Яка частка подальшої-обробки після 3D-друку металу в загальній вартості виробництва?

一, Частини, які складають витрати-за обробку, та їх основні частини
Існує чотири основні технологічні модулі, які складають пост{0}}обробку металу 3D-друку: видалення матеріалу, термічна обробка, обробка поверхні та зміцнення конструкції. Кожен модуль має такі витрати, як обладнання, використання енергії та робоча сила.

Зняття матеріалів: це включає зняття опорної конструкції, завершення поверхні та фіксацію розмірів. Наприклад, після друку поверхня проточного каналу на лопатях авіаційних двигунів має бути дзеркально відполірована за допомогою п’яти{1}}осьового обробного центру. Виробництво одного виробу може зайняти багато годин, і значна частина цих витрат припадає на обладнання та робочу силу.
Термічна обробка - це процес зняття внутрішньої напруги і поліпшення структури зерен. Це можна зробити за допомогою відпалу, твердого розчину + старіння та гарячого ізостатичного пресування (HIP). Вакуумний відпал зменшує залишкову напругу на 80% після друку ортопедичного імплантату з титанового сплаву. Однак для цього потрібна спеціальна вакуумна піч і довготривала-ізоляція, що становить значну частину витрат енергії.
Обробка поверхні: методи включають піскоструминну обробку, гальванічне покриття, лазерне наплавлення, мікродугове оксидування та інші, які покривають поверхню. Після друку кронштейна для нової акумуляторної батареї транспортного засобу, обробка мікродуговим окисленням підвищила його стійкість до корозії в випробуванні соляним туманом до понад 1000 годин. Однак витрати на хімікати та обслуговування обладнання були досить дорогими.
Структурне посилення, таке як армування волокнами, градієнтний дизайн матеріалу та оптимізація структури решітки. Друковані деталі певного клапана ядерної електростанції мають градієнтну структуру зі сплаву-нержавіючої сталі на основі нікелю. Для цього потрібен комплексний процес із -су-друкування та термічної обробки на кількох матеріалах. Технічна складність робить дослідження, розробки та пробне виробництво дорожчими.
2. Дані галузі та тематичні дослідження щодо відсотка витрат на -обробку
1. Дослідження структури витрат у стандартних галузях
В аерокосмічній галузі, наприклад, каркас паливного бака певного ракетного двигуна коштує приблизно 40% на друк, 35% на -обробку (15% на обробку HIP, 12% на фрезерування з ЧПУ та 8% на анодування) і 25% на закупівлю матеріалів. Великий відсоток витрат на до-обробку пояснюється тим, що деталі мають добре працювати в дуже суворих умовах, а це означає, що вони мають пройти багато етапів, щоб переконатися, що вони надійні.
Що стосується медичних пристроїв, вартість подальшої-обробки спеціального імплантату тазостегнового суглоба з титанового сплаву після друку становить близько 28 % (термічна обробка коштує 12 %, полірування – 10 %, а вартість стерильного пакування – 6%). Вартість матеріалів становить 35%, а вартість проектування та валідації – 37%. Відсоток витрат після-обробки не дуже великий, але вимоги до шорсткості поверхні (Ra < 0,2 мкм) і біосумісності означають, що потрібна високо{11}}точна механічна обробка та спеціальна обробка.
У світі споживчої електроніки: наприклад, вартість друку сувою шарніра мобільного телефону зі складаним екраном становить 55%, вартість-обробки становить 25% (10% для видалення опори, 8% для термічної обробки та 7% для піскоструминної обробки поверхні), а вартість матеріалів становить 20%. Ефект масштабу масового виробництва має великий вплив на відсоток витрат-на обробку. У міру того, як обсяг виробництва зростає, вартість одиниці продукції знижується.
2. Як вибір процесу впливає на витрати після обробки
Процес плавлення шару порошку (PBF): відсоток витрат на -після обробки зазвичай значний, оскільки під час процесу друку потрібно додавати опорні конструкції. Коли ви використовуєте технологію SLM для друку певної частини конструкції літака, 30% вартості припадає на видалення опори та полірування поверхні. Якщо ви використовуєте технологію EBM без опорної структури, ці витрати знижуються до 15%.
Процес адгезивного струменю (BJ) робить можливим майже{0}}формування сітки шляхом знежирення та спікання необробленого тіла після друку. Це значно скорочує витрати на до-лікування. Після друку втулки автомобільного колеса за технологією BJ вартість пост-обробки становить лише 12% (переважно термічна обробка та невелика механічна обробка). Це більш ніж на 50% менше, ніж вартість пост-обробки за технологією PBF.
Процес спрямованого осадження енергії (DED): підходить для фіксації великих шматків і підготовки до нанесення покриття; вартість пост{0}}обробки залежить від товщини шару друку. Коли товщина друкованого шару певного механізму гірничого обладнання становить 1 мм, вартість пост-обробки становить лише 8%. Але коли товщина шару зменшується до 0,3 мм, вартість полірування зростає до 15%, тому що поверхня стає більш шорсткою.
3. Елементи, які впливають на частку витрат-на обробку, і найкращий спосіб їх змінити
1. Перевірка елементів мотивації
Вимоги до роботи матеріалів. Високоефективні матеріали, такі як високо{0}}температурні сплави та титанові сплави, вимагають обробки HIP, щоб усунути пори, що може становити до 20–30% від загальної вартості.
Наскільки складна деталь: багато{0}}осьова обробка та спеціальне випробування потрібні для таких складних елементів, як внутрішні канали потоку та гратчасті структури. Після друку певної лопаті авіаційного двигуна тестування КТ коштує 25% від загальної вартості пост{3}}обробки.
Серійний масштаб: у сфері споживчої електроніки, коли обсяг однієї партії друку перевищує 10 000 штук, відсоток витрат на -обробку можна знизити з 30% до 15%. Це в основному через автоматизовані виробничі лінії та процес твердіння.
Технологічна зрілість: різниця в точності та стабільності між обладнанням, виробленим у США, та обладнанням, виробленим в інших країнах, означає, що після обробки на обладнанні, виробленому-в США, потрібно виконати на 10–15% більше роботи, що опосередковано підвищує витрати.
2. Пошук найкращого способу оптимізації
Інноваційний процес: використання таких технологій, як регіональний друк і двонаправлений розподіл порошку, щоб зробити друк ефективнішим і потребувати менше допоміжних структур. Одна компанія вдосконалила свій метод сканування, щоб зменшити обсяг підтримки на 40%, що також зменшило відсоток витрат на -обробку.
Оптимізація матеріалів: створюйте спеціальні порошкові матеріали, з якими легко працювати та які не надто навантажують їх. Одна компанія випустила порошок титанового сплаву з низькою концентрацією кисню. Цей порошок знижує температуру термічної обробки на 50 градусів і знижує витрати на використання енергії з 18% до 10%.
Оновлення обладнання: додавання технологій онлайн-виявлення та адаптивної обробки, щоб зменшити потребу людей робити щось вручну. Компанія, яка використовує -робот-полірувальник зі штучним інтелектом, скоротила час обробки одного виробу з двох годин до півгодини. Вартість робочої сили також знизилася з 25% до 8%.
Спільна робота в промисловому ланцюжку: інтегроване обладнання для друку та -обробки може скоротити виробничі цикли. Певна компанія винайшла композиційну машину «друк + термічна обробка + механічна обробка», яка скорочує час, необхідний для виготовлення авіаційних структурних частин, з двох тижнів до трьох днів і знижує вартість на 35%.