Ưu điểm của in 3D kim loại trong các thiết bị lắp ráp tùy chỉnh là gì?

1. Vượt qua các giới hạn hình học: có thể thiết kế các cấu trúc phức tạp mà không có giới hạn
Lộ trình gia công của kỹ thuật trừ làm hạn chế thiết kế cố định truyền thống, khiến khó tạo ra các tính năng phức tạp như kênh dòng chảy bên trong, mạng mô phỏng sinh học và cấu trúc-có thành mỏng. Ví dụ, một công ty sản xuất linh kiện ô tô đã cố gắng chế tạo một thiết bị đánh bóng chính xác cần thiết để bề mặt không bằng phẳng của nó chạm hoàn toàn vào bề mặt của gọng kính. Nhưng với gia công CNC tiêu chuẩn, các công cụ không thể đến được tất cả những nơi chúng cần, điều này dẫn đến sai số gia công lớn hơn 0,3mm trên bề mặt đồ gá. Điều này làm cho chất lượng đánh bóng kém đi.In 3D kim loạicó thể nhanh chóng tạo ra những hình dạng phức tạp mà các phương pháp truyền thống không thể làm được bằng cách nấu chảy từng lớp bột kim loại.
Ví dụ, công nghệ SLM (Selective Laser Melting) có thể xếp chồng các lớp có độ dày 0,05mm, giúp thiết kế các cấu trúc tối ưu hóa cấu trúc liên kết như các kênh dòng xoắn ốc bên trong và mảng vi mô. Một công ty sản xuất đồ điện tử sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo những chiếc cốc hút chân không phù hợp với họ. Thiết kế kênh dòng chảy mê cung bên trong giúp khí trải đều và tăng lực hấp phụ lên 40%. Đồng thời, độ dày cốc hút được cắt giảm từ 15 mm thông thường xuống còn 8 mm, giúp cánh tay robot bớt nặng hơn rất nhiều. Sự tự do thiết kế này không chỉ làm cho thiết bị hoạt động tốt hơn mà còn mở ra khả năng làm cho thiết bị nhẹ hơn.
2. Rút ngắn chu kỳ giao hàng: nhanh chóng từ thiết kế đến thành phẩm
Việc tạo đồ đạc theo cách cũ{0}}cần có năm bước: "thiết kế, xử lý lập trình, gỡ lỗi tập hợp". Thủ tục này mất một vài tuần. Khi một nhà sản xuất máy đóng gói cần chuyển đổi các mặt hàng trên dây chuyền sản xuất của họ, cách cũ phải mất 14 ngày để tạo ra các đồ đạc mới, điều đó có nghĩa là việc chuyển đổi sản phẩm không hiệu quả lắm. Với tùy chọn "in bằng một cú nhấp chuột", in 3D kim loại sẽ biến các tệp thiết kế thành các phần cứng ngay lập tức mà không cần bất kỳ quy trình bổ sung nào như lập trình hoặc chuẩn bị sẵn sàng các công cụ.
Trong một lần, một công ty sản xuất kính đã sử dụng Platinum BLT{0}}S1500 để in đồ đánh bóng. Chỉ mất ba ngày để chuyển từ nhập mô hình CAD đến giao sản phẩm cuối cùng. Điều này nhanh hơn 78% so với các phương pháp thông thường. Quan trọng hơn, in 3D giúp có thể nhanh chóng tối ưu hóa "lặp lại thử nghiệm in thiết kế" trong một vòng khép kín. Trong khi chế tạo các thiết bị cố định bằng hợp kim titan, một nhà sản xuất phụ tùng hàng không đã sử dụng phần mềm Fusion 360 để cải thiện cấu trúc liên kết. Chỉ trong ba ngày, họ đã trải qua ba vòng thay đổi thiết kế, giúp giảm 35% trọng lượng của các thiết bị trong khi vẫn giúp chúng an toàn khi sử dụng trong điều kiện rung 10G.
3. Tận dụng tốt hơn vật liệu: chuyển từ “giảm lãng phí vật liệu” sang “gần tạo lưới”
Khi chế tạo các đồ gá phức tạp, rất nhiều vật liệu kim loại đắt tiền bị cắt bỏ thành phế thải, do đó tỷ lệ tận dụng vật liệu gia công CNC thông thường thường dưới 45%. Ví dụ: giá thị trường của hợp kim làm từ niken IN718-cao tới 800 nhân dân tệ mỗi kg và chỉ riêng chi phí vật liệu để chế tạo vật cố định 10 kg bằng phương pháp truyền thống là hơn 40.000 nhân dân tệ. Và công nghệ "gần lưới" được sử dụng trong in 3D kim loại, nghĩa là hơn 85% vật liệu được sử dụng.
Để khôi phục dây chuyền sản xuất mô-đun pin xe năng lượng mới, họ đã sử dụng các thiết bị cố định tấm làm mát bằng hợp kim nhôm được sản xuất theo đơn đặt hàng bằng công nghệ in 3D. Bằng cách cải tiến thiết kế cấu trúc hỗ trợ, lượng vật liệu được sử dụng đã tăng từ 12 kg theo phương pháp truyền thống xuống còn 3,2 kg và chi phí cho từng mảnh vật liệu đã giảm 73%. Quan trọng hơn, in 3D cho phép chế tạo tích hợp các vật liệu khác nhau. Ví dụ, có thể in trực tiếp các mô-đun tản nhiệt bằng hợp kim đồng trên đế cố định bằng thép. Điều này làm cho cấu trúc bền hơn và quản lý nhiệt tốt hơn. Thật khó để chế tạo vật liệu composite này bằng các phương pháp thông thường.
4. Khả năng thích ứng của quy trình: từ "chức năng đơn lẻ" đến "tích hợp nhiều cảnh"
Các thiết bị lắp ráp cần có khả năng hoạt động trong nhiều tình huống xử lý khác nhau. In 3D kim loại có thể tạo ra các giải pháp cố định tùy chỉnh hoạt động trong các cài đặt cụ thể bằng cách kết hợp các vật liệu và quy trình khác nhau theo những cách khác nhau.
Thích ứng với nhiệt độ cao: Bộ phận cố định cánh động cơ làm bằng hợp kim niken-IN718 có thể giữ hình dạng ở nhiệt độ cao 650 độ, đây chính là tiêu chí thử nghiệm dành cho các bộ phận đầu nóng của động cơ máy bay.
Kịch bản chống ăn mòn-: Các thiết bị cố định thiết bị hóa học được làm bằng thép không gỉ 316L có khả năng chống ăn mòn clorua tốt hơn gấp ba lần nhờ cấu trúc hạt được cải thiện. Tuổi thọ sử dụng của chúng hiện dài hơn 2,5 lần so với các phương pháp thông thường.
Yêu cầu về định vị chính xác: Một công ty sản xuất thiết bị bán dẫn đã bắt đầu sử dụng công nghệ in 3D vi laser để chế tạo các thiết bị chuyển tấm bán dẫn có độ chính xác trong khoảng ± 2 μm. Độ nhám của bề mặt, Ra, nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 μm, đủ tốt để sử dụng trong các xưởng cực kỳ sạch sẽ.
Ngoài ra, thiết bị in 3D cũng có thể có chức năng cảm biến. Một nhà sản xuất rô-bốt đã thêm các khe lắp đặt máy đo biến dạng in 3D-vào thiết bị cố định và theo dõi lực kẹp thay đổi như thế nào trong thời gian thực. Điều này đã nâng hiệu suất lắp ráp từ 92% lên 99,5%.
5. Thực hành công nghiệp: Bước nhảy vọt từ phòng thí nghiệm sang sản xuất-quy mô lớn
Thiết bị in 3D kim loại đã chuyển từ giai đoạn xác minh ý tưởng sang sử dụng trên quy mô lớn. Tập đoàn Safran đã sản xuất phụ kiện làm mát dầu in 3D-cho động cơ LEAP trong ngành hàng không vũ trụ. Thiết kế này mô phỏng tự nhiên và tăng cường bề mặt trao đổi nhiệt lên 40% đồng thời giảm 30% trọng lượng. Nó cũng có thể sản xuất 2000 chiếc mỗi năm trên quy mô khổng lồ bằng công nghệ EBM. Apple đã sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo thiết bị kiểm tra khung điện thoại bằng hợp kim titan độc đáo trên thị trường điện tử tiêu dùng. Điều này đã cắt giảm chu kỳ kiểm tra từ 8 giờ mỗi lô xuống còn 2 giờ mỗi lô, giúp hàng hóa dòng iPhone thay đổi nhanh chóng.
Sự kết hợp giữa in 3D kim loại và công nghệ song sinh kỹ thuật số đang làm cho việc sản xuất thiết bị cố định trở nên thông minh hơn, điều này thậm chí còn thú vị hơn. Bằng cách đưa chip RFID vào các phụ kiện in 3D, một nhà sản xuất thiết bị cố định của Đức đã có thể thu thập và phân tích dữ liệu theo thời gian thực. Khi được sử dụng với các thuật toán học máy, nó có thể đoán thiết bị sẽ tồn tại trong bao lâu và tự động gửi lời nhắc bảo trì, giảm 60% thời gian ngừng hoạt động của thiết bị.