Aké sú náklady na kovové formy na 3D tlač v porovnaní s tradičnou výrobou?

1. Materiálové náklady: Zmena z „Zníženie plytvania materiálom“ na „Cyklus aditív“
Pri výrobe foriem starým-spôsobom sa používajú subtraktívne metódy, čo znamená, že počas rezania, obrábania elektrickým výbojom a iných krokov sa stráca veľa materiálu. Napríklad vstrekovacia forma môže použiť menej ako 60 kilogramov materiálu na výrobu formy po tom, čo prešla niekoľkými fázami. Zvyšných 40 % odpadu možno recyklovať, ale ich triedenie, tavenie a opätovné spracovanie bude stáť viac. Tradičná remeselná výroba tiež potrebuje materiály, ktoré sú veľmi čisté, a špičková- oceľ na formy je drahá, vďaka čomu sú materiály ešte drahšie.

Kovová 3D tlač je aditívny výrobný proces, ktorý vyrába formy tavením a vrstvením kovových častíc na seba, pričom nezanecháva takmer žiadny odpad. Prášok, ktorý nespotrebujete, môžete preosievať a recyklovať, pričom je použitých viac ako 90 % materiálu. Napríklad pri použití foriem zo zliatiny titánu sú náklady na materiály pri tradičných technikách približne 35 %, ale pri 3D tlači sa môžu znížiť na menej ako 20 %. 3D tlač je ešte lepšia, pretože dokáže tlačiť s viac ako jedným materiálom súčasne. Môžete napríklad umiestniť vrstvu zliatiny medi s vysokou tepelnou vodivosťou na povrch formy, zatiaľ čo hlavná konštrukcia je vyrobená z- vysokopevnostnej zliatiny titánu. Technológia ovládania rozhrania materiálov umožňuje spájať materiály bez švov. To slúži nielen funkčným potrebám, ale aj celkovo znižuje náklady.

2. Náklady na spracovanie: zmena z „viac{1}}procesnej spolupráce“ na „jednotnú-integráciu zariadenia“
Výroba foriem starým-spôsobom si vyžaduje mnoho krokov, ako je rezanie, elektrický výboj, rezanie drôtom a leštenie. Potrebuje tiež viac ako desať strojov, ako sú CNC obrábacie centrá, elektrické výbojové stroje a brúsky. Cykly spracovania môžu trvať týždne alebo dokonca mesiace. Ak chcete napríklad vytvoriť vnútorný okruh chladiacej vody pre-odlievacie formy, musíte vŕtať a zvárať. Pri navrhovaní komplikovaných vodných okruhov musíte často skúšať a meniť rôzne formy, čo zvyšuje náklady na spracovanie.

Kovová 3D tlač spája všetky procesy procesu do jedného zariadenia, čo výrazne uľahčuje premenu digitálnych modelov na skutočné formy. Napríklad, aby sa vyrobila forma konformného chladenia vodného toku, tradičné metódy vyžadovali veľa vŕtania a zvárania, aby sa získal vzor vodnej cesty. Pomocou 3D tlače môžete vytvoriť trojrozmerné-krútené štruktúry vodných ciest naraz bez toho, aby ste museli robiť ďalšiu prácu. Prípadová štúdia konkrétnej spoločnosti odhaľuje, že použitie 3D tlačených konformných chladiacich foriem znižuje náklady na spracovanie o 40 % v porovnaní so štandardnými metódami a dáva dizajnérom viac ako trojnásobnú slobodu pri vytváraní vodných ciest.

3. Náklady na výrobný cyklus: prechod od „dlhého cyklu pokusov a omylov“ k „rýchlemu opakovanému overovaniu“
Cyklus otvárania formy sa pri tradičnej výrobe foriem predlžuje. To platí najmä počas výskumnej a vývojovej skúšobnej výroby, keď úpravy dizajnu znamenajú, že formu je potrebné znovu vytvoriť, čo stojí veľa času a peňazí. Napríklad výroba formy na interiér auta si vyžaduje 6 až 8 kôl skúšobného tvarovania, pričom každé kolo stojí približne 50 000 juanov a dokončenie trvá 3 až 6 mesiacov. Ak sa vyskytnú problémy s dizajnom, počiatočná investícia by sa mohla úplne stratiť.

Kovová 3D tlač uľahčuje rýchly prechod cez cyklus „optimalizácie testu tlače dizajnu“. Dizajnéri môžu zmeniť formu a znova ju vytlačiť za niekoľko hodín, čím sa cyklus skúšobnej formy skráti na 1–2 týždne. Istá spoločnosť vyrábajúca nové energetické vozidlá skrátila čas potrebný na vývoj produktu zo 6 mesiacov na 3 týždne pomocou 3D tlačových foriem na batérie. Vylepšili tiež dizajn okruhu chladiacej vody prostredníctvom 5 kôl iterácií, ktoré skrátili cyklus vstrekovania o 30 % a zvýšili mieru kvalifikácie produktu na 99 %. Tento koncept „rýchle zlyhanie, rýchla náprava“ výrazne znižuje náklady výrobného cyklu.

4. Náklady na kvalitu: prechod od „pasívnej nápravy“ k „aktívnej prevencii“
Konvenčný systém chladenia foriem sa ľahko používa, ale môže spôsobiť problémy, ako je nerovnomerné chladenie a deformácia produktu. Pri veľkých vstrekovaných výrobkoch môže byť chybovosť pri tradičnej výrobe foriem až 15 %. Konformný okruh chladiacej vody však môže znížiť poruchovosť na menej ako 5 %. Istá spoločnosť tvrdí, že náklady na kvalitu jedného produktu (vrátane strát zo šrotu, nákladov na prepracovanie atď.) klesli z 8 juanov na 2 juanov, odkedy začali používať 3D tlačené formy na chladenie. To im ušetrí viac ako 10 miliónov juanov ročne.

Návrh optimalizácie topológie môže tiež odľahčiť formy pre 3D tlač a zároveň zabezpečiť, aby boli pevné. Napríklad forma pre lopatky turbíny v leteckom motore bola vyrobená tak, aby bola ľahšia, znížila hmotnosť o 20 %, no zároveň predĺžila únavovú životnosť o 15 %. Táto vlastnosť „chudnutia bez straty kvality“ robí náklady na údržbu časom ešte nižšie.

5. Dlhodobé-výhody: zmena z „vysokých nákladov na jednotku“ na „výhody pri prideľovaní dávok“
Počiatočné náklady na výrobu kovových foriem na 3D tlač sú vyššie ako pri tradičných metódach (napríklad formy z titánovej zliatiny stoja o 30 % až 50 % viac na jednotku), ale ich výhody sú obzvlášť dôležité pre výrobu v malom-rozsahu a vo viacerých-rozsahoch. Napríklad spoločnosť používa 3D tlač na výrobu vlastných foriem na zubné korunky zo zliatiny kobaltu a chrómu. To znižuje náklady na každý kus o 35 % v porovnaní s tradičnými metódami a skracuje cyklus vstrekovania zo 120 sekúnd na 45 sekúnd vďaka konformnému dizajnu chladenia, čo zvyšuje ročnú výrobnú kapacitu štvornásobne.

Cenová výhoda 3D tlačených foriem sa časom ukáže. Tepelná únavová životnosť formy sa zvýšila o viac ako 30 % zlepšením vnútorného okruhu chladiacej vody a štruktúry. Náklady na formu pre každý tlakový odliatok sa tiež znížili o 20 %. Konkrétna letecká spoločnosť tvrdí, že hoci počiatočné náklady na použitie 3D tlačených foriem hlavy valcov motora sú o 40 % vyššie, celkové náklady za päť rokov sú o 18 % nižšie ako pri tradičných metódach, pretože formy vydržia dlhšie a prinášajú lepšie výsledky.

6. Pristátie industrializácie: skok z „technicky možného“ na „ekonomicky možné“
Rovnomernosť šarže kovových 3D tlačových foriem bola pôvodne hlavným problémom, ktorý bránil jej použitiu v priemysle. Toto odvetvie dosiahlo kontrolu rozmerovej presnosti v rozmedzí ± 10 μm, čím splnilo náročné-výrobné potreby. Bolo to možné vďaka zlepšeniu stability hardvéru (napríklad prostredníctvom multi{5}}laserovej spoločnej tlače a uzavretej{6}}kontroly energie), optimalizácii procesov (napríklad prostredníctvom knižníc parametrov a simulácií, spätnej väzby online monitorovania) a vybudovaniu kvalitných systémov sledovateľnosti (napríklad prostredníctvom digitálnych dvojčiat a dátových prepojení celého procesu).

Kovové formy na 3D tlač sú teraz široko používané v odvetviach vrátane letectva, automobilového priemyslu, medicíny a ďalších. Napríklad topológia regeneratívneho chladiaceho kanála zlepšila náporovú komoru rakety SpaceX, skrátila tlačový cyklus zo 6 mesiacov na 3 týždne a umožnila vykonať 500 testov tepelného cyklu bez zlyhania. COMAC C929 používa technológiu SLM na tlač držiakov krídel z titánovej zliatiny, pričom dosahuje odchýlku veľkosti ± 15 μm v dávke 200 kusov a znižuje hmotnosť o 15 % pri únavovom teste.