Kā pielietot metāla 3D drukāšanu automobiļu veidņu rūpniecībā?

一, tehnoloģiskais izrāviens: no "sarežģītas struktūras ražošanas" līdz "veiktspējas pielāgošanai"
Metāla 3D drukas galvenais ieguvums ir tas, ka ar to var izgatavot lietas ar "bezmaksas dizainu" un "materiālu struktūras veiktspējas integrāciju". Selektīvā lāzera kausēšana (SLM) un elektronu staru kausēšana (EBM) ir divas metodes, ko var izmantot metāla pulveru salikšanai slāni pa slānim, lai izveidotu sarežģītus ģeometriskus modeļus. Tas ir liels uzlabojums salīdzinājumā ar veidņu formu standarta apstrādi.
1. Elastīgs dzesēšanas kanāls: milzīgs solis uz priekšu veidņu veiktspējai
Iesmidzināšanas un presliešanas veidņu dzesēšanas efektivitātei ir tieša ietekme uz produkta liešanas procesa kvalitāti un ciklu. Lielāko daļu laika dzesēšanas ūdens kanāli tradicionālajās veidnēs ir taisni, tāpēc ir grūti pielāgoties veidņu dobuma virsmai. Tas izraisa nevienmērīgu dzesēšanu un maina izstrādājuma formu. Metāla 3D drukāšana var izveidot neregulārus ūdensceļus, piemēram, spirāles un biomimētiskos koku zarus. Tas vairāk nekā trīs reizes palielina kontakta laukumu starp dzesēšanas šķidrumu un veidnes dobumu, samazina dzesēšanas ciklu uz pusi un palielina produkta sertifikācijas līmeni līdz vairāk nekā 99%. Piemēram, uzņēmums izmantoja 3D drukāšanas tehnoloģiju, lai izgatavotu dzinēja cilindru galvas presformas.{9}} Tas saīsināja ražošanas laiku no 2 mēnešiem līdz 2 nedēļām, palielināja veidņu kalpošanas laiku līdz vairāk nekā 100 000 reižu un ieguva 100% produkta iznākuma līmeni.
2. Viegla struktūra: veidņu "svara samazināšana un efektivitātes uzlabošana".
Automobiļu veidnēm ir jāspēj izturēt ļoti augstu temperatūru un spiedienu. Lai pārliecinātos, ka tie ir izturīgi, tradicionālajos dizainos parasti tiek izmantotas cietas konstrukcijas. Tas padara veidni smagu un piešķir tai lielu inerci, kas padara apstrādi mazāk precīzu un mazāk efektīvu. Izmantojot topoloģijas optimizācijas tehnoloģijas, metāla 3D drukāšana var padarīt veidni par 20% līdz 30% vieglāku, vienlaikus saglabājot tās robustumu. Piemēram, kāds autobūves uzņēmums ražo veidnes alumīnija sakausējuma elektriskās piedziņas korpusam, izmantojot 3D drukas tehnoloģiju. Izmantojot integrētu liešanu un projektējot ļoti plānas sienas, korpusa svars tiek samazināts par 20%, apstrādes process tiek samazināts par 50%, un materiālu izmantošanas līmenis palielinās par 40%.
3. Lielas izmaiņas materiālu darbībā: pāreja no “universalizācijas” uz “scenārijiem”
Jaunie metāla 3D drukas materiāli dod iespēju izgatavot veidnes, kas darbojas dažādos veidos. Varat izmantot standarta H13 instrumentu tēraudu, augstas-entropijas sakausējumus vai funkcionālus materiālus ar gradientu, lai izgatavotu 3D-drukātas veidnes, kas ir cietākas, izturīgākas pret nodilumu un koroziju un ir labākas dažādām vajadzībām. Piemēram, uzņēmums ir izgatavojis ar nano volframa karbīdu pastiprinātu H13 tērauda pulveri, kas padara veidni cietāku pret HRC 60, vienlaikus saglabājot tās lielisko izturību. Tas atbilst gaisa kuģu dzinēju turbīnu disku veidņu augstās temperatūras un augsta spiediena vajadzībām.
2. Lietojumprogrammu scenāriji: no "prototipa validācijas" līdz "liela-apjoma ražošanai"
Metāla 3D drukas veidnēm ir atšķirīga izmaksu struktūra nekā tradicionālajām metodēm. Iekārtu un materiālu cenas ir augstākas, bet veidņu projektēšanas, izmēģinājuma ražošanas un modifikācijas soļi vairs nav nepieciešami. Kopējās izmaksas samazinās, palielinoties ražošanas partijas lielumam. Šobrīd to var izmantot trīs galvenajās situācijās:
1. Sarežģītas struktūras veidnes: tradicionālās ražošanas ierobežojumu pārvarēšana
3D drukāšana var ievērojami paātrināt izstrādes ciklu veidnēm ar smalku tekstūru, dziļiem tukšumiem vai upēm, kas nav taisnas. Piemēram, viens uzņēmums izmanto 3D drukāšanu, lai izgatavotu apavu zoles raksta štancēšanas veidnes. Tas samazina laiku, kas nepieciešams no projektēšanas līdz piegādei, no sešām nedēļām līdz desmit dienām un ļauj personalizēti pielāgot, lai tas atbilstu mazu daudzumu un plaša produktu klāsta vajadzībām. COMAC C929 izmanto SLM, lai drukātu titāna sakausējuma spārnu atbalsta veidnes aviācijas un kosmosa biznesā. Tas padara veidnes daudz vieglākas un stiprākas.
2. Veidnes ar lielu pievienoto vērtību: tās garantē gan veiktspēju, gan precizitāti.
Jaunu enerģijas transportlīdzekļu jomā pamata detaļu, piemēram, akumulatoru un motoru, veidnēm ir jābūt ļoti precīzām un labi jāstrādā. 3D drukāšanas tehnoloģija var izgatavot veidnes ar vienreizēju-formēšanu, kas novērš defektu veidošanos, ja veidnes vairākas reizes saspiež ar skavām tradicionālajās procedūrās. Piemēram, jauns enerģijas transportlīdzekļu uzņēmums ir izmantojis 3D drukāšanas tehnoloģiju, lai izveidotu integrētas šasijas formēšanas veidnes, kas samazina metināšanas darbības, padara transportlīdzekļus izturīgākus un paātrina veidņu izstrādes ciklus par 80%.
3. Veidņu remonts un atkārtota ražošana: izmaksu samazināšana visā dzīves ciklā
Lai salabotu veidni vecmodīgi,-izgriežot bojātos slāņus, izmantojot vadu un elektrisko izlādi, un pēc tam atkal sametināt kopā. Tas aizņem ilgu laiku un maksā daudz naudas. 3D drukāšanas tehnoloģija var veikt "precīzu remontu" veidnes bojātajās vietās, un lāzera pārklājuma nogulsnēšanas (LC) tehnoloģija var ātri atjaunot veidni tā sākotnējā izmērā un veiktspēju. Piemēram, viens uzņēmums izmantoja LC tehnoloģiju, lai nostiprinātu štancēšanas veidnes dobuma virsmu. Tas saīsināja remonta laiku no 7 dienām uz 2 dienām, samazināja izdevumus par 50% un atjaunoja veidnes sākotnējo precizitāti.
3, tendences nozarē: pāreja no "tehnoloģiskās aizstāšanas" uz "ekoloģisko pārstrukturēšanu"
Lai padarītu metāla 3D drukas veidnes izplatītākas, mums jāpārvar trīs lielas problēmas: materiālu izmaksas, procesa standartizācija un aprīkojuma stabilitāte. Šobrīd nozare cenšas izmantot tehnoloģiju šādos veidos:
1. Jauni materiāli: atvieglo lietošanu
Jaunu metāla pulveru izpēte un izstrāde strādā, lai atrastu līdzsvaru starp zemām izmaksām un labu veiktspēju. Piemēram, uzņēmums izgatavoja bio-neilona PA11 materiālu, ekstrahējot rīcinaugus. Tas samazina izmaksas par 30% salīdzinājumā ar tradicionālajām inženiertehniskajām plastmasām, vienlaikus saglabājot lieliskas mehāniskās īpašības, padarot to ideāli piemērotu automašīnu salonu veidņu izgatavošanai. Jaunu materiālu, piemēram, augstas-entropijas sakausējumu un funkcionālo materiālu ar gradientu, izpēte un izstrāde ļaus izmantot arī 3D-drukātās veidnes situācijās, kad tām ir jāiztur augsta temperatūra un korozija.
2. Inteliģenta ražošana: padarot lietas ātrākas un precīzākas
AI parametru optimizācija un tiešsaistes uzraudzības tehnoloģijas var mainīt drukāšanas iestatījumus reāllaikā, lai atbrīvotos no kļūmēm. Piemēram, uzņēmums ir izlaidis automātiskās potēšanas funkciju, kas, izmantojot etalona atrašanās vietu, saglabā veidņu savienošanas kļūdu 0,05 mm robežās. Tādējādi ir iespējams masveidā-ražot lielas veidnes. IoT tehnoloģija var arī ļaut pārraudzīt un salabot vienumus no attāluma, kas samazina to ekspluatācijas un uzturēšanas izdevumus un padara tos uzticamākus.
3. Kopīgs darbs industriālajā ķēdē, lai izveidotu atvērtu ekoloģiju
Uzņēmumi, kas ražo iekārtas, piegādā materiālus un izgatavo veidnes, strādā kopā, lai radītu pilnīgu risinājumu “aparatūra+materiāli+pakalpojumi”. Piemēram, viens uzņēmums piedāvā pilnu risinājumu “aprīkojums+process+palīgmateriāli”. Tā UM600MT aprīkojumam ir formēšanas izmērs 400 mm × 600 mm × 500 mm, kas ir pietiekami liels, lai drukātu milzīgas automašīnu veidnes. Turklāt mākoņa platforma sasaistītu dizaina resursus no visas pasaules ar ražošanas mezgliem dažādās jomās, radot jaunu biznesa modeli, ko sauc par "vietējo drukāšanu un globālo izplatīšanu".