Възможности и ограничения в производството на добавки

Не ги виждаме, но те са там: индустриални газове в цифровите производствени процеси на 21-ви век

Вторник, 4 декември 2018 г., 18:00

В героичната епоха на 3D принтирането - което беше само преди 20 години - хартията все още се използваше за създаване на модели. Процедурата е разработена за ускоряване на прототипирането. Концепцията се оказа жизнеспособна и въпреки че първоначалната й цел се е променила коренно, принципът на адитивното производство (AM), процесът на изграждане на продукт от слой на слой, не се е променил с течение на времето.

Следователно бързото създаване на прототипи вече не е предизвикателство, истинската цел е да се подобри цифровото производство (в което ние контролираме машината за производство на добавки, използвайки CAD или други данни) и да се приложи 3D печатно масово производство. Пионерите в производството на добавки, милиардерските инвестиции на водещи машиностроители и разработчици на технологии, тласнаха производството на добавки към стръмно възходяща фаза на развитие.

Предимства и приложения на производството на добавки

Разпространението на AM е най-високо в отрасли, където по-високата добавена стойност на процеса надвишава по-високите производствени разходи. Такава добавена стойност е по-добра функционалност на продукта, по-висока ефективност на производството, по-лесно персонализиране, по-кратко време за пускане на пазара и продължително остаряване. В интензивни сектори като космоса, автомобилостроенето и медицината прототипирането се ускорява, могат да се използват напълно нови дизайнерски функции и да се създадат напълно уникални продукти без излишни разходи. Фирмите, които произвеждат продукти с висока стойност в по-ниски обеми, могат да създадат по-гъвкави производствени процеси с по-малко части, по-малко разход на материал и дори по-кратко време за сглобяване на дори сложни продукти. По-краткото време за пускане на пазара, местно производство и производство по заявка, както и независимост от традиционните доставчици са най-атрактивните възможности за секторите, интензивни на компонентите, участващи в поддръжката и ремонта.

Фигура 1: Изработено чрез рязане * Фигура 2: Изработено с 3D печат *

С 3D печат, благодарение на бионичния дизайн и оптимизацията на топологията, могат да бъдат реализирани специални геометрии, дори такива, които биха били неуправляеми с традиционните методи. Илюстративен пример: Оптимизирана структура на моноблочен хидравличен клапан, направен чрез конвенционално рязане (фиг. 1), проектиран за 3D печат и изработен от същия материал (AlSi10MG), е показан на основната плоча за печат (фиг. 2). [1] Данните за намаляване на обема и теглото са дадени в таблица 1, която включва и трети вариант, произведен/отпечатан от киселинно устойчив основен материал (SS316L) с по-висока якост на опън, което позволява използването на по-малки жици с дебелина на стената. [2]

Материал

AlSi10Mg

SS316L

Обем (m 3)

Тегло (кг)

Голямото предимство на металния печат е, че в производството се използва само необходимото количество материал. Всеки детайл е направен с по-ниска консумация на енергия, по-малко отпадъци, по-малко транспортни разходи. Адитивните процеси водят до еднородна микроструктура и по-равномерен химичен състав в целия обем на детайла поради бързото втвърдяване. Друго ключово предимство на металния печат е, че позволява бързото производство на отделни части, протези, сложни парчета, интегрирани със сензори.

Въпреки това, гамата от материали, които могат да се използват в производството на добавки, непрекъснато се разширява. В допълнение към широка гама от полимери, които вече са разработени и все още се разработват, има и процеси и машини за печат на керамика, стъкло, хартия, дърво, цимент, графен и дори живи клетки. Методът на производство на 21-ви век вече помага на сектори като автомобилната и космическата индустрия, потребителските стоки (включително храните) и здравеопазването (където изкуствените човешки тъкани се произвеждат чрез производство на добавки).

В космическата и автомобилната индустрия намаляването на теглото е истинската движеща сила. В авиацията загубата на тегло от 0,5 кг може да доведе до намаляване на горивото с около 53 000 литра годишно. [3] В енергийния сектор печатът играе огромна роля за създаването на лопатки на турбини и сложни инжектори за гориво. Все повече продукти се експериментират, за да заменят традиционните процеси с иновативни технологии, като по този начин намаляват емисиите на CO2.

Производство на добавки в наши дни

Докато в миналото парчетата, направени с технологии за метален печат, революционизираха производството на прототипи, намалявайки времето за прототипиране със 70 до 75 процента, в наши дни серийното производство излиза на преден план. В областта на производството на компоненти, адитивният метален печат може да произвежда компоненти със сложна геометрия с 40 до 85 процента по-бързо от традиционните процеси. [4] Все по-голям брой метално щамповани части, произведени по този начин, преминават строги проверки и получават одобрение за технология на производство.