Kako će metal 3D štampanje mijenjati tradicionalni industrijski proizvodni sistem?

1. Pomak u proizvodnji logike: paradigmi prelazak iz "oduzimanja" na "dodatak"
Tradicionalni način izrade stvari temelji se na ideji "materijala". Na primjer, CNC obrada postepeno formira cijelu metalnu granicu glodanjem i bušenjem. Stopa iskorištavanja materijala obično je manja od 60%. Metal 3D štampanje koristi aditivnu tehnologiju za proizvodnju koja se zove "sloj po slojskom slaganju." Ova metoda topi metalni prah sa laserom ili elektronskim snopom i 3D model pretvara ravno u čvrste stavke. Postotak korištenih materijala može ići do 90%.
Zgrada motora aviona je veliki primjer ove promjene razmišljanja. LEAP mlaznica za gorivo iz GE zrakoplovstva sastoji se od 20 elemenata koji su 3D ispisani zajedno kako bi postali jedna cjelina. To smanji težinu za 25%, a povećava ekonomičnost goriva za 15%. Ciklus razvoja kalupa, koji je nekada trajao šest mjeseci, smanjen je na tri tjedna, što znači da je tempo iteracije proizvoda porastao za osam puta. Ovaj "dizajn kao proizvodnju" u potpunosti prkosi staroj pravilu da "proizvodnja određuje dizajn". Takođe omogućava stvaranje laganih dizajna poput topološke optimizacije i rešetke.
2. Restrukturiranje lanca opskrbe: fleksibilna promjena iz "Proizvodnja razmjera" za "Potražnu potražnju".
Metalni 3D štampanje mijenja način na koji su izgrađeni lanci za industrijsku opskrbu. Model "Popis predviđanja" koji se koristi u tradicionalnoj proizvodnji linearan je . 3 D štampanje, s druge strane, ima "na - proizvodnju potražnje" mogućnostima jer može istovremeno proizvesti stvari na nekoliko mjesta u isto vrijeme. BMW Group je izgradila prvu 3D štampanu digitalno skladište na svijetu za dijelove automobila. Ovo omogućava 20 proizvodnih baza širom svijeta čine dijelove u realnom vremenu dijeljenjem dizajnerskog datoteka putem oblaka, što smanji troškove zaliha za 95%.
U medicinskom području ova vrsta smjene je više razornija. Za pacijente za tumore kostiju, personalizirani implantati od legure titana potreban je standardni tromjesečni ciklus prilagođavanja. Suprotno tome, 3D tehnologija štampanja koristi podatke o CT skeniranju kako bi se 3D model napravio i završava čitav proces, od dizajna do hirurške implantacije, za 72 sata. Peking Jishuitanska bolnica kaže da 3D ispisani implantati vezuju za kosti 40% brže od standardnih implantata, a vrijeme koje je potrebno za oporavak nakon operacije izrezano za 60%.
3. Veliki korak naprijed u nauci o materijalima: Performanse se kreću iz "općih materijala" na "funkcionalne gradijente".
Metalni 3D štampanje ne samo da menjate kako se stvari izrađuju, ali ona također mijenja način na način rada materijala. Dizajn kalupa ograničava tradicionalne tehnike lijevanja, što otežava dobijanje gradijentne distribucije materijalnih kvaliteta. Pažljivo upravljanjem kompozicije praška i unosa energije, 3D štampanje može napraviti funkcionalno gradijeve materijale (FGM). Na primjer, u turbinskim lopaticama motora zrakoplova, mijenjajući udio u niklom maselu, korijena legura na bazi Nikade čini korijen nož sposobnog za rukovanje temperaturama čak 1200 stepeni, dok vijak noževa ostaje dovoljno jak. Tradicionalne tehnike ne mogu učiniti da ovaj materijal funkcionira na način na koji to radi.
Ova sposobnost inoviranja materijala još je više razlikova u carstvu biomedicinske nauke. Univerzitetski tim Shanghai Jiao Tong stvorio je 3D ispisane porozne skele od legura titana koji savršeno odgovara elastičnom modulu ljudske kortikalne kosti mijenjanjem poroznosti (60% -80%) i veličine pora (200-500 μm). Klinički dokazi ukazuju na to da je efikasnost kostiju ovog stenta trostruko od toga konvencionalnih implantata, a pojava postoperativnih problema smanjila se ispod 5%.
4. Evolucija industrijske ekologije: obnova vrijednosti iz "Konkurencije opreme" za "Ekologiju podataka"
Industrijalizacija metalnih 3D štampanja stvara novi komercijalni ekosustav. Proizvođači opreme više ne prodaju hardver; Oni također postaju puni - lančani rješenje dobavljača "opreme + materijala + usluga". Platinum tehnologiju "Metal 3D štamparska platforma" uključuje module za nadgledanje opreme, održavajući bazu podataka o procesima i upravljanju nalozima. Kupci mogu koristiti aplikaciju da vide kako njihov tisak ide u stvarnom vremenu, a platforma poboljšava efikasnost optimizacije parametara procesa za 70%.
Ovi podaci - Promjena u okruženju je najašnije u kalupu - izrađujući industriju. Startup u Shenzhenu stvorio je inteligentni sistem kalupa koji koristi digitalnu dvokrevetnu tehnologiju i 3D štampane kalupe sa temperaturnim i pritiskom senzorima za rezanje ciklusa ubrizgavanja od 120 sekundi do 85 sekundi. Stopa kvalificiranih proizvoda porasla je sa 92% na 98,5%. Ovaj "pametni" model ispisa mijenja pravila za koliko je industrijska oprema vrijedila.
. Izazov i budućnost: prelazak iz "tehnološkog proboja" do "industrijske suradnje"
Metal 3D štampanje ima puno potencijala, ali još uvijek postoje tri velika problema koja je potrebno riješiti prije nego što se može koristiti u velikoj mjeri: prvo, koliko vam pisač radi. Trenutna brzina konstrukcije laserskog selektivnog topljenja (SLM) je oko 0,1-1kg / h, što nije dovoljno brzo za preduzeća poput automobila koji trebaju brzo napraviti mnogo stvari. Drugi problem je trošak materijala. Cijena praha od legure od titana iznosi 8000 juana po kilogramu, što je deset puta veća od cijene redovnih gredica. Treće, nema dovoljno standarda. Samo 15% 3D tiskanih stavki širom svijeta ima potpune kriterije ispitivanja.
Ovi problemi guraju tehnologiju da bi dobili novi napredak. Proces topljenja elektronskog snopa (EBSM) ubrzava konstrukciju na 5 kg / h povećanjem gustoće energije. Univerzitet Xi'an Jiaotong razvio je tehnologiju "hladno spremna 3D štampanje" koja koristi solidnu - državnu taloženju čestica za brzo izrade prototipa dijelova od legure aluminija. Ovo smanji troškove za 40% u odnosu na tradicionalne metode. Zajednička radna grupa ISO / ASTM objavila je 23 svjetska standarda za 3D štampanje koji pokrivaju cijeli proces, od materijala do obrada za testiranje.