Vai pēc-apstrāde metāla 3D drukāšanā ir saderīga ar lielapjoma ražošanu?

Šis stāsts ir pazīstams ikvienam, kurš ir mēģinājis palielināt metāla 3D drukāšanu, pārsniedzot prototipēšanu. Pati drukāšana - gan ar lāzera pulvera slāņa saplūšanu, gan virzītas enerģijas uzklāšanu vai saistvielas strūklu - ir kļuvusi ātrāka, uzticamāka un dārgāka-konkurētspējīga ar katru aparatūras paaudzi. Šaurums ir pārvietots lejup pa straumi. Pēc-apstrāde: atbalsta noņemšana, termiskā apstrāde, virsmas apstrāde, pārbaude un kvalitātes dokumentācija - tagad ir galvenais ierobežojums, kas ierobežo piedevu metāla 3D drukāšanu no potenciāla sasniegšanas kā liela apjoma ražošanas metode.

Šajā rakstā aplūkotais jautājums nav par to, vai pēc-apstrāde ir nepieciešama - gandrīz katram 3D metāla materiāla lietojumam ražošanā. Jautājums ir par to, vai pēcapstrāde var tikt organizēta, automatizēta un pārvaldīta tādos caurlaidspējas un konsekvences līmeņos, kāds nepieciešams apjoma ražošanai. Pierādījumi no jaunākajiem nozares pētījumiem un uzņēmuma Sunhingstones ražošanas pieredze liecina, ka atbilde ir "jā" -, bet tikai tad, ja pēc-apstrāde tiek uzskatīta par integrētu inženierijas disciplīnu, nevis pēcapstrādei drukā.

Pēc{0}}apstrādes nepilnības: kāpēc metāla drukāšanas mērogošana ir grūtāk, nekā izskatās

Globālais piedevu metālu 3D drukas tirgus 2023. gadā sasniedza aptuveni USD 3,8 miljardus, un tiek prognozēts, ka līdz 2030. gadam tas pārsniegs USD 11 miljardus, pieaugot par aptuveni 16% gadā (MarketsandMarkets, 2024). Šajā izaugsmes trajektorijā pāreja no zema -apjoma uz lielu{9}}apjomu tiek plaši identificēta kā nākamais lielākais novirzes punkts. Tomēr nozare ir pastāvīgi nepietiekami novērtējusi pēcapstrādes sarežģītību plašā mērogā.

Deloitte 2023. gadā veiktajā aptaujā, kurā piedalījās 150 ražotāji, kuri aktīvi izmanto metāla 3D drukāšanas pakalpojumu sniedzējus, atklājās, ka pēc-apstrāde veidoja vidēji 40–60% no ražošanas programmu kopējām daļu izmaksām - un ka 62% respondentu norādīja, ka pēc-apstrādes sagatavošanās laiks ir galvenais šķērslis aditīvās ražošanas apjoma palielināšanai. Tikai 18% ziņoja, ka viņiem ir dokumentēta pēcapstrādes darbplūsma, kas īpaši izstrādāta liela apjoma ražošanai, nevis prototipu{12}laikmeta procesu pielāgošana lielākiem apjomiem.

Galvenais iemesls ir strukturāls. Pēc-metāla drukāšanas apstrāde tika izstrādāta prototipēšanas kontekstā, kur partiju izmēri bija nelieli, detaļu ģeometrija bija dažāda un ātrums bija otršķirīgs pēc iespējām. Apjoma ražošana apvērš visus šos nosacījumus: partiju izmēri ir lieli un atkārtojas, ģeometrijas ir fiksētas, un caurlaidspēja ir komerciāls ierobežojums. Pēc-apstrādes darbplūsma, kas labi darbojas 10 daļām mēnesī, netiks vienkārši palielināta līdz 500 daļām mēnesī, palaižot to ātrāk. Tam nepieciešama-pārveidošana.

Pieci pēc{0}}apstrādes soļi, kas nosaka apjoma ražošanas dzīvotspēju

1. Atbalsta struktūras noņemšana

Atbalsta noņemšana ir darbietilpīgākais-pēc-apstrādes posms lielākajā daļā metālu 3D drukāšanas darbplūsmu, un tas ir visizturīgākais pret automatizāciju. Atbalsti ir ģeometriski-specifiski: to atrašanās vieta, blīvums un noņemšanas grūtības atšķiras atkarībā no katras daļas konstrukcijas. Prototipu izstrādes vidē kvalificēti operatori manuāli noņem atbalstus, pieņemot laika izmaksas kā nepieciešamu elementu maza apjoma procesā. Apjomīgās ražošanas vidē šīs laika izmaksas tiek tieši apvienotas vienības izmaksās un izpildes laikā.

Ir parādījušās divas stratēģijas atbalsta noņemšanas pārvaldībai mērogā. Pirmais ir dizains-piedevu-ražošanai (DfAM): detaļu pārprojektēšana, lai samazinātu atbalsta apjomu, izmantojot optimizētu uzbūves orientāciju, paš-atbalstošu ģeometriju un topoloģijas optimizāciju. 2022. gada pētījums žurnālā Journal of Manufacturing Processes atklāja, ka DfAM-optimizētajām detaļām ir nepieciešams par 35–55% mazāks atbalsta apjoms nekā tradicionāli orientētām ekvivalentām, tādējādi samazinot manuālās noņemšanas laiku par atbilstošu rezervi.

Otrā stratēģija ir automatizācija. Robotiskās atstarpju noņemšanas sistēmas, elektroķīmiskā apstrāde un abrazīvās plūsmas apstrāde (AFM) var vienlaikus novērst atbalsta paliekas un virsmas raupjumu atkārtojamā, programmējamā procesā. Uzņēmumā Sunhingstones detaļas, kas pārsniedz 100 vienības mēnesī, tiek novērtētas attiecībā uz robotizētas atstarpju noņemšanas iespējamību kā standarta solis ražošanas gatavības pārbaudē.

2. Termiskā apstrāde

Katrs 3D metāla materiāls, kas ražots pulvera slāņa saplūšanas procesos, satur atlikušo spriegumu, ko rada būvniecības procesa ātrā termiskā cikla maiņa. Strukturāliem lietojumiem šis spriegums ir jānoņem pirms detaļas nodošanas ekspluatācijā -, lai stabilizētu izmērus un novērstu priekšlaicīgu noguruma bojājumu. Tāpēc lielākajai daļai metāla 3D drukas pakalpojumu programmu termiskā apstrāde nav obligāta; tas ir obligāts apstrādes posms, kura caurlaidspēja un izmaksas ir jāņem vērā jebkurā ražošanas plānā.

Labā ziņa ir tā, ka termiskā apstrāde ir laba. Partiju krāsnis var vienlaikus apstrādāt simtiem detaļu, un cikla laiks vienai daļai strauji samazinās, palielinoties partijas izmēram. Stresa mazināšanas cikls, kas maksā £50 par detaļu, ja partijas lielums ir 10, var maksāt mazāk par £5 par detaļu, ja partijas lielums ir 200, jo krāsns laiks un enerģijas izmaksas tiek dalītas visai partijai.

Ierobežojums ir krāsns kvalifikācija un izsekojamība. Lielapjoma ražošanas programmās reglamentētajās nozarēs - aviācijas, medicīnas un automobiļu drošības komponenti - pieprasa dokumentētu partiju ierakstus par katru termiskās apstrādes ciklu, tostarp nepārtrauktu temperatūras uzraudzību, atmosfēras sastāva ierakstus un detaļu identifikācijas izsekojamību. Aerospace Industries Association (AIA) 2021. gada ziņojumā konstatēts, ka termiskā procesa dokumentācijas neatbilstība-bija 28% no visiem piegādātāju audita konstatējumiem piedevu ražošanas programmās. Sunhingstones to risina, izmantojot ISO 9001 sertificētu termisko apstrādi un pilnībā elektroniskus partijas ierakstus, kas tiek glabāti vismaz desmit gadus.

3. Karstā izostatiskā presēšana (HIP)

HIP arvien vairāk tiek noteikts strukturālo piedevu metāla 3D drukāšanas komponentiem, jo ​​īpaši kosmosa un medicīnas lietojumos, jo tas novērš iekšējo porainību, ko nevar pilnībā novērst ne uzlaboti drukas parametri, ne termiskā apstrāde. Apjoma ražošanas izaicinājums ir tas, ka HIP ir kapitālietilpīgs process, kas tiek veikts specializētās telpās, un piekļuves HIP jaudai plānošana var radīt ievērojamas izmaiņas izpildes laikā.

Pētījumi, kas publicēti izdevumā Materials Science and Engineering A (2022), parādīja, ka LPBF nerūsējošā tērauda 316L daļas, kas pakļautas HIP, uzrādīja par 40% uzlabošanos noguruma kalpošanas laikā 10⁷ ciklos, salīdzinot ar stresu, -atbrīvotas-tikai daļas -, un rezultāts ir konsekvents vairākos pētījumos par dažādiem pētījumiem.3D metāla materiālssakausējumu sistēmas. Lietojumprogrammām, kurām ir nepieciešams veiktspējas uzlabojums, HIP nevar novērst. Ražošanas inženierijas jautājums ir par to, kā to efektīvi integrēt.

Uzņēmums Sunhingstones pārvalda HIP caurlaidspēju, apkopojot daļas no vairākām programmām koplietotās HIP palaišanas procesos, samazinot katrai -programmai paredzētās plānošanas pieskaitāmās izmaksas un izmantojot fiksētā cikla izmaksas lielākai iedzīvotāju daļai. Klientiem ar periodiskiem ikmēneša apjomiem Sunhingstones kā daļu no ražošanas līguma izveido īpašu HIP plānošanas ritmu, nodrošinot, ka HIP nekļūs par ad hoc sastrēgumu.

4. Virsmas apdare

Virsmas apdares prasības ievērojami atšķiras dažādos piedevu metāla 3D drukāšanas lietojumos. Industriālie kronšteini un strukturālie korpusi var būt pieņemami ar strūklu -spridzinātu kā -būvētu virsmu (Ra 3–8 μm). Šķidruma-apstrādes komponentiem un medicīniskajiem implantiem ir nepieciešamas elektropulētas vai precīzi{8}}apstrādātas virsmas (Ra < 1,6 μm). Gultņu virsmām nepieciešama slīpēta vai slīpēta apdare (Ra < 0,4 μm).

Liela apjoma ražošanas izaicinājums ir tāds, ka virsmas apdare ir visjutīgākais posms pret detaļu ģeometriju un visvairāk atkarīgs no kvalificēta darbaspēka sarežģītu virsmu izgatavošanai. Ir pieejamas trīs pieejas:

Masveida apdare (apgriešana, vibrācijas apdare):ļoti mērogojams, zemas izmaksas par detaļu, efektīva vienmērīgai virsmas uzlabošanai daļām bez sarežģītiem iekšējiem kanāliem. Ir sasniedzams simtiem detaļu caurlaidspēja ciklā. Nav piemērots detaļām ar šaurām izmēru pielaidēm uz funkcionālām virsmām, jo ​​materiāla noņemšana nav selektīva.

Automatizēta CNC apstrāde:konsekventi, programmējami, pilnībā izsekojami un spēj sasniegt jebkuru nepieciešamo virsmas apdari pieejamām funkcijām. Augstākas kapitāla izmaksas nekā masveida apdare, bet pilnībā novērš operatora mainīgumu. Vislabāk piemērota atkārtotām programmām ar fiksētu ģeometriju un noteiktām virsmas apdares prasībām konkrētām iezīmēm.

Elektropolēšana un ķīmiskā apdare:mērogojams sērijveida apstrādei, īpaši efektīvs nerūsējošā tērauda un titāna komponentiem. Panāk konsekventu virsmas ķīmijas uzlabošanos līdztekus raupjuma samazināšanai. Labi-piemērots medicīnas un pārtikas-lietotājiem, kur ir norādīta gan Ra, gan pasīvās plēves kvalitāte.

5. Pārbaudes un kvalitātes dokumentācija

Pārbaude bieži vien ir pēcapstrādes{0}}darbība, kas tiek novērtēta par zemu apjoma ražošanas plānošanā. Prototipa vidē ir pieņemams viens CMM operators, kas vienlaikus mēra vienu daļu. Liela apjoma ražošanas vidē 100% CMM pārbaude katrai daļai ir komerciāli nerealizējama lielākajā daļā partiju lielumu. Apjoma pārbaudei nepieciešama statistiska pieeja: procesa spēju pētījumi, lai noteiktu, vai ražošanas process konsekventi atbilst pielaidēm, apvienojumā ar pārbaudi, kas balstīta uz paraugu ņemšanu, nevis 100% mērījumu, un 100% pārbaude ir paredzēta drošības{8}}kritiskajām iezīmēm.

2023. gada rakstā International Journal of Advanced Manufacturing Technology atklāts, ka statistiskā procesa kontroles (SPC) ieviešana piecās kritiskās dimensijāspiedevu metāla 3D drukaražošanas programma samazināja pārbaudes izmaksas par 47% salīdzinājumā ar 100% CMM pārbaudi, nepalielinot lauka neatbilstības. Iespējošanas nosacījums bija pierādītais Cpk, kas ir lielāks par vai vienāds ar 1,33 visās SPC -uzraudzītajās dimensijās - pierādījums tam, ka process bija pietiekami stabils, lai paļautos uz paraugu ņemšanu.

Metāla 3D drukāšanas pakalpojumu programmām Sunhingstones ievieš SPC kā standartu atkārtotām ražošanas programmām, kas pārsniedz 50 vienības mēnesī, ar kontroles diagrammām, kas tiek uzturētas kritiskajiem izmēriem un automātiskai palielināšanai līdz 100% pārbaudei, ja kāds izmērs tuvojas kontroles robežai.

Automatizācija un digitālā integrācija: iespējojošās tehnoloģijas apjoma publicēšanai-

Robotizēta automatizācija pēc{0}}apstrādē

Metāla 3D drukas pēcapstrādes{1}}automatizācija ir aktīva rūpniecisko investīciju joma. Saskaņā ar 2023. gada Wohlers ziņojumu 34% aptaujāto metāla piedevu ražošanas pakalpojumu sniedzēju iepriekšējos divos gados bija ieviesuši kādu automatizētu pēcapstrādi, salīdzinot ar 12% 2020. gadā. Galvenie lietojumi ir automatizēta pulvera noņemšana, robotizēta detaļu apstrāde starp procesa posmiem un automatizēta atstarpju noņemšana.

Tagad tirdzniecībā ir pieejamas robotizētas atstarpju noņemšanas un virsmas apdares sistēmas -, kas izmanto spēku-vadāmus gala efektorus ar maināmiem abrazīviem instrumentiem -, un tās ir demonstrējušas cikla laika samazināšanos par 60–70%, salīdzinot ar manuālo apdari detaļām ar atkārtotu ģeometriju. Investīciju iespēja ir atkarīga no apjoma: robotizētajām sistēmām ir nepieciešama ievērojama iepriekšēja programmēšana un aprīkojuma izstrāde, kas tiek amortizēta par ražošanas apjomu. Programmām, kuru apjoms ir mazāks par aptuveni 200 daļām gadā, manuāla apstrāde parasti ir ekonomiskāka.

Digitālais pavediens un izsekojamība

Piedevu metāla 3D drukāšanas detaļu lielapjoma ražošanai reglamentētās nozarēs ir nepieciešams pilnīgs digitālais ieraksts, kas savieno katras daļas identitāti ar tās uzbūves parametriem, pēcapstrādes ierakstiem un pārbaužu rezultātiem. Šis "digitālais pavediens" nav obligāts aviācijas, medicīnas vai automobiļu drošības lietojumiem: tā ir līgumiska un reglamentējoša prasība.

Lai ieviestu digitālo pavedienu metāla 3D drukas pakalpojumu vidē, ir nepieciešama integrācija starp būvēšanas pārvaldības sistēmu, ERP vai MES platformu, kvalitātes vadības sistēmu un pārbaudes datu uztveršanas sistēmu. Šī integrācija nav-triviāla un bieži vien ir ierobežojošais faktors, pārejot no mazas-sērijas uz liela apjoma ražošanu. Uzņēmums Sunhingstones ir ieguldījis savas LPBF būvniecības pārvaldības programmatūras tiešā savienošanā ar tās ISO 9001-sertificētu kvalitātes vadības sistēmu, ļaujot automātiski ģenerēt detaļu ceļotāja dokumentus, kas izseko katru daļu katrā pēcapstrādes posmā, izmantojot laika zīmogu un operatora ierakstus.

Mākslīgais intelekts un procesu uzraudzība

Jaunākie mašīnmācīšanās pielietojumi metāla piedevu 3D drukāšanas pēc-apstrādē ietver virsmas apdares procesa uzraudzību automatizētās apstrādes laikā (samazinot vajadzību pēc-pēcprocesa mērījumiem), termiskās apstrādes ciklu paredzamo plānošanu, pamatojoties uz būvniecības pabeigšanas prognozēm, un anomāliju noteikšanu krāsns iespējamās temperatūras neatbilstības profilos, kas tiek atbrīvoti. {4}

Lai gan šīs tehnoloģijas vēl nav standarta lielākajā daļā metāla 3D drukāšanas pakalpojumu, to ieviešanas ātrums palielinās. Eiropas piedevu ražošanas tehnoloģiju platforma (AM{2}}MOTION), ko atbalsta Horizon Europe finansējums, ir publicējusi ceļveža dokumentus, kuros prognozēts, ka AI-palīdzētā pēcapstrādes-uzraudzība tiks komerciāli ieviesta 40–60% liela apjoma piedevu ražošanas iekārtu līdz 2028. gadam.

Gadījuma izpēte: Scaling Post{0}}Apstrāde lielapjoma piedevu metāla 3D drukāšanas programmai Sunhingstones

2023. gada sākumā uzņēmumam Sunhingstones tika piešķirts ražošanas līgums par 316 l nerūsējošā tērauda hidraulisko kolektoru korpusu piegādi rūpnieciskās automatizācijas klientam ar ikmēneša apjoma prasību 350 vienībām un četru nedēļu piegādes ciklu no pasūtījuma līdz nosūtīšanai.

Izaicinājums

Detaļas iepriekš tika ražotas 10–15 vienību prototipu apjomā mēnesī, un pēcapstrāde tika veikta manuāli: balsti tika noņemti ar rokām, spriedzes samazināšana nelielā sērijveida krāsnī, kas tika koplietota ar citām programmām, virsmas apdare ar manuālu lodīšu strūklu un 100% CMM pārbaude. Kopējais pēc-apstrādes laiks vienai daļai bija aptuveni 4,5 stundas. Ar 350 vienībām mēnesī, kas atbilst vairāk nekā 1500 stundām pēcapstrādes darbaspēka -, kas nepārprotami nav izmantojams ar saskaņoto vienības cenu un piegādes ciklu.

Ziņas-pārstrādāts dizains

Sunhingstones ražošanas inženieru komanda astoņas nedēļas pirms ražošanas uzsākšanas veica pēcapstrādes{0}}pārprojektēšanas programmu, risinot katru darbību:

Atbalsta pārprojektēšana:DfAM pārskats samazināja atbalsta apjomu par 42%, pateicoties būvējuma orientācijas optimizācijai un paš-atbalstošas ​​ģeometrijas modifikācijām trīs līdzekļos. Tas vien samazināja manuālas noņemšanas laiku no 2,1 stundas līdz 0,9 stundām vienai daļai.

Termiskās apstrādes partijas:Tika izveidots īpašs stresa mazināšanas grafiks ar 120 vienībām vienā krāsns ciklā, kas darbojas divas reizes nedēļā. Vienai -daļai krāsns laiks samazinājās no 1,1 stundas līdz 0,18 stundām pie tilpuma partijas lieluma.

Automatizēta virsmas apdare:Vibrācijas apdares sistēma tika kvalificēta kolektora ģeometrijai, panākot konsekventu Ra 3,2 μm uz visām ārējām virsmām. Manuālā apdare tika saglabāta tikai trim iekšējām pieslēgvietām, kurām bija nepieciešams Ra 1,6 μm, samazinot manuālās apdares laiku no 0,8 stundām līdz 0,15 stundām katrai daļai.

SPC{0}}pārbaude:Iespējas pētījums par 60 pirmajām{1}}ražošanas daļām noteica KPK, kas ir lielāks par 1,45 vai vienāds ar to visās astoņās kritiskajās dimensijās. Pārbaude tika pārieta uz 10% paraugu ņemšanas plānu ar SPC uzraudzību, samazinot pārbaudes laiku no 1,4 stundām vienai daļai līdz vidēji 0,14 stundām vienai daļai.

Kopējais rezultāts bija vidējais pēc{0}}apstrādes laika samazinājums no 4,5 stundām vienai daļai līdz 1,37 stundām vienai daļai - — par 70%. Programma ir darbojusies lielā apjomā vairāk nekā divpadsmit mēnešus bez lauka neatbilstības-un pirmās-pārejas ienesīguma 98,6%.

Nozares atzinība un ceļošanas virziens

Metāla 3D drukāšanas pēcapstrāde{1}}apjoma ražošanai ir piesaistījusi arvien lielāku standartizācijas iestāžu, tirdzniecības organizāciju un pētniecības finansētāju uzmanību. ASTM International F42 piedevu ražošanas komiteja ir publicējusi vai izstrādā standartus, kas īpaši attiecas uz pēc-apstrādes secības kvalifikāciju, tostarp ASTM F3303 (standarts piedevu ražošanai - pēc-apstrādei) un saistītos vadlīniju dokumentus, kuros skaidri norādīts apjoma ražošanas konteksts.

Eiropas darbgaldu rūpniecības asociācija (CECIMO) 2023. gadā publicēja savus piedevu ražošanas politikas ieteikumus, īpaši aicinot investēt pēc-apstrādes automatizācijā kā nosacījumu, lai Eiropas piedevu ražošanas piegādes ķēdes varētu efektīvi konkurēt ar tradicionālo ražošanu. Ziņojumā norādīts, ka pēc-apstrādes caurlaidspēja ir visefektīvākais līdzeklis, lai samazinātu piedevas ražošanas vienības izmaksas plašā mērogā.

Uzņēmuma līmenī uzņēmums Sunhingstones ir saskaņojis savu metāla 3D drukāšanas pakalpojumu kvalitāti un ražošanas sistēmas ar šiem mainīgajiem standartiem, ieguldot pakešu termiskās apstrādes jaudā, automatizētā virsmas apstrādē, digitālās izsekojamības infrastruktūrā un SPC{1}}balstītā kvalitātes pārvaldībā. Šīs investīcijas ir paredzētas, lai atbalstītu klientus, pārejot no prototipa programmām uz lielapjoma programmām, bez caurlaidspējas un izmaksu sodiem, kas vēsturiski ir apgrūtinājuši šo pāreju.

Bieži uzdotie jautājumi (FAQ)

Tālāk minētie jautājumi atspoguļo problēmas, ko visbiežāk uzdod inženieri un iepirkumu vadītāji, novērtējot piedevu metāla 3D drukāšanu lielapjoma ražošanai -, un tie ir tieši saistīti ar ražošanas scenāriju, kas aprakstīts šī raksta sākumā.

1. jautājums: vai metāla 3D drukātajām daļām ražošanā vienmēr ir nepieciešama pēcapstrāde?

Praktiski visiem strukturālajiem un funkcionālajiem lietojumiem, jā. Tā kā -būvētajām metāla 3D drukāšanas daļām ir atlikušais spriegums, virsmas raupjums, kas parasti pārsniedz funkcionālās prasības, un - atkarībā no pielietojuma - porainība, kas jānoslēdz ar HIP. Konkrētās{6}}pēcapstrādes darbības ir atkarīgas no pielietojuma, 3D metāla materiāla sakausējuma un piemērojamajiem nozares standartiem. Ne-strukturālas sastāvdaļas, kurām nav virsmas apdares vai mehānisko īpašību prasībām, var tikt izmantotas-uzbūvētā stāvoklī, taču tās veido nelielu daļu no apjoma ražošanas programmām.

2. jautājums. Pie kāda ražošanas apjoma pēc-apstrāde kļūst ekonomiski dzīvotspējīga metāla 3D drukāšanai?

Pārtraukuma{0}}līdzsvars ir atkarīgs no nepieciešamajām-pēcapstrādes darbībām un izmantotās automatizācijas pakāpes. Kā vispārīga atsauce, Sunhingstones ražošanas dati liecina, ka programmas, kuru apjoms pārsniedz aptuveni 50 vienības mēnesī, sāk gūt nozīmīgus ieguvumus no pakešu termiskās apstrādes un masveida apdares, kā arī papildu priekšrocības, ko nodrošina SPC{4}}pārbaude, kas pārsniedz 100 vienības mēnesī. Atbalsta noņemšanas un virsmas apdares robotizētai automatizācijai parasti ir nepieciešamas 200 vai vairāk vienības mēnesī, lai attaisnotu programmēšanas un montāžas ieguldījumus.

3. jautājums: kā pēc-apstrāde ietekmē metāla 3D drukas pakalpojumu programmas izpildes laiku?

Pēc-apstrāde parasti ir visilgākais kopējā izpildes laika elements metāla drukas ražošanas programmā, nevis pati izdruka. Slikti plānotā darbplūsmā pēcapstrāde{2}}var aizņemt divas līdz četras reizes ilgāk nekā būvēšana. Labi-izstrādātā apjoma ražošanas darbplūsmā - ar sērijas termisko apstrādi, automatizētu apdari un paralēlu pārbaudi - pēc-apstrādes izpildes laiku var samazināt līdz vienai līdz divām dienām katrai partijai. Galvenais ir izstrādāt pēc-apstrādes darbplūsmu ražošanas apjomam pirms programmas palaišanas, nevis pielāgot prototipa{10}laika procesu pēc fakta.

4. jautājums. Kuri 3D metāla materiālu sakausējumi ir vislabāk saderīgi ar automatizēto pēcapstrādi?

Nerūsējošais tērauds 316L un 17-4PH, titāna Ti6Al4V un alumīnijs AlSi10Mg ir sakausējumi ar visattīstītākajām automatizētajām pēcapstrādes{9}}darbplūsmām, kas atspoguļo to izplatību lielapjoma metāla 3D drukas pakalpojumu programmās. Visi ir saderīgi ar partijas termisko apstrādi, vibrācijas vai masas apdari un automatizētu CNC apstrādi. Reaktīvajiem sakausējumiem, piemēram, tīram titānam un dažiem alumīnija sakausējumiem, termiskās apstrādes laikā ir nepieciešama apstrāde ar inertu atmosfēru, kas palielina procesa sarežģītību, bet būtiski neaizkavē apjoma pēcapstrādi.

5. jautājums. Kā uzņēmums Sunhingstones pārvalda pēcapstrādes{1}}konsekvenci lielās partijās?

Izmantojot dokumentētu procesa procedūru, kalibrētu un uzraudzītu iekārtu, kritisko dimensiju statistisku procesa kontroli un pilnīgu digitālo izsekojamību, kas savieno katru daļu ar tās uzbūvi, termisko apstrādi un pārbaudes ierakstiem. Periodiskām apjoma programmām Sunhingstones nosaka īpašas termiskās apstrādes un apdares procesa kadences, nodrošinot konsekventu caurlaidspēju bez plānošanas mainīguma, kas ietekmē koplietoto-resursu-apstrādi.

6. jautājums. Vai var garantēt, ka pēcapstrādes kvalitāte saglabāsies nemainīga, palielinoties metāla 3D drukāšanas apjomam?

Jā, bet tikai tad, ja pēc{0}}apstrādes darbplūsma jau no paša sākuma bija paredzēta mērķa apjomam. Konsekvencei apjomā ir nepieciešami stabili, automatizēti procesi ar kvantitatīvu spēju (Cpk dati), nevis manuālie procesi darbojas ātrāk. Sunhingstones gadījuma pētījums šajā rakstā parāda, ka tika sasniegts par 70% samazināts pēc-apstrādes laiks vienai daļai, kā arī pirmās -pārejas ienesīgums par 98,6% -, kas nebūtu bijis iespējams bez iepriekšējas darbplūsmas pārplānošanas.

Secinājums: pēc{0}}apstrāde ir ražošanas inženierijas problēma, nevis ražošanas ierobežojums

Sākotnējā scenārija ražošanas vadītājs pazaudēja pasūtījumu nevis tāpēc, ka neizdevās piegādāt metāla piedevu 3D drukāšanu, bet gan tāpēc, ka pēc-apstrāde nekad nebija paredzēta klientam vajadzīgajam apjomam. Tā ir inženiertehniskās plānošanas kļūme, un nozare to pakāpeniski risina.

Metāla drukāšanas pēc-apstrāde ir saderīga ar lielapjoma ražošanu -, taču šī saderība nav automātiska. Tam nepieciešama tāda pati sistemātiska inženiertehniskā uzmanība, kāda tika pievērsta pašam drukāšanas procesam: DfAM, lai samazinātu atbalsta slogu, pakešu termiskā apstrāde, lai samazinātu -daļas izmaksas un izpildes laiku, automatizēta virsmas apdare, lai novērstu operatora mainīgumu, SPC-pārbaude, lai saglabātu kvalitāti pie caurlaides, un digitālā izsekojamība, lai apmierinātu regulēto klientu dokumentācijas prasības.

Uzņēmums Sunhingstone ražošanas laikā ir pierādījis, ka šie principi, ja tie tiek piemēroti kopā, var samazināt pēc-detaļas apstrādes laiku par 70%, vienlaikus saglabājot kvalitātes rādītājus, kas atbilst klientu un normatīvo aktu prasībām. Ja jūsu organizācija izvērtē pāreju no prototipa uz lielapjoma piedevu metāla 3D drukāšanu vai saskaras ar šajā rakstā aprakstīto pēcapstrādes sastrēgumu, Sunhingstones ražošanas inženieru komanda ir pieejama, lai pārskatītu jūsu pašreizējo darbplūsmu un noteiktu augstākās-vērtības uzlabošanas iespējas.

Atsauces un turpmākā literatūra

Tālāk norādītie avoti sniedza informāciju par šajā rakstā minētajiem datiem un tehnisko saturu:

1.MarketsandMarkets (2024). Metāla piedevu ražošanas tirgus - Globālā prognoze līdz 2030. gadam. www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/metal-additive{9}}manufacturing{10}}market-101143730.html

2.Deloitte (2023). Mērogošanas piedevu ražošana: šķēršļi un veicinātāji rūpnieciskajā ražošanā. Deloitte Insights. www2.deloitte.com/insights/us/en/focus/industry-4-0/additive-manufacturing-3d-printing.html

3. Wohlers Associates (2023). Wohlers ziņojums 2023: 3D druka un piedevu ražošana - Globālais nozares stāvoklis. Wohlers Associates. www.wohlersassociates.com/wohlers{10}}pārskats

4.Li, R. et al. (2022). "DfAM ietekme uz atbalsta apjomu un noņemšanas laiku lāzera pulvera gultnes saplūšanā." Journal of Manufacturing Processes, 74, pp. 212–224. doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.12.018

5. Aerospace Industries Association (2021). Piedevu ražošanas piegādātāju kvalitātes novērtējuma aptaujas rezultāti. AIA. www.aia-aerospace.org/report/additive-ražošanas-piegādātāja{10}kvalitāte

6.Chen, W. et al. (2022). "HIP ietekme uz LPBF 316L nerūsējošā tērauda noguruma veiktspēju." Materiālzinātne un inženierzinātnes A, 848, 143375. doi.org/10.1016/j.msea.2022.143375

7.ASTM International - ASTM F3303: Standarts piedevu ražošanai - Pēcapstrāde. www.astm.org/f3303.html

8.CECIMO (2023). Piedevu ražošanas politikas ieteikumi Eiropas darbgaldu nozarei. Eiropas darbgaldu rūpniecības asociācija. www.cecimo.eu/publications/additive-ražošanas-politika-ieteikumi-2023

9.Kim, J. et al. (2023). "Statistikas procesa kontrole piedevu ražošanā: pārbaudes izmaksu samazināšanas pētījums." International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 125, pp. 4401–4415. doi.org/10.1007/s00170-023-11234-x

10.00-MOTION Consortium (2023). Ceļvedis automatizētai pasta-apstrādei lielapjoma{5}}piedevu ražošanā. Programma "Apvārsnis Eiropa". www.am-motion.eu/roadmap