איך העלות של תבניות מתכת להדפסה תלת מימדית בהשוואה לייצור מסורתי?

1. עלות חומר: שנה מ"הפחתת פסולת חומרים" ל"מחזור תוסף"
כשיוצרים תבניות בדרך הישנה-, נעשה שימוש בשיטות חיסור, מה שאומר שחומר רב הולך לאיבוד במהלך חיתוך, עיבוד שבבי פריקה חשמלית ושלבים אחרים. לדוגמה, תבנית הזרקה עשויה להשתמש בפחות מ-60 קילו של חומר לייצור התבנית לאחר שעברה מספר שלבים. את שאר 40% הפסולת ניתן למחזר, אבל זה יעלה יותר למיין, להמיס ולעבד אותם מחדש. כמו כן, אומנות מסורתית זקוקה לחומרים טהורים מאוד, ופלדת התבנית הגבוהה- היא יקרה, מה שמייקר את החומרים אפילו יותר.

הדפסת מתכת תלת מימדית היא תהליך ייצור תוסף שמייצר תבניות על ידי התכה ושכבת חלקיקי מתכת זה על גבי זה, וכמעט לא משאירים פסולת. ניתן לסנן ולמחזר אבקה שאינך משתמש בה, ונעשה שימוש ביותר מ-90% מהחומר. לדוגמה, באמצעות תבניות מסגסוגת טיטניום, עלות החומרים בטכניקות מסורתיות היא בערך 35%, אך עם הדפסת תלת מימד, היא עשויה להצטמצם לפחות מ-20%. 3הדפסת D היא אפילו טובה יותר מכיוון שהיא יכולה להדפיס עם יותר מחומר אחד בכל פעם. לדוגמה, אתה יכול לשים שכבה של סגסוגת נחושת עם מוליכות תרמית גבוהה על פני התבנית בעוד המבנה הראשי עשוי מסגסוגת טיטניום חוזק- גבוה. טכנולוגיית בקרת ממשק החומר מאפשרת לקשר חומרים יחד ללא תפרים. זה לא רק משרת צרכים פונקציונליים אלא גם מוזיל את העלויות הכוללות.

2. עלות עיבוד: שנה מ"שיתוף פעולה מרובה-תהליכים" ל"שילוב-יחיד של ציוד"
הכנת תבניות בדרך הישנה- דורשת הרבה שלבים, כמו חיתוך, פריקה חשמלית, חיתוך חוטים וליטוש. הוא גם צריך יותר מעשר מכונות, כמו מרכזי עיבוד CNC, מכונות פריקה חשמלית ומטחנות. מחזורי העיבוד עשויים להימשך שבועות או אפילו חודשים. לדוגמה, כדי ליצור את מעגל מי הקירור הפנימי עבור תבניות יציקה-, עליך לקדוח ולרתך. בעת תכנון מעגלי מים מסובכים, לעתים קרובות אתה צריך לנסות ולשנות תבניות שונות, מה שמוסיף לעלות העיבוד.

הדפסת תלת מימד מתכת משלבת את כל תהליכי התהליך למכשיר אחד, מה שמקל הרבה יותר להפוך מודלים דיגיטליים לתבניות אמיתיות. לדוגמה, כדי ליצור את תבנית נתיב המים הקירור הקונפורמי, השיטות המסורתיות דרשו הרבה קידוחים וריתוך כדי לקבל את תבנית נתיב המים. עם הדפסת תלת מימד, אתה יכול ליצור מבנים תלת-ממדיים של דרכי מים מפותלים בבת אחת מבלי שתצטרך לעשות עוד עבודה. מחקר מקרה של חברה ספציפית מגלה כי שימוש בתבניות קירור קונפורמיות מודפסות בתלת מימד מקצץ את עלויות העיבוד ב-40% בהשוואה לשיטות סטנדרטיות ומעניק למעצבים יותר מפי שלושה את החופש ליצור נתיבי מים.

3. עלות מחזור הייצור: מעבר מ"ניסוי וטעייה במחזור ארוך" ל"אימות איטרטיבי מהיר"
מחזור פתיחת התבנית ממושך בייצור עובש מסורתי. זה נכון במיוחד בשלב ייצור ניסוי המחקר והפיתוח, כאשר שינויים בעיצוב גורמים לכך שיש ליצור מחדש את התבנית, דבר שעולה הרבה זמן וכסף. לדוגמה, הכנת תבנית פנימית לרכב לוקחת 6 עד 8 סבבי ניסוי, כאשר כל סיבוב עולה בסביבות 50,000 יואן ולוקח 3 עד 6 חודשים להשלמתו. אם יש בעיות בעיצוב, ההשקעה הראשונית עלולה ללכת לאיבוד לחלוטין.

הדפסת תלת מימד מתכת מקלה על מעבר מהיר של מחזור "אופטימיזציית בדיקת ההדפסה בעיצוב". מעצבים עשויים לבצע שינויים בתבנית ולהדפיס אותה מחדש תוך מספר שעות, מה שמקצץ את מחזור תבנית הניסיון לשבוע עד שבועיים. חברת רכבי אנרגיה חדשה מסוימת קיצצה את הזמן שלוקח לפתח מוצר מ-6 חודשים ל-3 שבועות על ידי הדפסת תלת מימד של תבניות קופסאות סוללות. הם גם שיפרו את עיצוב מעגל מי הקירור באמצעות 5 סבבים של איטרציה, שחתכו את מחזור ההזרקה ב-30% והעלו את שיעור ההסמכה של המוצר ל-99%. תפיסת "כישלון מהיר, תיקון מהיר" זה מקצץ בהרבה את עלויות מחזור הייצור.

4. עלות איכות: מעבר מ"תיקון פסיבי" ל"מניעה אקטיבית"
מערכת קירור העובש הרגילה קלה לשימוש, אך היא עלולה לגרום לבעיות כמו קירור לא אחיד ועיוות המוצר. עבור מוצרים יצוקים בהזרקה גדולים, שיעור התקלות לייצור עובש מסורתי יכול להגיע עד 15%. עם זאת, מעגל מי הקירור הקונפורמי יכול להוריד את שיעור הפגמים לפחות מ-5%. חברה מסוימת אומרת שעלות האיכות של מוצר בודד (כולל הפסדי גרוטאות, הוצאות עיבוד חוזר וכו') ירדה מ-8 יואן ל-2 יואן מאז שהחלו להשתמש בתבניות קירור קונפורמיות מודפסות בתלת מימד. זה חוסך להם יותר מ-10 מיליון יואן בשנה.

כמו כן, עיצוב אופטימיזציה של טופולוגיה יכול להפוך תבניות הדפסה תלת-ממדיות לקלילות יותר תוך הקפדה על יציבותן. לדוגמה, התבנית של להבי הטורבינה במנוע תעופה נועדה להיות קלה יותר, חותכת את המשקל ב-20% אך מאריכה את חיי העייפות ב-15%. תכונה זו של "ירידה במשקל ללא ירידה באיכות" הופכת את הוצאות התחזוקה לנמוכות עוד יותר לאורך זמן.

5. יתרונות-לטווח ארוך: שינוי מ"עלות גבוהה ליחידה" ל"יתרונות בהקצאת אצווה"
העלות הראשונית של ייצור תבניות מתכת להדפסה תלת-ממדית גבוהה מזו של השיטות המסורתיות (לדוגמה, תבניות סגסוגת טיטניום עולות 30% עד 50% יותר ליחידה), אך היתרונות שלהן חשובים במיוחד עבור ייצור בקנה מידה קטן ורב-. לדוגמה, חברה משתמשת בהדפסה תלת מימדית לייצור תבניות כתר שיניים מסגסוגת כרום קובלט בהתאמה אישית. זה מקצץ את העלות של כל חלק ב-35% בהשוואה לשיטות המסורתיות ומקצר את מחזור ההזרקה מ-120 שניות ל-45 שניות באמצעות עיצוב קירור קונפורמי, מה שמגדיל את כושר הייצור השנתי פי ארבעה.

יתרון העלות של תבניות מודפסות בתלת מימד מתברר עם הזמן. חיי העייפות התרמית של התבנית הוגדלו ביותר מ-30% על ידי שיפור מעגל מי הקירור הפנימי והמבנה. גם עלות התבנית עבור כל יציקה ירדה ב-20%. חברת תעופה מסוימת אומרת שלמרות שהעלות הראשונית של שימוש בתבניות ראש צילינדר מנוע מודפס בתלת מימד גבוהה ב-40%, העלות הכוללת לאורך חמש שנים נמוכה ב-18% מהשיטות המסורתיות, שכן התבניות מחזיקות מעמד זמן רב יותר ומפיקות תוצאות טובות יותר.

6. נחיתת תיעוש: קפיצה מ"אפשרי טכנית" ל"אפשרית כלכלית"
אחידות האצווה של תבניות מתכת להדפסה תלת-ממדית הייתה במקור בעיה גדולה שמנעה ממנה להשתמש בתעשייה. התעשייה השיגה בקרת דיוק ממדי בטווח של ± 10 מיקרומטר, ועונה על צרכי הייצור הגבוהים-. הדבר התאפשר על ידי שיפור יציבות החומרה (לדוגמה, באמצעות הדפסה שיתופית בלייזר רב- ובקרת אנרגיה בלולאה סגורה-), אופטימיזציה של תהליכים (לדוגמה, באמצעות ספריות פרמטרים וסימולציות, משוב ניטור מקוון), ובניית מערכות עקיבות איכותיות (לדוגמה, באמצעות תאומים דיגיטליים וקישורי נתוני תהליכים מלאים).

תבניות מתכת להדפסה תלת מימדית נמצאות כיום בשימוש נרחב במגזרים הכוללים תעופה וחלל, רכב, רפואה ועוד. לדוגמה, טופולוגיית ערוץ הקירור המתחדש שיפרה את תא הדחף של רקטות SpaceX, קיצצה את מחזור ההדפסה מ-6 חודשים ל-3 שבועות ואפשרה לבצע 500 בדיקות מחזור תרמי ללא תקלות. ה-COMAC C929 משתמש בטכנולוגיית SLM כדי להדפיס סוגריים של כנפיים מסגסוגת טיטניום, תוך השגת סטיית גודל של פחות או שווה ל-± 15 מיקרומטר באצווה של 200 חלקים, תוך חיתוך משקל ב-15% תוך עמידה בבדיקות עייפות.