Wat is de ROI van matrijzenfabrikanten die 3D-printen met metaal gebruiken?

1. Optimaliseren van de kostenstructuur: verandering van ‘reduceren van materiaalverspilling’ naar ‘precision additive manufacturing’
Bij het maken van traditionele mallen worden subtractieve methoden gebruikt, waaronder frezen, elektrische ontlading en draadsnijden. De materiaalbenuttingspercentages zijn doorgaans minder dan 70%. Bovendien moet het afval dat tijdens de verwerking ontstaat apart worden beheerd, wat de prijzen nog verder opdrijft. Voor het maken van een spuitgietmatrijs voor auto's op de oude manier is bijvoorbeeld ongeveer 120 kg gegoten stalen knuppel nodig, maar het eindresultaat weegt slechts 80 kg en verspilt 33% van het materiaal. Met behulp van de additive manufacturing-aanpak van ‘laag voor laag stapelen’ kan 3D-printen met metaal meer dan 90% van het materiaal gebruiken. De iSLM420-apparatuur van Zhongrui Technology heeft bijvoorbeeld slechts 85 kg poedermateriaal nodig om een ​​mal te maken voor het blad van een vliegtuigmotor. Het extra poeder kan worden hergebruikt, waardoor de kosten van het enkele malmateriaal met 40% worden verlaagd.

Bovendien rekent 3D-printen met metaal af met een groot aantal ingewikkelde stappen die nodig zijn bij traditionele methoden, zoals warmtebehandeling, precisiebewerking en assemblage. Dit bespaart veel geld op materieel en mankracht. Uit een vergelijking van een bepaalde fabrikant van auto-onderdelen blijkt dat voor traditionele methoden vijf CNC-bewerkingsmachines, twee elektrische ontladingsmachines en tien operators nodig zijn. Voor het 3D-printen van metaal zijn daarentegen slechts één apparaat en drie technische medewerkers nodig om hetzelfde aantal onderdelen te maken. Dit verlaagt de afschrijving van apparatuur en de arbeidskosten met 65%.

2. Grote sprong in productie-efficiëntie: van ‘wekelijkse cyclus’ naar ‘dagelijkse levering’
Een ander groot probleem met oudere technieken is dat het maken van mallen veel tijd kost. Het maken van een verfijnde-gietmatrijs op de ouderwetse- manier duurt bijvoorbeeld twaalf fasen, zoals ontwerpen, snijden, EDM, assembleren en debuggen. Het hele proces duurt 6 tot 8 weken. Bovendien zorgen wijzigingen in het ontwerp ervoor dat de matrijs opnieuw geopend moet worden, waardoor de levering langer duurt. Met metaal 3D-printen kunnen digitale modellen zonder verdere procedures in massieve mallen worden omgezet. Dit verkort de ontwikkelingstijd tot 3-5 dagen. Uit een casestudy van een bedrijf dat medische implantaten maakt, blijkt dat zodra ze begonnen met 3D-printen van metaal, de tijd die nodig was om unieke botmallen te maken van vier weken naar 72 uur ging, en dat de tijd die nodig was om dringende bestellingen uit te voeren met 80% steeg.

Het procestraject is veel eenvoudiger gemaakt, wat heeft geleid tot een efficiencyslag. Bij traditioneel vakmanschap moet de matrijsholte in verschillende delen worden gesplitst voor verwerking en montage. Dit kan leiden tot nauwkeurigheidsfouten vanwege de lasspleten. Metaal 3D-printen ondersteunt daarentegen geïntegreerd gieten, waardoor u complexe mallen met conforme koelwaterkanalen en lichtgewicht roosterstructuren in één keer kunt printen. Dit vermindert het aantal montagestappen en fouten. Boeing maakt bijvoorbeeld mallen voor brandstofsproeiers van vliegtuigen met 3D-printen van metaal. Hierdoor worden de montagestappen teruggebracht van 20 naar 1 en worden de kosten van elk stuk met 35% verlaagd.

3. Verbetering van de productkwaliteit: verandering van ‘passieve reparatie’ naar ‘actieve optimalisatie’
De kwaliteit van de mallen heeft een directe invloed op hoeveel van het eindproduct wordt gemaakt en hoe snel het wordt gemaakt. Het standaardontwerp van een matrijskoelsysteem is simplistisch, wat gemakkelijk kan leiden tot een ongelijkmatige temperatuurverdeling. Dit kan problemen veroorzaken zoals kromtrekken en krimpen van het product. Met metaal 3D-printen kan een conformeel koelkanaal in de mal worden gecreëerd dat perfect bij de vorm van de malholte past. Hierdoor kan de koelvloeistof rechtstreeks de hotspot beïnvloeden, wat de temperatuuruniformiteit aanzienlijk verbetert. Uit een casestudy van een auto-spuitgietmatrijs blijkt dat het gebruik van een conformeel koelontwerp resulteerde in een reductie van het oppervlaktetemperatuurverschil van 15 graden naar 3 graden, een afname van 30% in de injectiecyclustijd en een toename van de productopbrengst van 85% naar 98%.

Bovendien heeft 3D-printen met metaal een dichtheidsvoordeel (doorgaans tot 99,5% of meer), waardoor mallen veel beter bestand zijn tegen slijtage en vermoeidheid dan traditionele gietvormen. Een bepaalde matrijzenmaker-deed een test om de twee soorten mallen te vergelijken. Ze ontdekten dat traditionele mallen barsten na 20.000 keer gebruik, terwijl metalen 3D-geprinte mallen na 50.000 keer gebruik intact blijven, wat betekent dat ze 150% langer meegaan. De matrijskosten voor elk spuitgietstuk zijn op de lange termijn lager, ook al zijn de initiële productiekosten iets hoger.

4. Uitbreiding van het toepassingsscenario: van ‘single mould’ naar ‘empowerment van de hele industrieketen’
3D-printen met metaal is niet alleen waardevol bij het maken van matrijzen-, maar ook bij de optimalisatie van de hele keten van 'ontwerpproductie na-verkoop', wat bedrijven meer geld oplevert. In de auto-industrie kan 3D-printen met metaal snel lichtgewicht onderdelen maken, zoals beugels voor accupakketten van een aluminiumlegering en met koolstofvezel versterkte metalen wielen, wat nieuwe energievoertuigen nodig hebben om lichter te worden. In de lucht- en ruimtevaartindustrie ondersteunt het het geïntegreerde gieten van speciale materialen zoals titaniumlegeringen en hoge-temperatuurlegeringen, wat een grote stap voorwaarts is ten opzichte van traditionele methoden voor het maken van complexe structuren. Op maat gemaakte metalen botten, tandheelkundige implantaten en andere items met een hoge-waarde-toegevoegde waarde zijn belangrijke groeigebieden op medisch gebied geworden.

Een hoogwaardige-autofabrikant maakt bijvoorbeeld gebruik van 3D-printen van metaal om onderdelen voor de binnenkant van auto's te maken. Hierdoor kunnen ze ontwerpen op maat maken zonder mallen te hoeven maken, en is de winst per stuk 50% hoger dan bij traditionele methoden; Met metaal 3D-printen kunnen snel kopieën worden gemaakt van kapotte onderdelen zoals remblokken en radiateurs in de after--markt. Dit vermindert de reparatietijd en -kosten. Een casestudy uit een militaire business illustreert dat het gebruik van 3D-printen van metaal om onderdelen van het hydraulische systeem van schepen te repareren de onderhoudscyclus heeft teruggebracht van twee weken naar drie dagen, waardoor de schepen nog steeds op het slagveld kunnen vechten.