Koliki je udio naknadne-obrade nakon metalnog 3D ispisa u ukupnim troškovima proizvodnje?

一, Dijelovi koji čine troškove naknadne-obrade i njihovi glavni dijelovi
Četiri su glavna tehnološka modula koja čine naknadnu-obradu metalnog 3D ispisa: uklanjanje materijala, toplinska obrada, površinska obrada i strukturno jačanje. Svaki modul ima troškove poput opreme, potrošnje energije i rada.

Skidanje materijala: ovo uključuje skidanje potporne konstrukcije, dovršavanje površine i fiksiranje dimenzija. Na primjer, nakon tiskanja, površinu kanala protoka na lopaticama zrakoplovnih motora treba zrcalno polirati pomoću pet-osnog obradnog centra. Za proizvodnju jednog komada može biti potrebno mnogo sati, a velik dio tog troška odnosi se na opremu i rad.
Toplinska obrada je proces oslobađanja od unutarnjeg naprezanja i poboljšavanja strukture zrna. To se može učiniti kroz žarenje, čvrstu otopinu + starenje i vruće izostatičko prešanje (HIP). Tretman vakuumskog žarenja smanjuje zaostalo naprezanje za 80% nakon tiskanja ortopedskog implantata od legure titana. Međutim, potrebna mu je posebna vakuumska peć i dugotrajna-izolacija, što čini veliki dio potrošnje energije.
Površinska obrada: metode uključuju pjeskarenje, galvanizaciju, lasersko oblaganje, mikrolučnu oksidaciju i druge metode koje pokrivaju površinu. Nakon tiskanja nosača za novu bateriju za energetsko vozilo, tretman mikrolučnom oksidacijom povećao je njegovu otpornost na koroziju u testu slanog spreja na više od 1000 sati. Međutim, troškovi kemikalija i održavanja opreme bili su prilično skupi.
Strukturno ojačanje, poput ojačanja vlaknima, gradijentnog dizajna materijala i optimizacije rešetkaste strukture. Tiskani dijelovi određenog ventila za nuklearnu energiju koriste gradijentnu strukturu izrađenu od nehrđajućeg čelika-na bazi nikla. To zahtijeva kompozitni postupak više-materijalnog su-tiskanja i toplinske obrade. Tehnička složenost poskupljuje istraživanje i razvoj te probnu proizvodnju.
2, Podaci iz industrije i studije slučaja o postotku troškova naknadne-obrade
1. Ispitivanje strukture troškova u standardnim industrijama
U području zrakoplovstva, na primjer, okvir spremnika za gorivo određenog raketnog motora košta oko 40% tiskanja, 35% naknadnog-procesa (15% za HIP obradu, 12% za CNC glodanje i 8% za eloksiranje) i 25% za kupnju materijala. Veliki postotak troškova naknadne-obrade je zato što dijelovi moraju dobro raditi u vrlo teškim uvjetima, što znači da moraju proći kroz mnoge korake kako bi bili sigurni da su pouzdani.
Kada je riječ o medicinskim uređajima, trošak naknadne-obrade prilagođenog implantata za zglob kuka od legure titana nakon tiskanja iznosi oko 28% (s toplinskom obradom koja košta 12%, poliranje košta 10%, a sterilno pakiranje košta 6%). Trošak materijala je 35%, a trošak dizajna i validacije je 37%. Postotak troškova naknadne-obrade nije jako velik, ali zahtjevi za hrapavost površine (Ra < 0,2 μm) i biokompatibilnost znače da su potrebni visoko{11}}precizna obrada i specifična obrada.
U svijetu potrošačke elektronike: Na primjer, trošak ispisa šarke mobilnog telefona sa sklopivim ekranom je 55%, trošak naknadne-obrade je 25% (10% za uklanjanje nosača, 8% za toplinsku obradu i 7% za površinsko pjeskarenje), a trošak materijala je 20%. Učinak razmjera masovne proizvodnje ima veliki utjecaj na postotak troškova naknadne-obrade. Kako proizvodnja raste, trošak po jedinici pada.
2. Kako odabir postupka utječe na troškove nakon tretmana
Proces taljenja sloja praha (PBF): Postotak troškova naknadne-obrade obično je značajan jer je potrebno dodati potporne strukture tijekom procesa tiskanja. Kada koristite SLM tehnologiju za ispis određenog dijela konstrukcije zrakoplova, 30% troškova je za uklanjanje potpore i poliranje površine. Kada koristite EBM tehnologiju bez potporne strukture, ovaj trošak se smanjuje na 15%.
Proces mlaznog ljepila (BJ) omogućava skoro{0}}mrežasto oblikovanje odmašćivanjem i sinteriranjem zelenog tijela nakon tiskanja. Time se uvelike smanjuju troškovi post-tretmana. Nakon tiskanja glavčine kotača automobila s BJ tehnologijom, trošak naknadne-obrade je samo 12% (prvenstveno toplinska obrada i malo strojne obrade). To je više od 50% manje od cijene naknadne-obrade s PBF tehnologijom.
Proces usmjerenog taloženja energije (DED): dobar za fiksiranje velikih komada i pripremu za premazivanje; cijena naknadne-obrade temelji se na debljini sloja za ispis. Kada je debljina tiskarskog sloja određenog zupčanika rudarskih strojeva 1 mm, trošak naknadne-obrade je samo 8%. Ali kada se debljina sloja smanji na 0,3 mm, trošak poliranja raste i do 15% jer površina postaje hrapavija.
3, Elementi koji utječu na udio troškova naknadne-obrade i najbolji način za njihovu promjenu
1. Ispitivanje elemenata motivacije
Zahtjevi za rad materijala: materijali visokih performansi kao -legure za visoke temperature i legure titana zahtijevaju HIP tretman kako bi se uklonile pore, što može pridonijeti do 20% -30% ukupnih troškova.
Koliko je dio kompliciran: više{0}}osna obrada i posebno testiranje potrebni su za složene značajke kao što su unutarnji kanali protoka i rešetkaste strukture. Nakon ispisa date lopatice zrakoplovnog motora, CT testiranje košta 25% ukupne cijene naknadne-obrade.
Mjerilo serije: U području potrošačke elektronike, kada obujam jedne serije ispisa premaši 10.000 komada, postotak troškova naknadne-obrade može se smanjiti s 30% na 15%. To je uglavnom zbog automatiziranih proizvodnih linija i procesa solidifikacije.
Tehnološka zrelost: razlika u točnosti i stabilnosti između opreme proizvedene u SAD-u i opreme proizvedene u drugim zemljama znači da je potrebno obaviti 10% do 15% više posla nakon obrade na-američkoj opremi, što neizravno povećava troškove.
2. Traženje najboljeg načina optimizacije
Inovacija procesa: korištenje tehnologija poput regionalnog ispisa i dvosmjerne distribucije praha kako bi se ispis učinio učinkovitijim i zahtijevao manje pratećih struktura. Jedna je tvrtka poboljšala svoju metodu skeniranja kako bi smanjila obujam podrške za 40%, što je također smanjilo postotak troškova post{2}}obrade.
Optimiziranje materijala: Napravite specifične praškaste materijale s kojima je lako raditi i ne opterećujte ih previše. Određena tvrtka izdala je prah legure titana s niskom koncentracijom kisika. Ovaj prah snižava temperaturu toplinske obrade za 50 stupnjeva i smanjuje troškove potrošnje energije s 18% na 10%.
Nadogradnja opreme: Dodavanje mrežnog otkrivanja i tehnologija prilagodljive obrade kako bi se smanjila potreba ljudi da stvari rade ručno. Tvrtka koja koristi AI-robota za poliranje skratila je vrijeme potrebno za obradu jednog komada s dva sata na pola sata. Trošak rada također je pao s 25% na 8%.
Zajednički rad u industrijskom lancu: integrirana oprema za ispis i naknadnu{0}}obradu može skratiti proizvodne cikluse. Određena tvrtka izumila je kompozitni stroj "tisak+toplinska obrada+strojna obrada" koji skraćuje vrijeme potrebno za izradu strukturnih dijelova zrakoplovstva s dva tjedna na tri dana i snižava troškove za 35%.