In 3D kim loại có thể làm giảm chất thải nguyên liệu thô?

一, Vấn đề lãng phí vật liệu trong sản xuất truyền thống
Mô hình "Sản xuất trừ" là những gì chế biến kim loại truyền thống sử dụng. Điều này có nghĩa là chất thải vật liệu đi qua toàn bộ chuỗi sản xuất. Ví dụ, trong khi chế tạo các khối xi lanh động cơ ô tô, đúc cát truyền thống cần chất lỏng kim loại nhiều hơn ba lần trọng lượng của thiết kế. Rất nhiều chip kim loại sẽ được thực hiện trong quá trình cắt tiếp theo. Thống kê cho thấy các thủ tục cắt giảm trong ngành công nghiệp trên toàn thế giới tạo ra hơn 200 triệu tấn chất thải kim loại mỗi năm. Chỉ riêng ở Trung Quốc, khoảng 30 triệu tấn tài nguyên kim loại bị lãng phí mỗi năm trong quá trình chế biến.
Vấn đề chất thải vật liệu đặc biệt phổ biến trong lĩnh vực sản xuất thành phần chính xác. Khi một công ty thành phần hàng không nhất định sử dụng năm - Gia công liên kết trục để tạo lưỡi dao hợp kim titan, ít hơn 25% vật liệu trong mỗi sản phẩm được sử dụng và 75% khác bị lãng phí dưới dạng chip. Cách làm cho mọi thứ sử dụng rất nhiều năng lượng và tạo ra rất nhiều khí thải, rất khác so với mục tiêu trung lập carbon trên khắp thế giới.
2, cách chính xác mà in 3D kim loại hoạt động
1. Công nghệ cho trầm tích lớp kỹ thuật số
Công nghệ nóng chảy chọn lọc bằng laser (SLM) hoặc tia điện tử (EBM) được sử dụng trong in 3D kim loại để cắt mô hình 3D thành các lớp mỏng 20 20100100 m và làm tan chảy lớp bột kim loại từng lớp. Quá trình xây dựng "từ đầu" này cho phép các vật liệu chỉ giải quyết ở nơi họ cần. Công nghệ bạch kim đã tạo ra dải cạnh trung tâm hợp kim Titanium cho máy bay C919. Nó nhẹ hơn 40% vì thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết và nó sử dụng 92% vật liệu, tốt hơn nhiều so với quy trình rèn điển hình của quy trình giả mạo 65%.
2. Một hệ thống cho bột lưu hành trong một vòng kín
Máy in 3D kim loại hiện đại có các thiết bị tái chế bột thông minh được tích hợp và bột không tan chảy có thể được sử dụng lại sau khi được sàng lọc. Với hệ thống quản lý bột vòng - đã đóng, GE Hàng không đã nâng tỷ lệ tái chế vật liệu lên 95% để tạo ra vòi phun nhiên liệu cho động cơ nhảy. Điều này cắt giảm sử dụng bột 80% so với các phương pháp cũ. Bằng cách tối ưu hóa các đặc tính phân phối bột, một công ty thiết bị y tế có thể cắt giảm lượng bột cần thiết để tạo ra một cấy ghép chỉnh hình duy nhất từ ​​1,2 kg xuống còn 0,3 kg.
3. Cấu trúc với các lỗ và thiết kế mạng
In 3D kim loại vượt qua các vấn đề với các công trình rắn truyền thống và có thể tạo ra các tòa nhà nhẹ với nội thất rỗng. Máy bay Airbus A350XWB sử dụng khung hợp kim titan được in 3D, giúp tiết kiệm trọng lượng 30% trong khi bảo quản sức mạnh thông qua thiết kế ma trận chấm sinh học, tiết kiệm hơn 2 triệu đô la chi phí nhiên liệu cho mỗi máy bay mỗi năm. Độ xốp của cốc acetabular hợp kim xốp 3D có thể đạt tới 80% trong y học. Điều này có nghĩa là ít vật liệu được sử dụng và các tế bào xương có thể phát triển nhanh hơn.
3, Những tiến bộ công nghệ dẫn đến cuộc cách mạng vật chất
1. Công nghệ in với nhiều vật liệu
Công nghệ lắng đọng kim loại laser (LMD) mới nhất có thể in các hợp kim titan và nhôm theo mẫu gradient. Một doanh nghiệp hàng không vũ trụ sử dụng công nghệ này để chế tạo các thùng nhiên liệu tên lửa. Điều này tiết kiệm 45% giá vật liệu trong khi đảm bảo các xe tăng có thể xử lý nhiệt độ cao. Khả năng hợp nhất các loại vật liệu khác nhau cho phép các nhà thiết kế gán chính xác tài nguyên dựa trên mức độ căng thẳng mà mỗi phần sẽ xảy ra, điều này ngăn chặn chất thải vật liệu gây ra bởi "thiết kế quá mức" trong các kỹ thuật truyền thống.
2. Thiết kế với sự giúp đỡ từ trí tuệ nhân tạo
Mô -đun NX AM của Siemens Phần mềm công nghiệp có thể tự động tạo cấu trúc cấu trúc liên kết tốt nhất. Công nghệ đã sử dụng thiết kế tổng quát để cắt giảm sử dụng vật liệu bằng 60% và tăng cường hiệu quả phân tán nhiệt lên 25% khi thiết kế nhà ở động cơ cho một công ty xe năng lượng mới. Thuật toán này - Phương thức thiết kế dựa trên đang thay đổi cách các nhà sản xuất nghĩ về cách có được hiệu suất tốt hơn với ít vật liệu hơn.
3. Tái sử dụng và tái chế kim loại phế liệu
Kinh doanh Thụy Điển h ö gan ä S đã tạo ra công nghệ nguyên tử, có thể biến các chip kim loại phế liệu trực tiếp thành các loại bột hình cầu với phạm vi kích thước hạt từ 15 đến 45 m. Một công ty linh kiện ô tô nhất định hiện tái chế 2000 tấn chip chất thải mỗi năm nhờ vào công nghệ này. Điều này giống như cắt giảm lượng khí thải carbon dioxide bằng 12000 tấn. Mô hình "Khai thác đô thị" này làm cho việc in 3D với kim loại trở thành một phần quan trọng của nền kinh tế tuần hoàn.
4, Nghiên cứu thực nghiệm về lợi ích của các ứng dụng công nghiệp
1. Lĩnh vực hàng không vũ trụ
Sử dụng công nghệ in 3D, Rolls Royce đã kết hợp hơn 2000 mảnh thành 20 cho động cơ Trent XWB. Điều này đã làm tăng việc sử dụng vật liệu từ 15% lên 85%. Bằng cách giảm trọng lượng của một động cơ xuống 300 kg, các hãng hàng không có thể tiết kiệm hơn 500.000 đô la một năm cho nhiên liệu.
2. Thực hiện cấy ghép y tế
Johnson & Johnson Depuy Synthes đã in một khớp hông hợp kim crom calbalt đã làm cho sự phù hợp giữa bộ phận giả và giường xương của bệnh nhân tốt hơn 90% thông qua thiết kế cá nhân hóa và cắt giảm vật liệu được sử dụng bởi 40%. Không chỉ loại thuốc chính xác này làm cho các phương pháp điều trị hiệu quả hơn mà còn sử dụng ít tài nguyên hơn.
3. Những cách mới để làm khuôn
Một công ty nhất định làm cho các thiết bị gia dụng sử dụng khuôn in 3D với các kênh nước làm mát phù hợp. Điều này cắt giảm 40% chu kỳ đúc phun và chi phí của một khuôn duy nhất từ ​​80.000 nhân dân tệ xuống còn 30.000 nhân dân tệ. Công nghệ mới này đang cách mạng hóa cách mà ngành công nghiệp nấm mốc truyền thống tạo ra mọi thứ, từng là "số lượng lớn và chu kỳ dài".