Jak změní kovový 3D tisk tradiční průmyslový výrobní systém?

1.. Posun ve výrobní logice: Posun paradigmatu z „odčítání“ na „sčítání“
Tradiční způsob výroby věcí je založen na myšlence „odstranění materiálu“. Například obrábění CNC postupně tvoří celý kovový sochory frézováním a vrtáním. Míra využití materiálu je obvykle menší než 60%. Kovový 3D tisk používá technologii výroby aditiv nazvanou „vrstva na stohování vrstvy“. Tato metoda roztaví kovový prášek laserem nebo elektronovým paprskem a promění 3D model přímo na pevné předměty. Procento použitých materiálů může zvýšit nad 90%.
Budování motorů letadel je skvělým příkladem této změny v myšlení. Letační tryska Leap Engine z letectví se skládá z 20 prvků, které jsou 3D vytištěny, aby se staly jedním celkem. To snižuje hmotnost o 25% a zvyšuje spotřebu paliva o 15%. Cyklus vývoje plísní, který trval šest měsíců, byl snížen na tři týdny, což znamená, že tempo iterace produktu vzrostlo osmkrát. Tato funkce „design jako výroba“ zcela vzdoruje starému pravidlu, že „výroba určuje design“. Rovněž umožňuje vytvářet lehké návrhy, jako je optimalizace topologie a struktura mřížky.
2. Restrukturalizace dodavatelského řetězce: Flexibilní změna z „produkce měřítka“ na „Požadavek řízený“.
Kovový 3D tisk mění způsob, jakým jsou postaveny průmyslové dodavatelské řetězce. Model „Prediction Production Inventory“ používaný v tradiční výrobě je lineární . 3 D Tisk, na druhé straně, má „na - požadavek na výrobu“, protože může produkovat věci na několika místech současně. Skupina BMW postavila první 3D tištěné digitální sklad na světě pro díly automobilů. To umožňuje 20 výrobních základen po celém světě vytvořit díly v reálném čase sdílením návrhových souborů prostřednictvím cloudu, což snižuje náklady na zásoby o 95%.
V lékařské oblasti je tento druh posunu rušivější. U pacientů s kostním nádorem potřebují personalizované implantáty z titanové slitiny standardní 3měsíční přizpůsobovací cyklus. Naproti tomu technologie 3D tisku používá data skenování CT k vytvoření 3D modelu a dokončí celý proces, od návrhu po chirurgickou implantaci, za 72 hodin. Pekingská nemocnice Jishuitan říká, že 3D tištěné implantáty se spojí s kostí o 40% rychlejší než standardní implantáty a čas potřebný k zotavení po operaci je snížen o 60%.
3.. Velký krok vpřed ve vědě o materiálech: výkon se přesune z „obecných materiálů“ na „funkční gradienty“.
Kovový 3D tisk nejen mění, jak se věci vytvářejí, ale také mění způsob, jakým funguje výzkum materiálů. Konstrukce plísní omezuje tradiční techniky lití, což ztěžuje získání gradientního rozdělení materiálových vlastností. Pečlivým řízením prášku a vstupu energie může 3D tisk vyrobit funkčně odstupňované materiály (FGM). Například v lopatkách turbín letadlových motorů změní podíl kobaltu a hliníku v niklu - prášku založené na letice založený na kořenech čepele schopný zvládnout teploty až 1200 stupňů, zatímco špička čepele zůstává dostatečně silná. Tradiční techniky nemohou tento materiál fungovat tak, jak to dělá.
Tato schopnost inovovat materiály je ještě průkopnější v oblasti biomedicínské vědy. Tým univerzity v Šanghaji Jiao Tong vytvořil 3D tištěné porézní titanové kostní lešení, které dokonale odpovídá elastickému modulu lidské kortikální kosti změnou porozity (60% - 80%) a velikosti pórů (200–500 μm). Klinické důkazy ukazují, že účinnost kostního vedení tohoto stentu je trojnásobně více než účinnost konvenčních implantátů a výskyt pooperačních problémů se snížil pod 5%.
4. Vývoj průmyslové ekologie: přestavba hodnoty z „soutěže o vybavení“ na „ekologii dat“
Industrializace kovového 3D tisku vytváří nový komerční ekosystém. Výrobci zařízení již neprodávají hardware; Rovněž jsou plné - Řetězové řešení dodavatelů "Equipment+Materials+Services." „Metal 3D Printing Cloud Platform“ Platinum Technology zahrnuje moduly pro monitorování zařízení, vedení databáze procesů a správu objednávek. Zákazníci mohou aplikaci použít k tomu, aby jejich tisk probíhal v reálném čase, a platforma zlepšuje účinnost optimalizace parametrů procesu o 70%.
Tato data - Změna v prostředí je nejjasnější ve formě - tvorby průmyslu. Startup v Shenzhenu vytvořil inteligentní systém plísní, který používá technologii digitálních dvojčat a 3D tištěné formy s senzory teploty a tlaku, aby se snížil vstřikovací cyklus ze 120 sekund na 85 sekund. Míra kvalifikovaných produktů vzrostla z 92% na 98,5%. Tento „inteligentní“ tiskový model mění pravidla pro to, kolik průmyslového vybavení stojí.
5. Výzva a budoucnost: Přechod z „technologického průlomu“ k „průmyslové spolupráci“
Kovový 3D tisk má velký potenciál, ale stále existují tři velké problémy, které je třeba vyřešit, než bude možné použít ve velkém měřítku: zaprvé, jak dobře tiskárna funguje. Současná rychlost konstrukce technologie laserového selektivního tání (SLM) je asi 0,1-1 kg/h, což není dostatečně rychlé pro podniky, jako jsou auta, která musí rychle udělat spoustu věcí. Druhým problémem je náklady na materiály. Cena prášku z titanového slitiny je 8000 juanů za kilogram, což je desetkrát vyšší než cena pravidelných sochorů. Zatřetí, není dostatek standardů. Pouze 15% 3D tištěných položek po celém světě má plná kritéria pro testování.
Tyto problémy tlačí technologii, aby dosáhly nového pokroku. Proces tání elektronového paprsku (EBSM) zrychluje konstrukci na 5 kg/h zvýšením hustoty energie. Xi'an Jiaotong University vyvinula technologii „Cold Spray 3D Printing“, která používá solidní - Ukládání stavových částic k rychlému výrobě prototypů částí hliníkových slitin. To snižuje náklady o 40% ve srovnání s tradičními metodami. Společná pracovní skupina ISO/ASTM zveřejnila 23 celosvětových standardů pro 3D tisk, které pokrývají celý proces, od materiálů po procesy po testování.