Kuidas muudab metalli 3D -printimine traditsioonilist tööstussüsteemi?

1. nihe tootmisloogika: paradigma nihkumine "lahutamisest" "lisaks"
Traditsiooniline asjade valmistamise viis põhineb "materiaalse eemaldamise" ideel. Näiteks moodustab CNC töötlemine järk -järgult kogu metallist tooriku, jahvatades ja puurides. Materjali kasutamise määr on tavaliselt alla 60%. Metalli 3D -printimine kasutab lisaainete tootmistehnoloogiat, mida nimetatakse "kihi kihi by kihi virnastamisega". See meetod sulatab metallipulbri laseriga või elektronkiirega ja muudab 3D -mudeli otse tahketeks esemeteks. Kasutatavate materjalide protsent võib ületada 90%.
Lennukimootorite ehitamine on suurepärane näide sellest mõtlemismuutusest. GE Aviationi hüppe mootori kütuse otsik koosneb 20 elemendist, mis on kokku trükitud, et saada üheks tervikuks. See vähendab kaalu 25% ja suurendab kütusesäästu 15%. Kuus kuud kestnud hallituse arendustsükkel on vähendatud kolme nädalani, mis tähendab, et toote iteratsiooni tempo on tõusnud kaheksa korda. See "kujundus kui tootmise" funktsioon trotsib täielikult vana reeglit, mille kohaselt "tootmine määrab disaini". See võimaldab luua ka kergeid disainilahendusi nagu topoloogia optimeerimine ja võre struktuur.
2. Tarneahela ümberkorraldamine: paindlik muutus "skaalatootmise "lt" nõudluse ajendiks ".
Metalli 3D -printimine muudab tööstuslike tarneahelate ehitamise viisi. Traditsioonilises tootmises kasutatav mudel "ennustamise tootmise inventuur" on lineaarne . 3 d printimine seevastu "on" - nõudluse tootmise "võimalustel, kuna see suudab mitmes kohas asju toota. BMW Group on ehitanud autoosade jaoks maailma esimese 3D -prinditud digitaallao. See võimaldab 20 tootmisbaasi kogu maailmas reaalajas teha, jagades pilve kaudu disainifaile, mis vähendab varude kulusid 95%.
Meditsiinipiirkonnas on selline nihe häirivam. Luukasvajaga patsientide jaoks vajavad isikupärastatud titaansulamiimplantaadid standardset 3-kuulist kohandamistsüklit. Seevastu 3D -printimistehnoloogia kasutab 3D -mudeli valmistamiseks CT -skaneerimise andmeid ja lõpetab kogu protsessi, alates disainist kuni kirurgilise implanteerimiseni, 72 tunniga. Pekingi Jishuitani haigla ütleb, et 3D -trükitud implantaadid seovad 40% -lisest luust kui tavalise implantaadiga ja aeg, mis kulub pärast operatsiooni taastumiseks, vähendatakse 60%.
3. Materjaliteaduses suur samm edasi: jõudlus liigub "üldmaterjalidest" funktsionaalsete gradientideni.
Metalli 3D -printimine ei muuda mitte ainult asjade valmistamise, vaid see muudab ka materjalide uurimise toimimise viisi. Hallituse kujundus piirab traditsioonilisi valamise tehnikaid, mis raskendab materiaalsete omaduste gradiendi jaotust. Pulbri kompositsiooni ja energiasisendi hoolikalt haldades võib 3D -printimine teha funktsionaalselt sorteeritud materjale (FGM). Näiteks õhusõidukite mootorite turbiini labades muudab koobalti ja alumiiniumi osakaal niklis - põhineva sulamipulbris, terade juure suutlikuks käsitseda temperatuuri koguni 1200 kraadi, samas kui tera ots püsib piisavalt tugevana. Traditsioonilised tehnikad ei saa seda materjali toimima nii, nagu ta seda teeb.
See materjalide uuendamise võime on biomeditsiiniteaduse valdkonnas veelgi murrangulisem. Shanghai Jiao Tongi ülikooli meeskond lõi 3D -trükitud poorse titaanisulami luude karkassid, mis vastab suurepäraselt inimese kortikaalse luu elastsele moodulile, muutes poorsust (60%–80%) ja pooride suurust (200–500 μm). Kliinilised tõendid näitavad, et selle stendi luu juhtivuse efektiivsus on kolmekordselt rohkem kui tavalistel implantaatidel ja operatsioonijärgsete probleemide esinemine on vähenenud alla 5%-ni.
4. tööstusökoloogia areng: väärtuse taastamine "seadme konkurentsist" kuni "andmeökoloogia"
Metalli 3D -printimise industrialiseerimine loob uue kaubandusliku ökosüsteemi. Seadmete valmistajad ei müü enam ainult riistvara; Need on muutumas ka täielikuks - ketilahenduse tarnijad "seadmed+materjalid+teenused". Platinum Technology "Metal 3D -printimise pilveplatvorm" sisaldab seireseadmete mooduleid, protsesside andmebaasi hoidmist ja tellimuste haldamist. Kliendid saavad rakendust kasutada, et näha, kuidas nende printimine reaalajas läheb, ja platvorm parandab protsessi parameetrite optimeerimise tõhusust 70%.
Need andmed - ajendatud muutused keskkonnas on hallituses - kõige selgem tööstuse muutmine. Shenzhenis asuv käivitus on loonud intelligentse hallitussüsteemi, mis kasutab digitaalset kaksikute tehnoloogiat ja 3D -trükitud vorme temperatuuri- ja rõhuanduritega, et lõigata sissepritsevormi tsükkel 120 sekundilt 85 sekundini. Kvalifitseeritud toodete määr on kasvanud 92% -lt 98,5% -ni. See "nutikas" trükimudel muudab reegleid, kui palju tööstusseadmeid väärt on.
5. Väljakutse ja tulevik: liikumine "tehnoloogilisest läbimurdest" "tööstusliku koostöö" juurde
Metalli 3D -printimisel on palju potentsiaali, kuid veel on kolm suurt probleemi, mis tuleb lahendada enne, kui seda saab suures plaanis kasutada: esiteks, kui hästi printer töötab. Laservalikulise sulamistehnoloogia (SLM) praegune ehituskiirus on umbes 0,1-1 kg/h, mis pole piisavalt kiire ettevõtetele, nagu autod, mis peavad palju asju kiiresti tegema. Teine probleem on materjalide kulud. Titaansulamipulbri hind on 8000 jüaani kilogrammi kohta, mis on kümme korda suurem kui tavaliste kangide hind. Kolmandaks, standardeid pole piisavalt. Ainult 15% 3D -trükitud esemetest kogu maailmas on täielikud testimiskriteeriumid.
Need probleemid suruvad tehnoloogiat uute edusammude tegemiseks. Elektronkiire sulamisprotsess (EBSM) kiirendab ehitust 5 kg/h, suurendades energiatihedust. Xi'an Jiaotong University töötas välja tehnoloogia "Cold Spray 3D -printimise" tehnoloogia, mis kasutab tahket - oleku osakeste sadestumist, et kiiresti valmistada alumiiniumsulamist. See vähendab kulusid 40% võrreldes traditsiooniliste meetoditega. ISO/ASTM -i ühine töörühm on avaldanud 3D -printimise jaoks 23 ülemaailmset standardit, mis hõlmavad kogu protsessi, materjalidest protsessideni kuni testimiseni.