Hur är kostnaden för 3D-utskriftsformar av metall jämfört med traditionell tillverkning?

1. Materialkostnad: Ändra från "Reduktion av materialavfall" till "Additivcykel"
När man tillverkar formar på det gamla-sättet används subtraktiva metoder, vilket innebär att mycket material går förlorat under skärning, elektrisk urladdningsbearbetning och andra steg. Till exempel kan en formsprutningsform använda mindre än 60 kilo material för att tillverka formen efter att ha gått igenom flera faser. De övriga 40 % av avfallet kan återvinnas, men det kommer att kosta mer att sortera, smälta och bearbeta dem. Traditionellt hantverk kräver dessutom material som är mycket rena, och hög-formstål är dyrt, vilket gör materialen ännu dyrare.

Metall 3D-utskrift är en additiv tillverkningsprocess som gör formar genom att smälta och lägga metallpartiklar ovanpå varandra och lämnar nästan inget avfall. Du kan sila och återvinna pulver som du inte använder, och mer än 90 % av materialet används. Med till exempel titanlegeringsformar är materialkostnaden i traditionella tekniker ungefär 35 %, men med 3D-utskrift kan den minskas till mindre än 20 %. 3D-utskrift är ännu bättre eftersom det kan skrivas ut med mer än ett material åt gången. Till exempel kan du lägga ett lager av kopparlegering med hög värmeledningsförmåga på ytan av formen medan huvudstrukturen är gjord av hög-titanlegering. Styrteknik för materialgränssnitt gör det möjligt att länka samman material utan sömmar. Detta tjänar inte bara funktionella behov utan sänker också kostnaderna totalt.

2. Bearbetningskostnad: ändra från "samarbete med flera-processer" till "integrering av enstaka-utrustning"
Att göra formar på det gamla-sättet kräver många steg, som skärning, elektrisk urladdning, trådklippning och polering. Den behöver också mer än tio maskiner, som CNC-bearbetningscenter, elektriska urladdningsmaskiner och slipmaskiner. Bearbetningscyklerna kan ta veckor eller till och med månader. Till exempel, för att göra den interna kylvattenkretsen för-gjutformar måste du borra och svetsa. När man designar komplicerade vattenkretsar måste man ofta prova och byta olika formar, vilket ökar kostnaden för bearbetningen.

Metall 3D-utskrift kombinerar alla processer i processen till en enhet, vilket gör det mycket lättare att förvandla digitala modeller till riktiga formar. Till exempel, för att göra den konforma kylvattenvägsformen, krävde traditionella metoder mycket borrning och svetsning för att få vattenvägsmönstret. Med 3D-utskrift kan du skapa tre-dimensionella slingrande vattenvägsstrukturer på en gång utan att behöva göra något mer arbete. En fallstudie av ett specifikt företag visar att användningen av 3D-tryckta konforma kylformar minskar bearbetningskostnaderna med 40 % jämfört med standardmetoder och ger designers mer än tre gånger friheten att skapa vattenvägar.

3. Kostnad för produktionscykeln: Att gå från "lång cykel försök och fel" till "snabb iterativ verifiering"
Formöppningscykeln är utdragen vid traditionell formtillverkning. Detta gäller särskilt under forsknings- och utvecklingsprovproduktionsskedet, när modifieringar av designen innebär att formen måste återskapas, vilket kostar mycket tid och pengar. Till exempel tar det 6 till 8 omgångar av provgjutning att tillverka en bilinteriörform, där varje omgång kostar cirka 50 000 yuan och tar 3 till 6 månader att slutföra. Om det finns problem med designen kan den initiala investeringen gå förlorad helt.

Metall 3D-utskrift gör det enkelt att snabbt gå igenom cykeln "design print test optimization". Designers kan göra ändringar i formen och trycka om den på några timmar, vilket minskar testformcykeln till 1–2 veckor. Ett visst nytt energifordonsföretag har minskat tiden det tar att utveckla en produkt från 6 månader till 3 veckor genom 3D-utskrift av batteripaketformar. De förbättrade också designen av kylvattenkretsen genom 5 omgångar av iteration, vilket minskade formsprutningscykeln med 30 % och höjde produktkvalificeringsgraden till 99 %. Detta koncept med "snabbt misslyckande, snabb korrigering" minskar kostnaderna för produktionscykeln mycket.

4. Kvalitetskostnad: Övergång från "Passiv sanering" till "Aktivt förebyggande"
Det konventionella formkylsystemet är lätt att använda, men det kan orsaka problem som ojämn kylning och produktdeformation. För stora formsprutade produkter kan felfrekvensen för traditionell formtillverkning vara så hög som 15 %. Den konforma kylvattenkretsen kan dock sänka defektfrekvensen till mindre än 5 %. Ett visst företag säger att kvalitetskostnaden för en enskild produkt (inklusive skrotförluster, omarbetningskostnader etc.) har sjunkit från 8 yuan till 2 yuan sedan de började använda 3D-tryckta konforma kylformar. Detta sparar dem mer än 10 miljoner yuan per år.

Dessutom kan topologioptimeringsdesign göra 3D-utskriftsformar lättare samtidigt som de ser till att de är starka. Till exempel har formen för turbinbladen i en flygmotor gjorts för att vara lättare, minska vikten med 20 % men samtidigt förlänga utmattningslivslängden med 15 %. Denna egenskap med "viktminskning utan kvalitetsförlust" gör underhållskostnaderna ännu lägre över tiden.

5. Långsiktiga-fördelar: en förändring från "hög kostnad per enhet" till "fördelar med batchallokering"
Den initiala kostnaden för att tillverka 3D-utskriftsformar av metall är högre än för traditionella metoder (till exempel kostar titanlegeringsformar 30 % till 50 % mer per enhet), men deras fördelar är särskilt viktiga för små-produktion och multi-produktion. Till exempel använder ett företag 3D-utskrift för att göra skräddarsydda tandkronformar av koboltkromlegering. Detta minskar kostnaden för varje del med 35 % jämfört med traditionella metoder och förkortar formsprutningscykeln från 120 sekunder till 45 sekunder genom konform kyldesign, vilket ökar den årliga produktionskapaciteten med fyra gånger.

Kostnadsfördelen med 3D-tryckta formar blir tydlig med tiden. Formens termiska utmattningslivslängd har ökat med mer än 30 % genom att förbättra den interna kylvattenkretsen och strukturen. Kostnaden för formen för varje pressgjutning har också minskat med 20 %. Ett visst flygföretag säger att även om den initiala kostnaden för att använda 3D-tryckta motorcylinderhuvudformar är 40 % högre, är den totala kostnaden över fem år 18 % lägre än traditionella metoder eftersom formarna håller längre och ger bättre resultat.

6. Industrialiseringslandning: ett hopp från "tekniskt möjligt" till "ekonomiskt möjligt"
Batchlikformigheten hos 3D-utskriftsformar av metall var ursprungligen ett stort problem som hindrade dem från att användas inom industrin. Industrin har uppnått måttnoggrannhetskontroll inom ± 10 μm, vilket möter hög-tillverkningsbehov. Detta möjliggjordes genom att förbättra hårdvarustabiliteten (till exempel genom multi-lasersamarbetsutskrift och sluten-energikontroll, optimera processer (till exempel genom parameterbibliotek och simuleringar, onlineövervakningsfeedback) och bygga kvalitetsspårbarhetssystem (till exempel genom digitala tvillingar och fullständiga processdatalänkar).

Metall 3D-utskriftsformar används nu i stor utsträckning inom sektorer inklusive flyg, bil, medicin och mer. Till exempel har den regenerativa kylkanaltopologin förbättrat SpaceX-rakettryckkammaren, minskat utskriftscykeln från 6 månader till 3 veckor och tillåtit 500 termiska cykeltester att utföras utan att misslyckas. COMAC C929 använder SLM-teknik för att skriva ut vingfästen i titanlegering, vilket uppnår en storleksavvikelse på Mindre än eller lika med ± 15 μm i en sats på 200 stycken, vilket minskar vikten med 15 % samtidigt som den klarar utmattningstestning.