Làm thế nào để đạt được thiết bị tự động hóa mô -đun thông qua in kim loại?

1. Phá vỡ giới hạn hình học: Mở ra cuộc cách mạng tự do của thiết kế mô -đun
Khi thiết kế các mô -đun thiết bị tự động hóa truyền thống, khả năng xử lý phải được tính đến. Điều này có nghĩa là các bộ phận quan trọng như các kênh dòng chảy, cấu trúc phân tán nhiệt và giao diện kết nối thường phải hoạt động xung quanh các giới hạn của xử lý cơ học. Ví dụ, kênh lưu lượng khoan chéo của cơ thể van thủy lực cần được đặt cùng nhau từ một số bộ phận. Điều này không chỉ làm cho nó có nhiều khả năng bị rò rỉ, mà còn làm cho việc làm cho mô -đun trở nên khó khăn hơn. Từng lớp sản xuất phụ gia, hoặcin 3D kim loại, hoàn toàn bỏ qua nút cổ chai này:
Cải thiện các kênh dòng chảy phức tạp
Xử lý cơ học truyền thống gặp khó khăn trong việc chuyển đổi trơn tru trong các kênh dòng cong trong các mô -đun thủy lực. Mặt khác, in 3D kim loại có thể tạo các kênh dòng da cá mập sinh học hoặc thấp - Các kênh dòng chảy kháng fractal. Ví dụ, công ty AIDRO của Ý đã thiết kế lại một khối van thủy lực bằng công nghệ SLM (tan chảy laser chọn lọc). Họ đã thay thế kênh dòng chảy góc bên phải truyền thống bằng kênh dòng chảy cong, giảm 25%áp suất chất lỏng, khối lượng khối van, và hấp thụ sốc và giảm nhiễu thông qua cấu trúc mạng bên trong.
Thiết kế giao diện tích hợp
Phần khó nhất của thiết kế mô -đun là tìm ra cách liên kết các bộ phận. In 3D kim loại giúp có thể tạo các kênh dòng trục đa - và các đầu nối nhúng cùng một lúc. Chẳng hạn, Bosch Rexroth ở Đức đã tạo ra một cơ thể van thủy lực in 3D - kết hợp 10 phần chức năng (bao gồm các kênh dòng chảy, giao diện cảm biến và bề mặt niêm phong) thành một mảnh. Điều này cắt giảm số lượng nơi rò rỉ có thể xảy ra 60% và thời gian cần thiết để kết hợp nó với nhau 70%.
Cấu trúc để tối ưu hóa cấu trúc liên kết
In 3D kim loại có thể tạo ra phân phối vật liệu tốt nhất đáp ứng nhu cầu hiệu suất cơ học bằng cách sử dụng cả CFD (Động lực học chất lỏng tính toán) và phương pháp tối ưu hóa cấu trúc liên kết. Ví dụ, thân van năng lượng hạt nhân mà công suất bạch kim tạo ra cho CGN có cấu trúc mạng mật độ thay đổi làm cho nó 15MPa chống áp suất và nhẹ hơn 28%. Độ nhám bề mặt của kênh dòng chảy bên trong cũng vượt trội hơn so với các quy trình gia công điển hình.
2. Nhẹ và cường độ cao có thể cùng tồn tại, đây là một bước tiến lớn trong hiệu suất mô -đun.
Lượng năng lượng được sử dụng, nó phản ứng nhanh như thế nào và thời gian kéo dài được gắn chặt với trọng lượng của các mô -đun thiết bị tự động hóa. In 3D kim loại làm cho một bước tiến lớn bằng cách sử dụng phân phối gradient vật liệu và kiểm soát cấu trúc vi mô để "giảm trọng lượng mà không làm giảm sức mạnh".
Sử dụng vật liệu gradient
Bạn có thể thay đổi hiệu suất của các phần khác nhau của cùng một mô -đun khớp robot bằng cách thay đổi công suất laser hoặc tốc độ quét. Chẳng hạn, một công ty đã tạo ra một khớp tay robot hợp kim titan sử dụng quá mức - quét điện trên diện tích bề mặt niêm phong để làm cho nó khó hơn (HRC lớn hơn hoặc bằng 45) và thấp- Điều này làm cho tổng nhẹ hơn 40% và dài hơn 20% - kéo dài.
Cấu trúc của một mạng sinh học
In 3D kim loại có thể tạo ra các mô -đun mạng nhẹ và mạnh bằng cách sử dụng các cấu trúc xương và xương xốp tự nhiên. Ví dụ, GE Hàng không sử dụng thiết bị Laser M2 khái niệm để tạo ra các lưỡi tuabin hợp kim Inconel 718 có cường độ năng suất 1200MPa ở nhiệt độ cao 650 độ. Điều này là có thể vì thiết kế mạng gradient bên trong. Các lưỡi dao cũng nhẹ hơn 35% và giúp động cơ sử dụng nhiên liệu ít hơn 5%.
In với nhiều loại vật liệu
In 3D kim loại có thể thực hiện chuyển đổi độ dốc giữa các vật liệu khác nhau bằng cách sử dụng nhiều hơn một đầu laser hoặc vòi phun. Ví dụ, một mô -đun lai được sản xuất bởi một công ty xe hơi nhất định in hợp kim cứng (như Stellite 6) trên bề mặt ma sát của đĩa phanh và hợp kim nhôm nhẹ trên thân chính. Điều này làm cho đĩa phanh bền hơn ba lần và dài hơn - kéo dài.
3. Tích hợp chức năng: Chuyển từ "Mô -đun đơn" sang "Mô -đun cấp hệ thống"
Thiết kế mô -đun truyền thống phụ thuộc vào việc kết hợp một số phần. Mặt khác, in 3D kim loại cải thiện các mô -đun từ "các kênh thụ động" sang "hệ thống điều khiển hoạt động" bằng cách sử dụng các thiết kế mới như microchannels và được xây dựng - trong các cảm biến.
Làm vi mạch
In 3D kim loại có thể tạo ra các vi mạch có đường kính nhỏ hơn 0,3mm trong mô -đun tản nhiệt. Ví dụ, một công ty thiết bị y tế đã sản xuất một con chip microfluidic in 3D cung cấp thuốc thông qua các vi mạch 0,5mm với sự cải thiện độ chính xác là ± 2%, tốt hơn nhiều so với lỗi ± 10% của gia công truyền thống.
Cảm biến và bộ truyền động được tích hợp
Với in 3D kim loại, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất hoặc bộ truyền động vi mô có thể được xây dựng ngay vào mô -đun. Chẳng hạn, mô -đun van thủy lực thông minh của Siemens sử dụng bộ truyền động gốm áp điện bên trong thân van để đạt được thực tế - Thời gian đóng - điều khiển vòng lặp của dòng chảy. Thời gian phản ứng được cắt giảm xuống còn 10 mili giây, nhanh hơn năm lần so với các van điện từ thông thường.
Tối ưu hóa kết nối vật lý đa -
In 3D kim loại có thể làm cho các mô -đun hoạt động tốt hơn với nhau bằng cách sử dụng động lực học chất lỏng, nhiệt động lực học và phân tích cơ học cấu trúc. Ví dụ, Samson đã sử dụng nền tảng ANSYS Workbench để tối ưu hóa sự phân bố áp suất trong lối đi của van và ứng suất nhiệt trong thân van cùng một lúc. Điều này cắt giảm biến dạng của thân van từ 0,2mm xuống 0,05mm ở áp suất 6MPa, đáp ứng các yêu cầu niêm phong đối với mức năng lượng hạt nhân.
4. Khả năng lặp lại nhanh chóng, đi từ "phát triển hàng tháng" đến "xác minh hàng tuần"
Thiết bị tự động hóa mô đun hóa có nghĩa là nó phải có khả năng thích ứng nhanh chóng với những thay đổi trong nhu cầu thị trường. Mặt khác, in 3D kim loại, tăng tốc độ phát triển bằng cách sử dụng sản xuất kỹ thuật số và sản xuất linh hoạt.
Làm mọi thứ không có khuôn
Thực hiện một mô -đun truyền thống mất 3 đến 6 tháng vì phải trải qua một chu kỳ thiết kế, làm cho khuôn, sản xuất thử nghiệm và thay đổi. Bạn không cần khuôn cho in 3D kim loại; Nó có thể sản xuất các mẫu hoạt động trực tiếp từ các mô hình CAD. Ví dụ, thân van oxy hóa của SpaceX đã chuyển từ thiết kế sang thử nghiệm mặt đất ban đầu trong khoảng 8 tuần, nhanh hơn 70% so với các phương pháp bình thường.
Kiểm tra chất lượng trực tuyến
In 3D kim loại có thể cung cấp cho Real - Phản hồi thời gian về các vấn đề giữa các lớp bằng cách sử dụng camera hồng ngoại hoặc hệ thống giám sát nhóm tan chảy. Chẳng hạn, EOS M 400 - 4 sử dụng công nghệ quản lý năng lượng laser động, cắt giảm kích thước của vùng nhiệt bị ảnh hưởng (HAZ) của thân van hợp kim titan từ 0,5mm xuống 0,2mm, giảm áp lực dư 40%và tăng tỷ lệ thành công của một lần in 95%.
Nền kinh tế của các lô nhỏ
Chi phí in 3D kim loại đã rẻ hơn so với gia công truyền thống cho các mô -đun cần thiết dưới 5000 lần một năm. Chẳng hạn, một công ty sản xuất thiết bị đóng gói sử dụng bạch kim blt - S400 để in die - mô -đun cắt và dập nóng. Điều này cắt giảm chi phí của mỗi mảnh xuống 35% so với gia công CNC và cho phép sản xuất nhu cầu -, cắt giảm 60% chi phí hàng tồn kho.
5. Xu hướng và vấn đề trong ngành: "Đột phá điểm duy nhất" để "tích hợp hệ thống"
In 3D kim loại đã chuyển từ các nguyên mẫu thử nghiệm sang sản xuất quy mô nhỏ - trong lĩnh vực của thiết bị tự động hóa mô -đun, nhưng nó vẫn có vấn đề với những thứ như tiêu chuẩn hóa và giảm chi phí.
Hệ thống tiêu chuẩn hóa đầy đủ
Các nhóm quốc tế như ISO/ASTM đang tăng tốc quá trình tạo ra các tiêu chuẩn để thiết kế, thực hiện và thử nghiệm các mô -đun in 3D. Chẳng hạn, chuỗi tiêu chuẩn ISO/ASTM 52900 bao gồm toàn bộ phạm vi của cơ sở dữ liệu hiệu suất vật liệu, tối ưu hóa tham số quy trình, không - Thử nghiệm phá hủy và những thứ khác.
Tích hợp thông minh của dây chuyền sản xuất
In kim loại 3D đang tiến gần hơn đến sản xuất "Black Light Factory" bằng cách kết hợp các công nghệ như chế biến bột tự động, giám sát trực tuyến và tối ưu hóa học máy. Ví dụ, giải pháp nhà máy AM mà EOS và Siemens đã làm việc cùng nhau đã thấy việc sử dụng thiết bị lên tới 82% và cắt giảm một nửa chi phí lao động.
Ý tưởng mới trong bài - Công nghệ xử lý
Để khắc phục các vấn đề với các bề mặt gồ ghề và căng thẳng còn sót lại trên các mô -đun in 3D, ngành công nghiệp đang nghiên cứu về phương pháp xử lý nhiệt, gia công và xử lý bề mặt mới. Chẳng hạn, một công ty cụ thể đã đưa ra một quy trình tổng hợp có tên là "Tăng cường sốc laser+thấp - Nitriding nhiệt độ" làm cho các bề mặt của thân van in 3D trở nên khó khăn hơn và gấp ba lần để đeo.