Може ли 3Д штампање метала смањити стопу отпада у производњи калупа?

一, Проблем отпада у традиционалној изради калупа: двоструки проблем расипања материјала и губитка ефикасности
Приступ „субтрактивној обради“ користи се у традиционалној изради калупа. То значи да се материјали полако уклањају кроз низ корака, као што су окретање, глодање, рендисање и брушење, све док се не постигне жељени облик. Постоје три кључна структурна проблема са овом путањом процеса:
Ниска стопа коришћења материјала: На пример, када се праве калупи за{0}} ливење под притиском за главе цилиндара аутомобилских мотора, типичне методе захтевају прераду целог челичног ингота у калуп, који може да однесе до 70% материјала. На основу бројева једне компаније, њихова радионица калупа користи 1200 тона челика годишње. Од тога се 840 тона претвори у смеће, а само 360 тона у корисне ствари.
Од припреме сировина до испоруке крајњег производа потребно је 12 до 15 корака. Израда једног комплета калупа може потрајати до 2 до 3 месеца. Пројекат развоја калупа за батерију за одређену компанију за нова енергетска возила одложен је за осам месеци пошто је морао да се преправља неколико пута. Ово је компанију коштало више од 20 милиона јуана.
Тешке структурне границе: Тешко је направити калупе са компликованим карактеристикама као што су конформни канали за хлађење и лагане решеткасте структуре користећи традиционалне методе. Да би се направили калупи за блокове узорака, одређени посао са гумама треба да разбије целу гуму на више од 20 делова и да ради на сваком независно пре него што их све састави. Ово не само да повећава стопу отпада, већ и чини калуп мање прецизним.
2, Пробој металног 3Д штампања: промена парадигме са "субтрактивног" на "адитивно"
3Д штампање метала прави тродимензионалне објекте-слагањем металних прахова или жица један на други, што је потпуно супротно начину на који се ствари обично раде. Такође показује три главне предности за управљање отпадом:
1. Велики скок у употреби материјала: са 30% на 90%
Приликом ручног прављења сложених структура као што су шупљине калупа и канали за хлађење, потребно је много средстава за машинску обраду, што доводи до много расипаног материјала. 3Д технологија штампања директно покреће производњу помоћу ЦАД модела и користи само онолико материјала колико и сами комади. Користећи СЛМ технологију, одређена компанија је направила калуп за електрични погон од алуминијумске легуре који користи 92% материјала уместо 35% које користе стандардне методе. Ово штеди 180 килограма материјала од легуре алуминијума у ​​сваком комплету калупа.
Што је још важније, 3Д штампа омогућава дизајн "оптимизације топологије", који може користити мање материјала, а да је и даље јак. Одређена ваздухопловна компанија је користила оптимизацију топологије да направи калуп за подршку крила од легуре титанијума који је 30% лакши и користи 45% мање материјала, а да и даље ради на исти начин.
2. Способност израде компликованих структура: ослобађање од основног извора отпада
Уобичајени случај употребе 3Д штампања за смањење отпада је конформни канал за хлађење, са којим је тешко радити користећи традиционалне методе. Изградњом спиралних и биомиметичких дендритичних канала за хлађење унутар калупа који савршено одговарају облику производа, ефикасност хлађења може се повећати за више од три пута. Одређена компанија је направила калуп-за ливење под притиском за лежиште акумулатора нових енергетских возила. Користи 3Д штампано конформно водено коло, које скраћује циклус хлађења са 45 секунди на 18 секунди, подиже стопу квалификације производа са 92% на 99,5% и штеди 12 тона челичног отпада смањењем броја пробних калупа.
Капацитет израде 3Д штампаних решеткастих структура је такође важан у домену лаког дизајна. Конкретна компанија је направила калуп за бризгање електричних алата. Прављењем шупље шестоугаоне решеткасте структуре у области која не носи тежину, тежина калупа је смањена за 25%, количина употребљеног материјала је смањена за 30%, а време које је било потребно да се охлади је смањено за 15% јер је могао да задржи мање топлоте.
3. Брза верификација итерације: смањите количину смећа произведеног током пробне производње
Да бисте направили традиционални калуп, морате проћи кроз неколико кругова циклуса модификације пробне производње, а свака пробна производња ствара много отпада. Компанија за возила радила је на новом калупу контролне табле за нови модел аутомобила, али су прве три рунде пробних калупа морале да буду бачене због недостатака у дизајну. Ово је створило 45 тона отпада. Циклус "тестирања дизајна" може се брзо десити са технологијом 3Д штампања. Након што је једна компанија почела да користи ову технику, циклус стварања калупа је трајао од 6 месеци до 6 недеља, број покушаја калупа је са 5 на 2, а стопа отпада је опала за 70%.
3, Технолошки напредак и сарадња између индустрија: убрзање развоја управљања отпадом за 3Д штампање
3Д штампа нуди много обећања за управљање отпадом, али још увек мора да превазиђе три велика проблема пре него што се може користити у широком опсегу:
Иновација материјала: Важно је направити специјализоване прашкасте материјале који су јефтини и добро функционишу. Одређена компанија је направила челични прах Х13 ојачан нано волфрам карбидом који је чинио калуп тврђим (ХРЦ 60) док је задржао његову жилавост. Ово је смањило цене материјала за 40% у односу на увозне производе.
Стандардизација процеса: Веома је важно успоставити јединствену библиотеку параметара штампања и систем контроле квалитета. Једна компанија је произвела е-фазу програма за аутоматизовано генерисање подршке за Метал+, који може да смањи употребу помоћних материјала за 35% и да подигне стопу опоравка праха на 98%.
Сарадња у индустријском ланцу: Произвођачи опреме, добављачи материјала и произвођачи калупа морају да раде заједно како би направили комплетно решење које укључује „хардвер, материјале и услуге“. Компанија је објавила опрему УМ600МТ, која има величину формирања од 400 мм × 600 мм × 500 мм. Ова величина је довољно велика за штампање огромних калупа за аутомобиле. База података процеса која то подржава има више од 200 својстава материјала која се често користе.