Chi phí của khuôn in 3D kim loại so với sản xuất truyền thống như thế nào?

1. Chi phí nguyên liệu: Thay đổi từ "Giảm lãng phí nguyên liệu" sang "Chu trình phụ gia"
Khi tạo khuôn theo cách-cổ điển, phương pháp trừ được sử dụng, nghĩa là rất nhiều vật liệu bị mất trong quá trình cắt, gia công phóng điện và các bước khác. Ví dụ, một khuôn ép có thể sử dụng ít hơn 60 kg vật liệu để làm khuôn sau khi trải qua nhiều giai đoạn. 40% chất thải còn lại có thể được tái chế nhưng sẽ tốn nhiều chi phí hơn để phân loại, nấu chảy và tái xử lý chúng. Ngoài ra, nghề thủ công truyền thống cần những vật liệu rất tinh khiết và-thép khuôn cao cấp rất đắt tiền, khiến vật liệu thậm chí còn đắt hơn.

In 3D kim loại là một quy trình sản xuất bồi đắp, tạo ra khuôn bằng cách nấu chảy và xếp các lớp kim loại lên nhau, gần như không để lại chất thải. Bạn có thể sàng lọc và tái chế loại bột mà bạn không sử dụng và hơn 90% nguyên liệu được sử dụng. Ví dụ: sử dụng khuôn hợp kim titan, chi phí vật liệu theo kỹ thuật truyền thống là khoảng 35%, nhưng với in 3D, chi phí này có thể giảm xuống dưới 20%. 3In D thậm chí còn tốt hơn vì nó có thể in bằng nhiều vật liệu cùng một lúc. Ví dụ: bạn có thể phủ một lớp hợp kim đồng có tính dẫn nhiệt cao lên bề mặt khuôn trong khi cấu trúc chính được làm bằng hợp kim titan có độ bền cao. Công nghệ kiểm soát giao diện vật liệu giúp liên kết các vật liệu với nhau mà không cần đường nối. Điều này không chỉ phục vụ nhu cầu chức năng mà còn giảm chi phí tổng thể.

2. Chi phí xử lý: thay đổi từ "cộng tác nhiều{1}}quy trình" thành "tích hợp một thiết bị"
Làm khuôn theo cách cổ điển-cần rất nhiều bước như cắt, phóng điện, cắt dây và đánh bóng. Nó cũng cần hơn mười máy móc, như trung tâm gia công CNC, máy phóng điện và máy mài. Chu kỳ xử lý có thể mất vài tuần hoặc thậm chí vài tháng. Ví dụ: để tạo mạch nước làm mát bên trong cho khuôn-đúc khuôn, bạn cần khoan và hàn. Khi thiết kế các mạch nước phức tạp, bạn thường phải thử và thay đổi các khuôn khác nhau, điều này làm tăng thêm chi phí xử lý.

In 3D kim loại kết hợp tất cả các quy trình vào một thiết bị, giúp biến mô hình kỹ thuật số thành khuôn thật dễ dàng hơn nhiều. Ví dụ, để tạo ra khuôn đường thủy làm mát phù hợp, các phương pháp truyền thống đòi hỏi phải khoan và hàn rất nhiều để có được mẫu đường thủy. Với tính năng in 3D, bạn có thể tạo-các cấu trúc đường thủy uốn lượn ba chiều cùng một lúc mà không cần phải thực hiện thêm bất kỳ công việc nào. Một nghiên cứu điển hình của một công ty cụ thể cho thấy rằng việc sử dụng khuôn làm mát phù hợp được in 3D giúp giảm 40% chi phí xử lý so với các phương pháp tiêu chuẩn và mang lại cho các nhà thiết kế khả năng tự do tạo ra đường thủy gấp ba lần.

3. Chi phí của chu kỳ sản xuất: Chuyển từ “thử và sai chu kỳ dài” sang “xác minh lặp lại nhanh chóng”
Chu kỳ mở khuôn được kéo dài trong sản xuất khuôn truyền thống. Điều này đặc biệt đúng trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển sản xuất thử nghiệm, khi việc sửa đổi thiết kế đồng nghĩa với việc phải tạo lại khuôn, việc này tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc. Ví dụ, làm khuôn nội thất ô tô cần 6 đến 8 vòng đúc thử, mỗi vòng tốn khoảng 50.000 nhân dân tệ và mất từ ​​3 đến 6 tháng để hoàn thành. Nếu có vấn đề với thiết kế, khoản đầu tư ban đầu có thể bị mất hoàn toàn.

In 3D kim loại giúp bạn dễ dàng nhanh chóng thực hiện chu trình "tối ưu hóa thử nghiệm in thiết kế". Các nhà thiết kế có thể thực hiện các thay đổi đối với khuôn và in lại sau vài giờ, điều này giúp giảm chu kỳ khuôn thử xuống còn 1–2 tuần. Một công ty xe năng lượng mới nào đó đã cắt giảm thời gian phát triển một sản phẩm từ 6 tháng xuống còn 3 tuần bằng cách in 3D khuôn hộp pin. Họ cũng cải tiến thiết kế mạch nước làm mát thông qua 5 vòng lặp, giúp cắt giảm 30% chu kỳ ép phun và nâng tỷ lệ chất lượng sản phẩm lên 99%. Khái niệm "thất bại nhanh, sửa chữa nhanh" này giúp cắt giảm rất nhiều chi phí của chu kỳ sản xuất.

4. Chi phí chất lượng: Chuyển từ “Khắc phục thụ động” sang “Phòng ngừa chủ động”
Hệ thống làm mát khuôn thông thường rất dễ sử dụng nhưng có thể gây ra các vấn đề như làm mát không đều và biến dạng sản phẩm. Đối với các sản phẩm đúc phun lớn, tỷ lệ lỗi trong sản xuất khuôn truyền thống có thể lên tới 15%. Tuy nhiên, mạch nước làm mát phù hợp có thể giảm tỷ lệ lỗi xuống dưới 5%. Một công ty nào đó nói rằng chi phí chất lượng của một sản phẩm (bao gồm thất thoát phế liệu, chi phí làm lại, v.v.) đã giảm từ 8 nhân dân tệ xuống còn 2 nhân dân tệ kể từ khi họ bắt đầu sử dụng khuôn làm mát phù hợp in 3D. Điều này giúp họ tiết kiệm hơn 10 triệu nhân dân tệ mỗi năm.

Ngoài ra, thiết kế tối ưu hóa cấu trúc liên kết có thể làm cho khuôn in 3D nhẹ hơn trong khi vẫn đảm bảo chúng chắc chắn. Ví dụ, khuôn cho các cánh tuabin trong động cơ hàng không đã được chế tạo để nhẹ hơn, giảm 20% trọng lượng nhưng vẫn kéo dài tuổi thọ mỏi thêm 15%. Đặc điểm “giảm cân mà không giảm chất lượng” này khiến chi phí bảo trì thậm chí còn thấp hơn theo thời gian.

5. Lợi ích-lâu dài: thay đổi từ "chi phí cao trên mỗi đơn vị" thành "lợi ích trong việc phân bổ theo lô"
Chi phí ban đầu để chế tạo khuôn in 3D bằng kim loại cao hơn so với các phương pháp truyền thống (ví dụ: khuôn hợp kim titan có giá cao hơn từ 30% đến 50% trên mỗi đơn vị), nhưng lợi ích của chúng đặc biệt quan trọng đối với-quy mô nhỏ và sản xuất đa{4}}đa dạng. Ví dụ: một công ty sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo khuôn mão răng bằng hợp kim crom coban tùy chỉnh. Điều này giúp giảm 35% chi phí của mỗi sản phẩm so với các phương pháp truyền thống và rút ngắn chu kỳ ép phun từ 120 giây xuống 45 giây thông qua thiết kế làm mát phù hợp, giúp tăng công suất sản xuất hàng năm lên bốn lần.

Lợi thế về chi phí của khuôn in 3D trở nên rõ ràng theo thời gian. Tuổi thọ mỏi do nhiệt của khuôn đã tăng hơn 30% bằng cách cải thiện cấu trúc và mạch nước làm mát bên trong. Chi phí khuôn cho mỗi lần đúc cũng giảm 20%. Một công ty hàng không nói rằng mặc dù chi phí ban đầu của việc sử dụng khuôn đầu xi lanh động cơ in 3D cao hơn 40% nhưng tổng chi phí trong 5 năm thấp hơn 18% so với phương pháp truyền thống vì khuôn tồn tại lâu hơn và tạo ra kết quả tốt hơn.

6. Hạ cánh công nghiệp hóa: bước nhảy vọt từ “khả thi về mặt kỹ thuật” sang “khả thi về mặt kinh tế”
Tính đồng nhất hàng loạt của khuôn in 3D kim loại ban đầu là một vấn đề lớn khiến nó không được sử dụng trong công nghiệp. Ngành này đã đạt được khả năng kiểm soát độ chính xác về kích thước trong phạm vi ± 10 μm, đáp ứng-nhu cầu sản xuất cao cấp. Điều này có thể thực hiện được bằng cách cải thiện độ ổn định của phần cứng (ví dụ: thông qua-in cộng tác bằng laser và kiểm soát năng lượng vòng{6}}đóng), tối ưu hóa các quy trình (ví dụ: thông qua thư viện tham số và mô phỏng, phản hồi giám sát trực tuyến) và xây dựng hệ thống truy xuất nguồn gốc chất lượng (ví dụ: thông qua bản sao kỹ thuật số và liên kết dữ liệu quy trình đầy đủ).

Khuôn in 3D kim loại hiện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, y học, v.v. Ví dụ, cấu trúc liên kết kênh làm mát tái tạo đã cải thiện buồng đẩy tên lửa SpaceX, cắt giảm chu kỳ in từ 6 tháng xuống còn 3 tuần và cho phép thực hiện 500 thử nghiệm chu trình nhiệt mà không gặp lỗi. COMAC C929 sử dụng công nghệ SLM để in giá đỡ cánh bằng hợp kim titan, đạt độ lệch kích thước Nhỏ hơn hoặc bằng ± 15 μm trong lô 200 chiếc, giảm 15% trọng lượng khi vượt qua bài kiểm tra độ mỏi.