Može li 3D štampanje metala smanjiti stopu otpada u proizvodnji kalupa?

一, Problem otpada u tradicionalnoj izradi kalupa: dvostruki problem rasipanja materijala i gubitka efikasnosti
Pristup "subtraktivnoj obradi" koristi se u tradicionalnoj izradi kalupa. To znači da se materijali polako uklanjaju kroz niz koraka, kao što su tokarenje, glodanje, blanjanje i brušenje, sve dok se ne postigne željeni oblik. Postoje tri ključna strukturna problema s ovim procesnim putem:
Niska stopa upotrebe materijala: na primjer, kada se prave kalupi za{0}}lijevanje pod pritiskom za glave motora automobila, tipične metode zahtijevaju preradu cijelog čeličnog ingota u kalup, koji može uzeti do 70% materijala. Na osnovu brojki jedne kompanije, njihova radionica kalupa koristi 1200 tona čelika godišnje. Od toga se 840 tona pretvori u smeće, a samo 360 tona u korisne stvari.
Od pripreme sirovina do isporuke krajnjeg proizvoda potrebno je 12 do 15 koraka. Izrada jednog kompleta kalupa može potrajati do 2 do 3 mjeseca. Projekat razvoja kalupa za bateriju za određenu kompaniju za nova energetska vozila odložen je za osam mjeseci jer je morao biti prepravljan nekoliko puta. Ovo je kompaniju koštalo više od 20 miliona juana.
Teške strukturne granice: Teško je napraviti kalupe sa komplikovanim karakteristikama kao što su konformni kanali za hlađenje i lagane rešetkaste strukture koristeći tradicionalne metode. Da bi napravio kalupe za blokove uzoraka, određeni posao s gumama mora podijeliti cijelu gumu na više od 20 dijelova i raditi na svakom zasebno prije nego što ih sve sastavi. Ovo ne samo da povećava stopu otpada, već i čini kalup manje preciznim.
2, Proboj metalne 3D štampe: promjena paradigme sa "subtraktivnog" na "aditivno"
3D štampanje metala gradi trodimenzionalne objekte slaganjem metalnih prahova ili žica jedan na drugi, što je potpuno suprotno načinu na koji se stvari obično rade. Takođe pokazuje tri glavne prednosti za upravljanje otpadom:
1. Veliki skok u upotrebi materijala: sa 30% na 90%
Prilikom ručne izrade složenih struktura kao što su šupljine kalupa i kanali za hlađenje, potrebna je velika obrada, što dovodi do mnogo rasipanog materijala. 3D tehnologija štampe direktno pokreće proizvodnju pomoću CAD modela, a koristi samo onoliko materijala koliko i sami dijelovi. Koristeći SLM tehnologiju, određena kompanija je napravila kalup za električni pogon od aluminijumske legure koji koristi 92% materijala umjesto 35% koje koriste standardne metode. Ovo štedi 180 kilograma materijala od legure aluminijuma na svakom kompletu kalupa.
Što je još važnije, 3D štampa omogućava dizajn "optimizacije topologije", koji može koristiti manje materijala, a da je i dalje jak. Određena avio kompanija koristila je optimizaciju topologije kako bi napravila kalup za potporu krila od legure titanijuma koji je 30% lakši i koristi 45% manje materijala, a da i dalje radi na isti način.
2. Sposobnost izrade komplikovanih struktura: oslobađanje od osnovnog izvora otpada
Uobičajeni slučaj upotrebe 3D štampanja za smanjenje otpada je konformni kanal za hlađenje, s kojim je teško raditi koristeći tradicionalne metode. Izgradnjom spiralnih i biomimetičkih dendritičnih kanala za hlađenje unutar kalupa koji savršeno odgovaraju obliku proizvoda, efikasnost hlađenja može se povećati za više od tri puta. Određena kompanija je napravila-kalup za livenje pod pritiskom za ležište akumulatora novih energetskih vozila. Koristi 3D štampani konformni vodeni krug, koji skraćuje ciklus hlađenja sa 45 sekundi na 18 sekundi, podiže stopu kvalifikacije proizvoda sa 92% na 99,5% i štedi 12 tona čeličnog otpada smanjenjem broja probnih kalupa.
Kapacitet izrade 3D štampanih rešetkastih struktura je takođe važan u domenu lakog dizajna. Konkretna firma je napravila kalup za brizganje električnih alata. Izradom šuplje šesterokutne rešetkaste strukture u području koje ne nosi težinu, težina kalupa je smanjena za 25%, količina korištenog materijala smanjena je za 30%, a vrijeme koje je bilo potrebno da se ohladi smanjeno je za 15% jer je mogao zadržati manje topline.
3. Brza verifikacija iteracije: smanjite količinu smeća proizvedenog tokom probne proizvodnje
Da biste napravili tradicionalni kalup, morate proći kroz nekoliko krugova ciklusa modifikacije probne proizvodnje, a svaka probna proizvodnja stvara mnogo otpada. Tvrtka za vozila radila je na novom kalupu kontrolne ploče za novi model automobila, ali su prva tri kruga probnih kalupa morala biti odbačena zbog nedostataka u dizajnu. Time je stvoreno 45 tona otpada. Ciklus "testiranja dizajna" može se brzo dogoditi s tehnologijom 3D štampanja. Nakon što je jedna kompanija počela koristiti ovu tehniku, ciklus stvaranja kalupa je porastao sa 6 mjeseci na 6 sedmica, broj pokušaja kalupa sa 5 na 2, a stopa otpada je smanjena za 70%.
3, Tehnološki napredak i saradnja između industrija: ubrzanje razvoja upravljanja otpadom 3D štampanja
3D štampa nudi mnogo obećanja za upravljanje otpadom, ali još uvijek mora prijeći dalje od tri velika problema prije nego što se može koristiti u širokom opsegu:
Inovacija materijala: Važno je napraviti specijalizirane praškaste materijale koji su jeftini i dobro funkcioniraju. Određena kompanija je napravila prah čelika H13 ojačanog nano volfram karbidom koji je kalup učinio tvrđim (HRC 60), a da je zadržao njegovu žilavost. To je smanjilo cijene materijala za 40% u odnosu na uvozne proizvode.
Standardizacija procesa: Veoma je važno uspostaviti jedinstvenu biblioteku parametara štampanja i sistem kontrole kvaliteta. Kompanija je proizvela e-fazu programa za automatsku generiranje podrške za Metal+, koji može smanjiti upotrebu potpornih materijala za 35% i povećati stopu obnavljanja praha na 98%.
Saradnja u industrijskom lancu: Proizvođači opreme, dobavljači materijala i proizvođači kalupa moraju raditi zajedno kako bi napravili kompletno rješenje koje uključuje "hardver, materijale i usluge". Kompanija je objavila opremu UM600MT, koja ima veličinu forme od 400 mm × 600 mm × 500 mm. Ova veličina je dovoljno velika za štampanje ogromnih kalupa za automobile. Baza podataka procesa koja to podržava ima više od 200 svojstava materijala koja se često koriste.