In 3D kim loại có thể thay thế hoàn toàn phương pháp sản xuất khuôn mẫu truyền thống?

一, Sự khác biệt chính giữa sản xuất cộng và sản xuất trừ theo quan điểm kỹ thuật
"Tầng và xếp chồng được điều khiển bằng kỹ thuật số" chính là nội dung của in 3D kim loại. Ví dụ: nấu chảy chọn lọc bằng laser (SLM) chỉ làm tan chảy một số loại bột kim loại nhất định bằng cách sử dụng chùm tia laser năng lượng cao. Sau đó, nó xây dựng các hình dạng ba chiều theo từng lớp và tạo ra các không gian bên trong phức tạp, các kênh làm mát phù hợp và các cấu trúc khác một cách trực tiếp mà không cần khuôn. Platinum Technology đã tạo ra một đường dẫn nước có hình dạng mô phỏng sinh học-cho khuôn hộp ắc quy xe năng lượng mới, giúp cắt giảm 35% chu kỳ ép phun và cải thiện hiệu suất làm mát thêm 40%. Điều này khó thực hiện được bằng các phương pháp khoan và phay tiêu chuẩn.
Mặt khác, chế tạo khuôn truyền thống sử dụng "xử lý trừ" (như phay CNC và gia công phóng điện) và "tạo hình vật liệu bằng nhau" (như đúc và rèn). Cách thức hoạt động của các quy trình này có nghĩa là thiết kế khuôn cần phải tính đến tính khả thi của quy trình. Ví dụ: trong khuôn đúc-truyền thống, kênh dẫn nước làm mát thường bị đứt hoặc thẳng. Điều này là do khó tiếp cận mũi khoan và khó tạo ra thiết kế vừa với lỗ khuôn. Điều này làm cho việc làm mát không đồng đều và khiến sản phẩm bị biến dạng hơn 8%.
Điểm quan trọng nhất của sự thay thế công nghệ: In 3D là cách duy nhất để thực hiện khi độ phức tạp của cấu trúc khuôn (lỗ chéo bên trong, gân-có thành mỏng, vi kênh, v.v.) khiến các phương pháp truyền thống không thể thực hiện được hoặc khi cần thực hiện nhanh chóng các thay đổi về thiết kế. Ví dụ, in 3D đã cắt giảm thời gian tạo khuôn vỏ thiết bị y tế từ 6 tuần xuống còn 72 giờ và tăng tỷ lệ sử dụng vật liệu từ 25% lên 95%.
2, Cơ cấu chi phí: Quay vòng kinh doanh trong các tình huống hàng loạt nhỏ
Chi phí phát triển khuôn mẫu chiếm tới 60% đến 70% tổng chi phí làm khuôn truyền thống. Những chi phí này bao gồm hao mòn thiết bị và nhân công cần thiết để sản xuất điện cực, gia công phóng điện, cắt dây và các quy trình khác. "Đúc trực tiếp các mô hình kỹ thuật số" trong in 3D kim loại loại bỏ nhu cầu về khuôn và những yếu tố chính quyết định giá thành của nó là vật liệu bột được sử dụng và độ hao mòn trên thiết bị.
1. Đối với các lô nhỏ (1–100 chiếc), in 3D rõ ràng là tốt hơn.
Lượng vật liệu được sử dụng: Trong các phương pháp truyền thống, như rèn và cắt phôi, có tới 70% vật liệu bị lãng phí. Nhưng trong in 3D, bột còn sót lại có thể được tái chế nên hơn 90% vật liệu được sử dụng. Ví dụ: in 3D giúp giảm 58% chi phí vật liệu đối với khuôn đúc-kim loại nhôm nhất định.
Chi phí xử lý: Khuôn truyền thống cần một số máy làm việc cùng nhau để xử lý chúng, nhưng in 3D chỉ cần một máy để thực hiện đúc cấu trúc lõi, giúp cắt giảm chi phí xử lý từ 40% đến 60%.
Thời gian chu kỳ: Chu kỳ mở khuôn tiêu chuẩn có thể mất tới sáu đến tám tuần, nhưng in 3D chỉ mất ba đến năm ngày. Điều này có thể cắt giảm hơn 70% chu trình R&D, khiến nó trở nên hoàn hảo cho giai đoạn xác minh sản xuất thử nghiệm.
2. Đối với những đơn hàng lớn (trên 1000 chiếc), tay nghề truyền thống vẫn là tiêu chuẩn.
Đơn giá: Khi sản lượng tăng lên, chi phí chung của khuôn truyền thống sẽ giảm rất nhanh. Ví dụ: khi sản xuất nhiều khuôn mui xe ô tô, giá mỗi chiếc đã giảm từ 2000 nhân dân tệ cho in 3D xuống còn 80 nhân dân tệ cho các phương pháp{4}}kiểu cũ.
Độ chính xác và chất lượng bề mặt: Với phương pháp cắt CNC truyền thống, bạn có thể có được bề mặt phẳng 0,8 μm, nhưng với in 3D, bạn phải trải qua quá trình đánh bóng, phun cát và các bước khác để có được bề mặt phẳng 3,2 μm, chi phí cao hơn.
Khi sản lượng khuôn hàng năm vượt quá 500 chiếc, chi phí cho một chiếc sử dụng phương pháp truyền thống sẽ bắt đầu thấp hơn so với in 3D. Nếu rủi ro khi thay đổi thiết kế được tính đến (ví dụ: thay đổi khuôn truyền thống có nghĩa là phải mở lại khuôn, việc này có thể tốn tới 30% đến 50% chi phí ban đầu), thì lợi ích của việc in 3D trong sản xuất linh hoạt có thể được mở rộng đến những tình huống có khoảng 1000 sản phẩm được sản xuất mỗi năm.
3, Sinh thái công nghiệp: cách công nghệ có thể phối hợp với nhau để giúp ích cho môi trường và cách tái thiết môi trường
Việc tạo khuôn truyền thống và in 3D kim loại đang cạnh tranh với nhau nhưng đó không phải là trò chơi có tổng bằng 0. Thay vào đó, nó là một lực đẩy môi trường công nghiệp theo hướng tích hợp "dịch vụ sản xuất thiết kế".
1. Kết hợp công nghệ: chế tạo vật liệu composite bằng phương pháp cộng và trừ
Các công ty hàng đầu đang vượt qua giới hạn của một công nghệ duy nhất bằng cách sử dụng "in 3D + gia công chính xác CNC" cùng nhau. Ví dụ: thiết bị BLT-S450 của Platinum có thể thực hiện sáu-in cộng tác bằng laser và một trung tâm gia công năm-trục có thể sửa chữa các hốc khuôn với độ chính xác-gương gương. Điều này duy trì khả năng kết cấu phức tạp của in 3D trong khi đáp ứng nhu cầu về chất lượng bề mặt của khuôn truyền thống.
2. Vật liệu mới: Các gradient chức năng và Vật liệu tổng hợp
Vật liệu được sử dụng trong khuôn truyền thống chủ yếu là hợp kim đơn. Tuy nhiên, in 3D có thể đặt các vật liệu được phân loại theo chức năng theo cách riêng cho từng công việc. Trong trường hợp khuôn động cơ máy bay, công nghệ in 3D sẽ bổ sung lớp phủ có độ cứng-cao (như WC Co) lên bề mặt. Điều này giữ cho lõi bền và tạo ra "một vật liệu cho nhiều mục đích sử dụng", đây là một cải tiến so với cách kết nối các vật liệu khác nhau với nhau theo cách cũ.
3. Chế độ dịch vụ: từ bán thiết bị đến cung cấp giải pháp
“Nhà cung cấp phần cứng” đang đổi tên thành “nhà tích hợp dịch vụ” cho các nhà sản xuất thiết bị. Platinum đã phát hành một hệ thống "cơ sở dữ liệu thiết bị + vật liệu + quy trình" hoạt động cùng nhau. Giá bột hợp kim titan tự sản xuất của công ty thấp hơn 50% so với năm 2020 và nền tảng Internet of Things đã giúp chẩn đoán và cảnh báo từ xa về các lỗi thiết bị, giúp tăng doanh thu dịch vụ lên 30%.
4. Tiêu chuẩn trong ngành: Từ tăng trưởng hoang dã đến phát triển tiêu chuẩn hóa
Việc làm khuôn truyền thống đã tạo ra một hệ thống tiêu chuẩn đầy đủ, chẳng hạn như tiêu chuẩn về độ chính xác của khuôn ISO 2768. Tuy nhiên, khuôn in 3D vẫn còn một số vấn đề như không thể nhận được sự phê duyệt về độ chính xác và kiểm soát tỷ lệ lỗi của chúng. Ví dụ, khuôn cấy ghép y tế cần được chứng nhận bởi cả FDA và CE cứ sau 3 đến 5 năm. Điều này khiến cho việc in 3D khó lan rộng sang các khu vực-cao cấp hơn.