Metal 3D baskı hammadde atıklarını azaltabilir mi?

一, geleneksel imalatta malzeme israfı sorunu
"Dışarıda üretim" paradigması, geleneksel metal işlemenin kullandığı şeydir. Bu, malzeme atıklarının tüm üretim zincirinden geçtiği anlamına gelir. Örneğin, otomotiv motor silindir blokları yaparken, geleneksel kum dökümünün tasarımın ağırlığının üç katından fazla metal sıvıya ihtiyacı vardır. Takip eden kesme prosedürü sırasında birçok metal yonga yapılacaktır. İstatistikler, dünya çapında sanayi endüstrisindeki kesme prosedürlerinin her yıl 200 milyon tondan fazla metal atık oluşturduğunu göstermektedir. Sadece Çin'de işleme sırasında her yıl yaklaşık 30 milyon ton metal kaynağı boşa gidiyor.
Malzeme atığı sorunu özellikle hassas bileşen üretimi alanında yaygındır. Belirli bir havacılık bileşeni şirketi, titanyum alaşım bıçakları yapmak için beş - eksen bağlantısı işleme kullandığında, her üründeki malzemenin% 25'inden azı kullanılır ve diğer% 75'i yonga olarak boşa gider. Bu işler, çok fazla enerji kullanır ve çok fazla emisyon yapar, bu da dünyadaki karbon nötrlüğü hedefinden çok farklıdır.
2, metal 3D baskının tam olarak çalışması
1. Dijital katmanlı sedimantasyon için teknoloji
Lazer seçici eritme (SLM) veya elektron ışını eritme (EBM) teknolojisi, metal 3D baskıda 3D modeli 20-100 μm ince katmanlara kesmek ve metal toz tabakasını katmanla eritmek için kullanılır. Bu "sıfırdan" bina süreci, malzemelerin sadece ihtiyaç duydukları yere yerleşmesini sağlar. Platinum teknolojisi, C919 uçağı için titanyum alaşım merkezi kanat kenar şeridi yaptı. Topoloji optimizasyon tasarımına göre% 40 daha hafiftir ve tipik dövme işleminin% 65'inden çok daha iyi olan malzemenin% 92'sini kullanır.
2. Kapalı bir döngüde dolaşım için bir sistem
Modern metal 3D baskı makinelerinde yerleşik akıllı toz geri dönüşüm cihazları vardır ve eriymeyen toz tarandıktan sonra tekrar kullanılabilir. Kapalı - döngü toz yönetim sistemi ile GE Havacılık, LEAP motorları için yakıt nozulları yapmak için malzeme geri dönüşüm oranını% 95'e yükseltti. Bu, toz kullanımını eski yöntemlere kıyasla% 80 oranında keser. Toz dağılım özelliklerini optimize ederek, bir tıbbi cihaz şirketi, tek bir ortopedik implant yapmak için gereken toz miktarını 1.2 kg'dan 0,3 kg'a düşürebilir.
3. Delikli yapı ve kafes tasarımı
Metal 3D baskı, geleneksel katı yapılarla ilgili sorunları aşar ve içi boş iç mekanlarla hafif binalar yapabilir. Airbus A350XWB uçağı, biyomimetik nokta matris tasarımı yoluyla mukavemeti korurken, her yıl uçak başına 2 milyon doların üzerinde yakıt masraflarından tasarruf sağlayan 3D baskılı bir titanyum alaşım braketi kullanıyor. 3D baskılı gözenekli titanyum alaşım asetabular bardakların gözenekliliği tıpta% 80'e yaklaşabilir. Bu, daha az malzemenin kullanıldığı ve kemik hücrelerinin daha hızlı gelişebileceği anlamına gelir.
3, Maddi Devrim'e yol açan teknolojik gelişmeler
1. Birden fazla malzeme ile baskı için teknoloji
En yeni lazer metal biriktirme (LMD) teknolojisi, titanyum ve alüminyum alaşımları gradyan desenine yazdırabilir. Bir havacılık işletmesi bu teknolojiyi roket yakıt tankları yapmak için kullanıyor. Bu, tankların yüksek sıcaklıkları ele alabildiğinden emin olurken malzeme fiyatlarından% 45 tasarruf sağlar. Farklı malzeme türlerini kaynaştırma yeteneği, tasarımcıların her bir parçanın ne kadar stres altında olacağına göre kaynakları tam olarak atamasını sağlar, bu da geleneksel tekniklerde "aşırı tasarımın" neden olduğu maddi atıkları durdurur.
2. Yapay zekadan yardım alarak tasarım
Siemens Industrial Software'in NX AM modülü otomatik olarak en iyi topoloji yapısını oluşturabilir. Teknoloji, yeni bir enerji araç şirketi için motor gövdeyi tasarlarken malzeme kullanımını% 60 azaltmak ve ısı dağılma verimliliğini% 25 arttırmak için üretken tasarım kullandı. Bu algoritma - tabanlı tasarım yöntemi, üreticilerin daha az malzeme ile daha iyi performansın nasıl elde edileceğini düşünme biçimini değiştiriyor.
3. hurda metalleri yeniden kullanma ve geri dönüştürme
İsveçli iş h ö gan ä s, hurda metal yongalarını doğrudan 15 ila 45 μ m'lik bir partikül boyutuna sahip küresel tozlara dönüştürebilen atomi teknolojisini yaptı. Belirli bir otomotiv bileşenleri firması, bu teknoloji sayesinde her yıl 2000 ton atık yongası geri dönüştürüyor. Bu, karbondioksit emisyonlarını 12000 ton kesme ile aynıdır. Bu "kentsel madencilik" paradigması, metalle 3D baskıyı dairesel ekonominin önemli bir parçası haline getiriyor.
4, endüstri uygulamalarının faydaları üzerine ampirik çalışma
1. Havacılık alanı
3D baskı teknolojisini kullanarak Rolls Royce, Trent XWB motoru için 2000'den fazla parçayı 20'de birleştirdi. Bu, malzeme kullanımını% 15'ten% 85'e çıkarmıştır. Bir motorun ağırlığını 300 kg keserek, havayolları yılda 500.000 dolardan fazla tasarruf edebilir.
2. Tıbbi implantlar yapmak
Johnson & Johnson DePuy Synthes, protez ve hastanın kemik yatağı arasındaki uyum sağlayan bir kobalt krom alloy kalça eklemi bastı ve kişiselleştirilmiş tasarım yoluyla% 90 daha iyi ve% 40 oranında kullanılan malzemeleri kesti. Bu tür hassas tıp sadece tedavileri daha etkili hale getirmekle kalmaz, aynı zamanda daha az kaynak kullanır.
3. Kalıp yapmanın yeni yolları
Ev aletleri yapan belirli bir şirket, konformal soğutma suyu kanallarına sahip 3D baskı kalıpları kullanır. Bu, enjeksiyon kalıplama döngüsünü% 40 ve 80.000 yuan ila 30.000 yuan ile tek bir kalıp maliyetini azaltır. Bu yeni teknoloji, geleneksel kalıp endüstrisinin eskiden "büyük miktarlarda ve uzun döngüler" olan şeyleri yapma biçiminde devrim yaratıyor.