¿Cómo determinar si un componente es adecuado para el reemplazo con impresión de metal?

1. Complejidad geométrica: ir más allá de los límites físicos de la fabricación tradicional
El principal beneficio de la impresión 3D de metal es que puede hacer formas geométricas complicadas que otros métodos no pueden. La impresión de metal es la mejor opción cuando la pieza tiene las siguientes características:
Mejora del canal de flujo en el interior: por ejemplo, el colector del motor está formado por tuberías amuralladas desiguales y delgadas - que forman parte de la misma pieza. Esto elimina las fallas de soldadura que vienen con métodos de soldadura estándar y reducen la resistencia de los líquidos en más del 30%. Cierto negocio de motores de aviación utilizó tecnología de fusión selectiva láser (SLM) para imprimir una cámara de combustión. El canal de enfriamiento interno tenía solo 0,8 mm de ancho, pero la eficiencia de enfriamiento aumentó en un 45%.
Estructura de optimización de topología: una estructura de red puede encontrar un equilibrio entre la ligereza y la fuerza. Por ejemplo, un fabricante de automóviles hizo piezas para el sistema de suspensión como estructuras de celosía BCC, que reducen el peso en un 62% mientras mantienen la resistencia y el uso de material elevado desde el 15% en la fabricación de sustractivos estándar al 92%.
Diseño integrado: la impresión de metal puede combinar varias partes en una. Una compañía que fabrica equipos de energía eólica combinó 12 piezas en la caja de cambios en una parte impresa. Esto redujo el tiempo que se necesitó para armar de 8 horas a 45 minutos y reducir la tasa de falla en un 78%.
Criterios para la evaluación: si la pieza tiene cinco o más superficies mecanizadas independientes, necesita tres o más sujeción y posicionamiento, o tiene tamaños de características menores de 0.5 mm que son difíciles de obtener utilizando métodos estándar, entonces es geométricamente factible para el reemplazo de la impresión de metales.
2. Rendimiento del material: satisface las necesidades estrictas de condiciones de operación muy duras
Para reemplazar los productos de proceso tradicionales, las piezas de impresión de metal deben pasar la verificación del rendimiento del material:
Rendimiento mecánico coincidente: las piezas impresas con aleación de titanio pueden tener una resistencia a la tracción de 1100MPa y un alargamiento del 15%. Esto significa que se pueden usar en lugar de piezas forjadas en la carga de aviación - estructuras de rodamiento. Un negocio aeroespacial ha confirmado que el soporte satelital de aleación de titanio impreso 3D - es más estable en términos de tamaño que las piezas fundidas tradicionales, con un cambio de solo 0.02 mm/m entre -196 grados y 350 grados.
Control de microestructura: puede cambiar la densidad de potencia del láser y la velocidad de escaneo para cambiar los cristales columnares en cristales equiaxed. Una compañía que hace que los equipos de energía nuclear mejoren el método de impresión para válvulas de acero inoxidable 316L para obtener el tamaño de grano de grado 8 ASTM y hacerlas tres veces más resistentes a la corrosión de los iones de cloruro.
Necesidades funcionales especiales: Nickel - basado en alto - Las piezas de aleación de temperatura hechas de Inconel 718 pueden manejar una resistencia a la tracción de 1200MPA a 650 grados, lo cual es bueno para los discos de turbina en motores de aeronaves. Una compañía médica hizo un implante de la cadera de aleación de aleación de cromo de cobalto que es 99.9% denso gracias a la tecnología de fusión del haz de electrones (EBM). También es más biocompatible que las fundiciones estándar.
Cómo verificar: para asegurarse de que los indicadores de rendimiento cumplan o superen los criterios de componentes originales, se necesitan pruebas de rendimiento mecánica como tracción, impacto y pruebas de dureza, así como pruebas destructivas de verificación de microestructura como el análisis metalográfico y las pruebas destructivas de CT non-.
3. Análisis de la economía: optimización del costo de todo el ciclo de vida
Necesitamos mirar la economía de la impresión de metales desde los siguientes ángulos:
Desglose de costos individuales: para piezas de aleación de titanio, el costo de los materiales es del 45%(con una tasa de utilización de polvo del 85%), el costo de la depreciación del equipo es del 25%, el costo del procesamiento posterior -} es del 20%y el costo de la mano de obra es del 10%. Si el tamaño del lote es inferior a 500 piezas, la impresión cuesta menos que usar un centro de mecanizado de cinco -} de eje. Si el tamaño del lote es de más de 2000 piezas, debe pensar en cómo dividir el costo del molde.
Ahorros que no son obvios: al imprimir piezas de repuesto, un fabricante de equipos de semiconductores pudo vender su inventario 24 veces al año en lugar de 4 veces al año. Esto le ahorró a la compañía a más de 8 millones de yuanes en gastos de almacenamiento cada año. La impresión localizada reduce las pérdidas de tiempo de inactividad de un promedio de 500,000 yuanes por día a 80,000 yuanes en los casos en que el mantenimiento se realiza de forma remota.
Período de recuperación de la inversión: por ejemplo, cuando una compañía comenzó a usar la impresión de metal para hacer moldes, el tiempo que llevó hacer un molde pasó de 45 días a 12 días, y el costo de un solo conjunto de moldes pasó de 120,000 yuanes a 78,000 yuanes. En seis meses, se recuperó el dinero gastado en el equipo.
Modelo para tomar decisiones: una parte es económicamente factible si se ajusta a las siguientes condiciones:
Producción de tamaño pequeño a mediano - con una necesidad anual de 50 a 2000 piezas
Piezas que tienen un solo valor que es más de 2000 yuanes y agrega mucho valor
Más del 30% del tiempo, la demanda de mantenimiento de emergencia o trabajo a medida es alta.
4. Ciclo de producción: el principal beneficio de la fabricación ágil
La impresión de metal tiene muchos beneficios del ciclo en las siguientes situaciones:
Creación de un nuevo modelo: imprimiendo 20 tipos de prototipos de la caja de cambios al mismo tiempo, una determinada compañía de automóviles redujo el ciclo de desarrollo de 18 meses a 7 meses y triplicó el número de iteraciones de prueba.
Suministro instantáneo de repuestos: una compañía de energía eólica ha establecido un centro de impresión regional para que los componentes de repuesto de ciclo largo - como los rodamientos de cuchillas se puedan entregar en 48 horas, que es un 90% más rápido que las formas tradicionales de obtenerlos.
Mejora de los accesorios y plantillas: al imprimir accesorios únicos, una empresa electrónica pudo mejorar la precisión del montaje de la superficie SMT de ± 0.1 mm a ± 0.03 mm y cortar el tiempo que tardó en cambiar los cables de 45 minutos a 8 minutos.
La impresión de metal puede terminar todo el proceso, desde el diseño hasta la entrega, en 72 horas, que es de 5 a 10 veces más rápido que los métodos tradicionales. Funciona mejor cuando hay muchos tipos diferentes de productos y pequeños lotes que deben hacerse con grandes cambios en la demanda.
5. Capacidad para adaptarse a diferentes escenarios de aplicación: integración profunda de los rasgos de la industria
La aplicabilidad de la impresión de metales varía significativamente entre las empresas.
El tren de aterrizaje de un avión de combate específico se ha optimizado de dos maneras: al imprimir piezas estructurales de aleación de titanio, se ha convertido en un 32% más ligero y un 15% más fuerte. El tiempo que lleva responder a las solicitudes de mantenimiento ha disminuido de dos semanas a 72 horas.
En medicina, los implantes dentales personalizados utilizan tecnología de fusión del haz de electrones para alcanzar un control de precisión de 0.1 mm. Los recubrimientos bioactivos tienen una eficiencia de deposición que es cinco veces mayor que la de los métodos tradicionales, y el tiempo de curación para los pacientes se reduce en un 40%.
Herramientas de energía: una planta de energía nuclear utiliza tubos de transferencia de calor del generador de vapor impreso que optimizan la orientación del grano para que la unidad sea 8% más eficiente térmicamente. El ciclo operativo continuo dura más de 24 meses, que es un nivel avanzado mundial.
Estándares para adaptarse a la industria:
Aeroespacial: cada parte debe valer al menos 500,000 yuanes y debe ser muy ligero.
Médico: debe cumplir con la certificación médica ISO 13485 y permitir la personalización personalizada
Energía: necesita la certificación ASME a presión y puede manejar temperaturas de al menos 500 grados.