, energieverbruik en arbeid.

Het weghalen van materialen: dit omvat het wegnemen van de draagstructuur, het voltooien van de ondergrond en het vastleggen van de afmetingen. Na het printen moet het oppervlak van het stroomkanaal op de bladen van luchtvaartmotoren bijvoorbeeld spiegelglans gepolijst worden met behulp van een vijf--assig bewerkingscentrum. Het kan vele uren duren om één enkel stuk te produceren, en een groot deel van die kosten gaat naar apparatuur en arbeid.
Warmtebehandeling is het proces waarbij interne spanningen worden weggenomen en de structuur van de korrels wordt verbeterd. Dit kan worden gedaan door middel van gloeien, vaste oplossing + veroudering en heet isostatisch persen (HIP). Een vacuümgloeibehandeling vermindert de restspanning met 80% na het printen van een orthopedisch implantaat van titaniumlegering. Er is echter een speciale vacuümoven en langdurige isolatie nodig-die een groot deel van het energieverbruik voor zijn rekening neemt.
Oppervlaktebehandeling: methoden omvatten zandstralen, galvaniseren, lasercladding, microboogoxidatie en andere die het oppervlak bedekken. Na het printen van de beugel voor een nieuw batterijpakket voor een energievoertuig, verhoogde een microboogoxidatiebehandeling de weerstand tegen corrosie in de zoutsproeitest tot meer dan 1000 uur. De kosten van chemicaliën en onderhoud van apparatuur waren echter vrij duur.
Structurele versterking, zoals vezelversterking, ontwerp van gradiëntmateriaal en optimalisatie van de roosterstructuur. De gedrukte onderdelen van een bepaalde kernenergieklep maken gebruik van een gradiëntstructuur gemaakt van roestvrij staal op basis van nikkel-. Dit vereist een samengesteld proces van multi-materiaal co-printen en warmtebehandeling. De technische complexiteit maakt onderzoek en ontwikkeling en proefproductie duurder.
2, Gegevens uit de branche en casestudy's over het percentage na-naverwerkingskosten
1. Een onderzoek naar de kostenstructuur in standaardindustrieën
In de lucht- en ruimtevaart kost het brandstoftankframe van een bepaalde raketmotor bijvoorbeeld ongeveer 40% om te printen, 35% om na- het proces te bewerken (15% voor HIP-verwerking, 12% voor CNC-frezen en 8% voor anodiseren) en 25% om materialen te kopen. Het grote percentage van de kosten voor na-verwerking komt doordat onderdelen goed moeten werken in zeer zware omstandigheden, wat betekent dat ze veel stappen moeten doorlopen om er zeker van te zijn dat ze betrouwbaar zijn.
Als het om medische apparaten gaat, bedragen de kosten voor de na-verwerking van een op maat gemaakt heupgewrichtimplantaat van titaniumlegering na het printen ongeveer 28% (waarbij de warmtebehandeling 12% kost, het polijsten 10% en de steriele verpakking 6%). De materiaalkosten bedragen 35% en de kosten voor ontwerp en validatie 37%. Het percentage na{9}}verwerkingskosten is niet erg groot, maar de vereisten voor oppervlakteruwheid (Ra < 0,2 μm) en biocompatibiliteit betekenen dat hoge-precieze bewerking en specifieke verwerking nodig zijn.
In de wereld van de consumentenelektronica: de afdrukkosten voor het scharnier van een opvouwbaar scherm voor een mobiele telefoon bedragen bijvoorbeeld 55%, de na-verwerkingskosten bedragen 25% (10% voor het verwijderen van ondersteuning, 8% voor warmtebehandeling en 7% voor zandstralen van het oppervlak) en de materiaalkosten bedragen 20%. Het schaaleffect van massaproductie heeft een grote invloed op het percentage na-nabewerkingskosten. Naarmate de productie stijgt, dalen de kosten per eenheid.
2. Hoe de proceskeuze de kosten na de behandeling beïnvloedt
Het poederbedsmeltproces (PBF): Het percentage van de kosten voor na{0}}verwerking is doorgaans aanzienlijk, omdat er tijdens het printproces ondersteunende structuren moeten worden toegevoegd. Wanneer u SLM-technologie gebruikt om een ​​bepaald deel van de structuur van een vliegtuig te printen, bestaat 30% van de kosten uit het verwijderen van de steun en het polijsten van het oppervlak. Wanneer u EBM-technologie zonder ondersteunende structuur gebruikt, dalen deze kosten tot 15%.
Het lijmstraalproces (BJ) maakt bijna-netvorming mogelijk door het groene lichaam na het printen te ontvetten en te sinteren. Hierdoor worden de kosten van de na-behandeling aanzienlijk verlaagd. Na het printen van een autowielnaaf met BJ-technologie bedragen de kosten voor nabewerking slechts 12% (voornamelijk warmtebehandeling en een beetje machinale bewerking). Dit is ruim 50% minder dan de kosten van na-verwerking met PBF-technologie.
Directed Energy Deposition (DED)-proces: goed voor het fixeren van grote stukken en het gereedmaken voor coating; de kosten van de nabewerking- zijn gebaseerd op hoe dik de printlaag is. Wanneer de dikte van de printlaag van een bepaald uitrustingsstuk voor mijnbouwmachines 1 mm bedraagt, bedragen de kosten van na-bewerking slechts 8%. Maar wanneer de laagdikte afneemt tot 0,3 mm, lopen de polijstkosten op tot 15% omdat het oppervlak ruwer wordt.
3, De elementen die van invloed zijn op het aandeel van de na-verwerkingskosten en de beste manier om deze te veranderen
1. Onderzoek naar motiverende elementen
Vereisten voor de manier waarop materialen werken: Hoogwaardige materialen zoals hoge- temperatuurlegeringen en titaniumlegeringen vereisen een HIP-behandeling om poriën te elimineren, wat tot 20% -30% van de totale kosten kan bedragen.
Hoe ingewikkeld het onderdeel ook is: meer--assige bewerking en speciale tests zijn nodig voor complexe kenmerken zoals interne stroomkanalen en roosterstructuren. Na het printen van een bepaald vliegtuigmotorblad kosten CT-tests 25% van de totale kosten van nabewerking.
Batchschaal: op het gebied van consumentenelektronica kan, wanneer het volume van een enkele printbatch de 10.000 stuks overschrijdt, het percentage na-verwerkingskosten worden verlaagd van 30% naar 15%. Dit komt vooral door geautomatiseerde productielijnen en procesversterking.
Technologische volwassenheid: Het verschil in nauwkeurigheid en stabiliteit tussen apparatuur gemaakt in de VS en apparatuur gemaakt in andere landen betekent dat er 10% tot 15% meer werk moet worden gedaan na verwerking op apparatuur van Amerikaanse- makelij, wat indirect de kosten verhoogt.
2. Kijken naar de beste manier om te optimaliseren
Procesinnovatie: Het gebruik van technologieën zoals regionaal printen en bidirectionele poederdistributie om het printen efficiënter te maken en minder ondersteunende structuren nodig te hebben. Eén bedrijf verbeterde zijn scanmethode om het ondersteuningsvolume met 40% te verminderen, waardoor ook het percentage na{2}}kosten voor naverwerking daalde.
Materialen optimaliseren: Maak specifieke poedermaterialen die gemakkelijk zijn om mee te werken en er niet te veel druk op leggen. Een bepaald bedrijf heeft een titaniumlegeringspoeder met een lage zuurstofconcentratie op de markt gebracht. Dit poeder verlaagt de warmtebehandelingstemperatuur met 50 graden en verlaagt de kosten van het energieverbruik van 18% naar 10%.
Apparatuur upgraden: het toevoegen van online detectie- en adaptieve verwerkingstechnologieën om de noodzaak voor mensen om dingen met de hand te doen te verminderen. Een bedrijf dat een AI-aangedreven polijstrobot gebruikt, heeft de tijd die nodig is om één stuk te verwerken teruggebracht van twee uur naar een half uur. Ook de arbeidskosten zijn gedaald van 25% naar 8%.
Samenwerken in de industriële keten: geïntegreerde print- en post{0}}apparatuur kan de productiecycli verkorten. Een specifiek bedrijf heeft een composietmachine voor "printen + warmtebehandeling + machinaal bewerken" uitgevonden die de tijd die nodig is om structurele luchtvaartonderdelen te maken, verkort van twee weken naar drie dagen en de kosten met 35% verlaagt.