Kako bo kovinski 3D tiskanje spremenilo tradicionalni industrijski proizvodni sistem?

1. premik v logiki proizvodnje: premik paradigme iz "odštevanja" na "dodatek"
Tradicionalni način izdelave stvari temelji na ideji o "odstranjevanju materiala". Na primer, obdelava CNC postopoma tvori celotno kovinsko gredico z rezljenjem in vrtanjem. Stopnja uporabe materiala je običajno manjša od 60%. Kovinski 3D tiskanje uporablja tehnologijo za proizvodnjo aditivov, imenovano "Sloj z zlaganjem sloja." Ta metoda topi kovinski prah z laserskim ali elektronskim snopom in 3D model spremeni naravnost v trdne predmete. Odstotek uporabljenih materialov se lahko poveča do 90%.
Gradnja letalskih motorjev je odličen primer te spremembe v razmišljanju. Šoba za skok goriva Leap iz letališča GE je sestavljena iz 20 elementov, ki so 3D natisnjeni skupaj, da postanejo celotna. To zmanjšuje težo za 25% in poveča porabo goriva za 15%. Razvojni cikel plesni, ki je trajal šest mesecev, je bil zmanjšan na tri tedne, kar pomeni, da se je hitrost iteracije izdelkov povečala za osemkrat. Ta funkcija "Dizajn kot proizvodnja" v celoti kljubuje starim pravilom, da "proizvodnja določa oblikovanje." Omogoča tudi ustvarjanje lahkih modelov, kot sta topologija optimizacija in struktura rešetke.
2. Prestrukturiranje dobavne verige: prožna sprememba iz "proizvodnje obsega" v "povpraševanje po povpraševanju".
Kovinski 3D tiskanje spreminja način, kako se gradijo industrijske dobavne verige. Model "Inventory Proizvodnja", ki se uporablja v tradicionalni proizvodnji, je linearna . 3 d tiskanje, na drugi strani pa ima "na- zmogljivosti za izdelavo", saj lahko hkrati ustvari stvari na več mestih. Skupina BMW je zgradila prvo svetovno 3D -tiskano digitalno skladišče za avtomobilske dele. To omogoča 20 proizvodnih baz po vsem svetu v realnem času deli z deljenjem oblikovalskih datotek prek oblaka, kar zmanjšuje stroške zalog za 95%.
Na medicinskem območju je takšen premik bolj moten. Pri bolnikih s kostnimi tumorji personalizirani vsadki titanijeve zlitine potrebujejo standardni 3-mesečni cikel prilagajanja. V nasprotju s tem tehnologija 3D tiskanja uporablja podatke CT skeniranja za izdelavo 3D modela in zaključi celoten postopek, od zasnove do kirurške implantacije v 72 urah. Bolnišnica v Pekingu Jishuitan pravi, da se 3D natisnjeni vsadki povezujejo na kost 40% hitreje kot standardni vsadki, čas, ki je potreben za okrevanje po operaciji, pa se zmanjša za 60%.
3. Velik korak naprej v znanosti o materialih: uspešnost se premika iz "splošnih materialov" na "funkcionalne gradiente."
Kovinski 3D tiskanje ne samo spremeni, kako se stvari naredijo, ampak tudi spreminja način delovanja materialov. Oblikovanje plesni omejuje tradicionalne tehnike vlivanja, zaradi česar je težko pridobiti gradientno porazdelitev materialnih lastnosti. S skrbnim upravljanjem sestave praška in vnosa energije lahko 3D tiskanje naredi funkcionalno razvrščene materiale (FGM). Na primer, v turbinskih rezilih letalskih motorjev spreminjanje deleža kobalta in aluminija v nikljenju - v prahu na osnovi rezila lahko korenine rezila obvladuje temperature do 1200 stopinj, medtem ko konica rezila ostane dovolj močna. Tradicionalne tehnike tega materiala ne morejo narediti tako, kot to počne.
Ta sposobnost inovacij materialov je še bolj prelomna v področju biomedicinske znanosti. Ekipa Univerze v Šanghaju Jiao Tong je ustvarila 3D -tiskani porozni kostni oder iz titanijeve zlitine, ki se odlično ujema z elastičnim modulom človeške kortikalne kosti s spreminjanjem poroznosti (60%–80%) in velikosti por (200–500 μm). Klinični dokazi kažejo, da je učinkovitost prevodnosti kosti tega stenta trikrat večja kot pri običajnih vsadkih, pojav pooperativnih težav pa se je zmanjšal na 5%pod 5%.
4. Evolucija industrijske ekologije: obnavljanje vrednosti iz "konkurence opreme" na "podatkovna ekologija"
Industrializacija kovinskega 3D tiskanja ustvarja nov komercialni ekosistem. Izdelovalci opreme ne prodajajo več samo strojne opreme; Prav tako postajajo polni - dobavitelji verižnih rešitev "Oprema+materiali+storitve." "Metal 3D -tiskanje v oblaku Platinum Technology vključuje module za spremljanje opreme, vodenje baze podatkov o procesih in upravljanje naročil. Stranke lahko aplikacijo uporabijo za ogled, kako poteka njihovo tiskanje v realnem času, platforma pa izboljša učinkovitost optimizacije procesnih parametrov za 70%.
Ta podatki - poganjana sprememba v okolju je najbolj jasna v industriji, ki izdeluje kalup -. Zagon v Shenzhenu je ustvaril inteligenten sistem plesni, ki uporablja digitalno dvojno tehnologijo in 3D -tiskane kalupe s temperaturnimi in tlačnimi senzorji, da se zmanjša cikel vbrizgavanja z 120 sekund na 85 sekund. Stopnja kvalificiranih izdelkov se je povečala z 92% na 98,5%. Ta "pametni" tiskalni model spreminja pravila, koliko industrijske opreme je vredna.
5. Izziv in prihodnost: Prehod iz "tehnološkega preboja" v "industrijsko sodelovanje"
Kovinski 3D tiskanje ima veliko potenciala, vendar je še vedno tri velike težave, ki jih je treba rešiti, preden ga lahko uporabimo v velikem obsegu: najprej, kako dobro deluje tiskalnik. Trenutna hitrost gradnje laserske tehnologije selektivnega taljenja (SLM) je približno 0,1-1kg/h, kar ni dovolj hitro za podjetja, kot so avtomobili, ki morajo hitro narediti veliko stvari. Druga težava je strošek materiala. Cena prahu iz titanijeve zlitine je 8000 juanov na kilogram, kar je desetkrat večja od cene rednih gredic. Tretjič, ni dovolj standardov. Samo 15% 3D tiskanih predmetov po vsem svetu ima polna merila za testiranje.
Te težave spodbujajo tehnologijo za nov napredek. Proces taljenja elektronskih žarkov (EBSM) pospeši konstrukcijo na 5 kg/h s povečanjem gostote energije. Xi'an Jiaotong University je razvila tehnologijo "hladno sprej 3D tiskanje", ki uporablja trdno - nalaganje državnih delcev za hitro izdelavo prototipov delov aluminijeve zlitine. To zmanjšuje stane za 40% v primerjavi s tradicionalnimi metodami. Skupna delovna skupina ISO/ASTM je objavila 23 svetovnih standardov za 3D tiskanje, ki pokrivajo celoten postopek, od materialov do procesov do testiranja.