Vai metāla 3D drukāšana var samazināt izejvielu atkritumus?

一, materiālu izšķērdēšanas problēma tradicionālajā ražošanā
Tradicionālā metāla apstrāde izmanto "atņemšanas ražošanas" paradigmu. Tas nozīmē, ka materiālu atkritumi iziet cauri visai ražošanas ķēdei. Piemēram, veidojot automobiļu motora cilindru blokus, tradicionālajai smilšu liešanai ir nepieciešams metāla šķidrums, kas ir vairāk nekā trīs reizes lielāks par dizaina svaru. Sekojošās procedūras laikā tiks izgatavoti daudz metāla mikroshēmu. Statistika rāda, ka griešanas procedūras pasaules rūpniecības nozarē katru gadu rada vairāk nekā 200 miljonus tonnu metālu atkritumu. Tikai Ķīnā apstrādes laikā katru gadu tiek izšķiesti apmēram 30 miljoni tonnu metāla resursu.
Materiālu atkritumu problēma ir īpaši izplatīta precizitātes komponentu ražošanas jomā. Kad noteikts aviācijas komponents uzņēmums izmanto piecus - ass savienojuma apstrādi, lai izgatavotu titāna sakausējuma asmeņus, tiek izmantots mazāk nekā 25% no katra produkta materiāla, bet pārējie 75% tiek izšķērdēti kā mikroshēmas. Šis veids, kā padarīt lietas, patērē daudz enerģijas un rada daudz emisiju, kas ļoti atšķiras no oglekļa neitralitātes mērķa visā pasaulē.
2, precīzs veids, kā darbojas metāla 3D drukāšana
1. Digitālās slāņainas sedimentācijas tehnoloģija
Metāla 3D drukāšanā tiek izmantota selektīvās kušanas (SLM) vai elektronu staru kūļa (EBM) tehnoloģija, lai 3D modeli sagrieztu plānos slāņos 20–100 μm un izkausētu metāla pulvera slāni pa slāni. Šis "no nulles" būvniecības process ļauj materiāliem tikai apmesties tur, kur viņiem nepieciešams. Platinum Technology padarīja titāna sakausējuma centrālo spārnu malas sloksni C919 lidmašīnai. Tas ir par 40% vieglāks, jo topoloģijas optimizācijas dizains, un tas izmanto 92% materiāla, kas ir daudz labāks nekā tipiskais kalšanas procesa 65%.
2. Cirkulējošā pulvera sistēma slēgtā cilpā
Mūsdienu metāla 3D drukas mašīnām ir iebūvētas viedās pulvera pārstrādes ierīces, un pulveri, kas neizkausējas, var atkal izmantot pēc ekrāna. Ar slēgtu - cilpas pulvera pārvaldības sistēmu GE Aviation ir paaugstinājis materiāla pārstrādes ātrumu līdz 95%, lai veiktu degvielas sprauslas lēciena motoriem. Tas samazina pulvera izmantošanu par 80%, salīdzinot ar vecajām metodēm. Optimizējot pulvera sadales īpašības, medicīnisko ierīču uzņēmums var samazināt pulvera daudzumu, kas nepieciešams, lai viena ortopēdiska implanta izgatavošana no 1,2 kg līdz 0,3 kg.
3. Struktūra ar caurumiem un režģa dizains
Metāla 3D drukāšana tiek pārraidīta ar tradicionālajām cietām konstrukcijām un var padarīt vieglas ēkas ar dobu interjeru. Airbus A350XWB lidmašīnā tiek izmantota 3D drukāta titāna sakausējuma kronšteins, kas ietaupa svaru par 30%, vienlaikus saglabājot stiprumu, izmantojot biomimētisko punktu matricas dizainu, katru gadu ietaupot vairāk nekā 2 miljonus USD degvielas izdevumu par lidmašīnu. 3D drukātu porainu titāna sakausējuma acetabulāro kausu porainība var tuvoties 80% medicīnā. Tas nozīmē, ka tiek izmantots mazāk materiāla un kaulu šūnas var attīstīties ātrāk.
3, tehnoloģiskie sasniegumi, kas noveda pie materiālās revolūcijas
1. Drukāšanas tehnoloģija ar vairākiem materiāliem
Jaunākā lāzera metāla nogulsnēšanās (LMD) tehnoloģija var drukāt titānu un alumīnija sakausējumus gradienta modelī. Viens kosmiskās aviācijas bizness izmanto šo tehnoloģiju, lai izveidotu raķešu degvielas tvertnes. Tas ietaupa 45% no materiālu cenām, vienlaikus pārliecinoties, ka tvertnes var rīkoties ar augstu temperatūru. Šī spēja sakausēt dažāda veida materiālus ļauj dizaineriem precīzi piešķirt resursus, pamatojoties uz to, cik lielu stresu katra daļa būs zem, kas aptur materiālos atkritumus, ko rada "pārmērīgs dizains" tradicionālajās metodēs.
2. Dizains ar mākslīgā intelekta palīdzību
Siemens Industrial programmatūras NX AM modulis var automātiski izveidot labāko topoloģijas struktūru. Projektējot motora korpusu jaunam enerģijas transportlīdzekļu uzņēmumam, šī tehnoloģija izmantoja ģeneratīvo dizainu, lai samazinātu materiālu izmantošanu par 60% un uzlabotu siltuma izkliedes efektivitāti par 25%. Šī algoritma - balstīta projektēšanas metode maina veidu, kā ražotāji domā, kā iegūt labāku sniegumu ar mazāku materiālu.
3. Metālu metālu atkārtota izmantošana un pārstrāde
Zviedrijas bizness H Ö Gan ä S izgatavoja atomu tehnoloģiju, kas var pārvērst metāla mikroshēmas tieši sfēriskos pulveros ar daļiņu lieluma diapazonu no 15 līdz 45 μm. Noteikta automobiļu komponentu firma tagad, pateicoties šai tehnoloģijai, katru gadu katru gadu pārstrādā 2000 tonnas atkritumu mikroshēmas. Tas ir tāds pats kā oglekļa dioksīda izmešu samazināšana par 12000 tonnām. Šī "pilsētas kalnrūpniecības" paradigma padara 3D drukāšanu ar metālu par galveno apļveida ekonomikas daļu.
4, Empīriskais pētījums par nozares lietojumprogrammu priekšrocībām
1. Aerosposma lauks
Izmantojot 3D drukāšanas tehnoloģiju, Rolls Royce ir apvienojis vairāk nekā 2000 gabalus 20 Trent XWB motoram. Tas ir palielinājis materiālu izmantošanu no 15% līdz 85%. Sagriežot viena motora svaru par 300 kg, aviosabiedrības degvielai var ietaupīt vairāk nekā 500 000 USD.
2. Medicīnisko implantu veidošana
Johnson & Johnson DePuy Synthes izdrukāja kobalta hroma sakausējuma gūžas locītavu, kas ir padarījusi piemērotību starp protēzi un pacienta kaulu gultu par 90% labāku, izmantojot personalizētu dizainu un samazinot materiālus, ko izmanto 40%. Šāda veida precīzas zāles ne tikai padara ārstēšanu efektīvāku, bet arī izmanto mazāk resursu.
3. Jauni veidi, kā izgatavot veidnes
Noteikts uzņēmums, kas veido sadzīves tehniku, izmanto 3D drukas veidnes ar konformāliem dzesēšanas ūdens kanāliem. Tas samazina iesmidzināšanas veidnes ciklu par 40% un vienas veidnes izmaksas no 80 000 juaņas līdz 30 000 juaņu. Šī jaunā tehnoloģija ir revolūcija, kā tradicionālā pelējuma industrija veido lietas, kas agrāk bija "lieli daudzumi un gari cikli".