Tỷ lệ xử lý hậu kỳ sau khi in 3D kim loại trong tổng chi phí sản xuất là bao nhiêu?

一, Các bộ phận tạo nên-phí xử lý hậu kỳ và các bộ phận chính của chúng
Có bốn mô-đun công nghệ chính tạo nên quá trình-xử lý sau in 3D kim loại: loại bỏ vật liệu, xử lý nhiệt, xử lý bề mặt và gia cố cấu trúc. Mỗi mô-đun có các chi phí như thiết bị, năng lượng sử dụng và nhân công.

Loại bỏ vật liệu: điều này bao gồm việc loại bỏ cấu trúc hỗ trợ, hoàn thiện bề mặt và cố định kích thước. Ví dụ: sau khi in, bề mặt của kênh dòng chảy trên cánh động cơ hàng không cần được đánh bóng gương bằng cách sử dụng trung tâm gia công liên kết năm{1}}trục. Có thể mất nhiều giờ để sản xuất một sản phẩm và phần lớn chi phí đó là dành cho thiết bị và nhân công.
Xử lý nhiệt là quá trình loại bỏ ứng suất bên trong và cải thiện cấu trúc của hạt. Điều này có thể được thực hiện thông qua quá trình ủ, dung dịch rắn + lão hóa và ép đẳng tĩnh nóng (HIP). Xử lý ủ chân không giúp giảm 80% ứng suất dư sau khi in bộ phận cấy ghép chỉnh hình bằng hợp kim titan. Tuy nhiên, nó cần một lò chân không đặc biệt và lớp cách nhiệt-lâu dài, chiếm phần lớn chi phí năng lượng.
Xử lý bề mặt: các phương pháp bao gồm phun cát, mạ điện, phủ laze, oxy hóa hồ quang vi mô và các phương pháp khác bao phủ bề mặt. Sau khi in khung cho bộ pin xe năng lượng mới, quá trình xử lý oxy hóa hồ quang vi mô đã tăng khả năng chống ăn mòn trong thử nghiệm phun muối lên hơn 1000 giờ. Tuy nhiên, chi phí cho hóa chất và bảo trì thiết bị khá tốn kém.
Gia cố kết cấu, chẳng hạn như gia cố sợi, thiết kế vật liệu gradient và tối ưu hóa cấu trúc mạng tinh thể. Các bộ phận được in của một van năng lượng hạt nhân nhất định sử dụng cấu trúc chuyển màu làm bằng thép không gỉ hợp kim niken{1}}. Điều này đòi hỏi một quy trình tổng hợp bao gồm-in đồng-nhiều vật liệu và xử lý nhiệt. Sự phức tạp về mặt kỹ thuật khiến cho việc nghiên cứu, phát triển và sản xuất thử nghiệm trở nên đắt đỏ hơn.
2, Dữ liệu từ ngành và các nghiên cứu điển hình về tỷ lệ phần trăm chi phí xử lý hậu kỳ
1. Kiểm tra cơ cấu chi phí trong các ngành tiêu chuẩn
Ví dụ: trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, khung bình nhiên liệu của một động cơ tên lửa nhất định tốn khoảng 40% chi phí in, 35% cho quá trình hậu kỳ (15% cho xử lý HIP, 12% cho phay CNC và 8% cho anodizing) và 25% để mua vật liệu. Phần lớn chi phí xử lý hậu kỳ là do các bộ phận phải hoạt động tốt trong cài đặt rất khắc nghiệt, nghĩa là chúng phải trải qua nhiều bước để đảm bảo chúng đáng tin cậy.
Khi nói đến thiết bị y tế, chi phí-gia công sau cấy ghép khớp hông bằng hợp kim titan tùy chỉnh sau khi in là khoảng 28% (với xử lý nhiệt tốn 12%, đánh bóng tốn 10% và đóng gói vô trùng tốn 6%). Chi phí vật liệu là 35%, chi phí thiết kế và thẩm định là 37%. Tỷ lệ chi phí xử lý hậu kỳ không lớn lắm, nhưng yêu cầu về độ nhám bề mặt (Ra < 0,2 μ m) và khả năng tương thích sinh học có nghĩa là cần phải gia công có độ chính xác cao và xử lý cụ thể.
Trong thế giới điện tử tiêu dùng: Ví dụ: chi phí in cho cuộn bản lề điện thoại di động màn hình gập là 55%, chi phí xử lý hậu kỳ là 25% (10% cho việc loại bỏ hỗ trợ, 8% cho xử lý nhiệt và 7% cho phun cát bề mặt) và chi phí vật liệu là 20%. Hiệu ứng quy mô của việc sản xuất hàng loạt có tác động lớn đến tỷ lệ phần trăm chi phí xử lý sau. Khi sản lượng tăng lên, chi phí trên mỗi đơn vị sẽ giảm xuống.
2. Việc lựa chọn quy trình ảnh hưởng như thế nào đến chi phí sau xử lý
Quá trình nấu chảy bột (PBF): Tỷ lệ phần trăm chi phí-xử lý sau thường rất đáng kể vì cần phải thêm các cấu trúc hỗ trợ trong quá trình in. Khi bạn sử dụng công nghệ SLM để in một phần nhất định của cấu trúc máy bay, 30% chi phí là để tháo giá đỡ và đánh bóng bề mặt. Khi bạn sử dụng công nghệ EBM không có kết cấu hỗ trợ, chi phí này giảm xuống còn 15%.
Quy trình phun keo (BJ) giúp có thể tạo hình gần{0}}lưới bằng cách tẩy dầu mỡ và thiêu kết phần thân màu xanh lá cây sau khi in. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí-điều trị sau. Sau khi in trục bánh xe ô tô bằng công nghệ BJ, chi phí-gia công sau chỉ là 12% (chủ yếu là xử lý nhiệt và gia công một chút). Chi phí này thấp hơn 50% so với chi phí xử lý hậu kỳ bằng công nghệ PBF.
Quá trình lắng đọng năng lượng định hướng (DED): tốt cho việc cố định các chi tiết lớn và sẵn sàng cho lớp phủ; chi phí xử lý hậu kỳ-dựa trên độ dày của lớp in. Khi độ dày lớp in của một thiết bị máy móc khai thác nhất định là 1 mm thì chi phí xử lý sau chỉ là 8%. Nhưng khi độ dày lớp giảm xuống còn 0,3mm, chi phí đánh bóng tăng lên 15% do bề mặt trở nên nhám hơn.
3, Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ chi phí xử lý hậu kỳ-và cách tốt nhất để thay đổi chúng
1. Kiểm tra các yếu tố thúc đẩy
Yêu cầu về cách hoạt động của vật liệu: Các vật liệu hiệu suất cao như hợp kim-nhiệt độ cao và hợp kim titan yêu cầu xử lý HIP để loại bỏ lỗ chân lông, điều này có thể chiếm tới 20% -30% tổng chi phí.
Mức độ phức tạp của bộ phận này: Cần có-gia công nhiều trục và thử nghiệm đặc biệt đối với các tính năng phức tạp như kênh dòng chảy bên trong và cấu trúc mạng tinh thể. Sau khi in một lưỡi động cơ hàng không nhất định, việc kiểm tra CT tốn 25% tổng chi phí xử lý hậu kỳ.
Quy mô lô: Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, khi khối lượng của một lô in vượt quá 10.000 bản, tỷ lệ phần trăm chi phí xử lý sau có thể giảm từ 30% xuống 15%. Điều này chủ yếu là do dây chuyền sản xuất tự động và quá trình kiên cố hóa.
Sự hoàn thiện về công nghệ: Sự khác biệt về độ chính xác và độ ổn định giữa thiết bị sản xuất tại Hoa Kỳ và thiết bị sản xuất tại các quốc gia khác có nghĩa là cần phải thực hiện thêm 10% đến 15% công việc sau khi xử lý trên thiết bị-sản xuất tại Hoa Kỳ, điều này gián tiếp làm tăng chi phí.
2. Nhìn vào cách tốt nhất để tối ưu hóa
Đổi mới quy trình: Sử dụng các công nghệ như in ấn theo khu vực và phân phối bột hai chiều để giúp việc in ấn hiệu quả hơn và cần ít cấu trúc hỗ trợ hơn. Một công ty đã cải tiến phương pháp quét của họ để cắt giảm 40% khối lượng hỗ trợ, điều này cũng cắt giảm phần trăm chi phí-xử lý hậu kỳ.
Tối ưu hóa vật liệu: Tạo ra các vật liệu bột cụ thể dễ gia công và không gây quá nhiều áp lực lên chúng. Một công ty cụ thể đã phát hành một loại bột hợp kim titan có nồng độ oxy thấp. Loại bột này làm giảm nhiệt độ xử lý nhiệt xuống 50 độ và giảm chi phí sử dụng năng lượng từ 18% xuống 10%.
Nâng cấp thiết bị: Bổ sung các công nghệ phát hiện trực tuyến và xử lý thích ứng để giảm nhu cầu mọi người thực hiện mọi việc bằng tay. Một công ty sử dụng rô-bốt đánh bóng được hỗ trợ bởi AI{1}}đã giảm thời gian xử lý một sản phẩm từ hai giờ xuống còn nửa giờ. Chi phí lao động cũng đã giảm từ 25% xuống 8%.
Làm việc cùng nhau trong chuỗi công nghiệp: Thiết bị in và xử lý hậu kỳ-tích hợp có thể rút ngắn chu kỳ sản xuất. Một công ty cụ thể đã phát minh ra máy tổng hợp "in + xử lý nhiệt + gia công" giúp giảm thời gian chế tạo các bộ phận kết cấu hàng không từ hai tuần xuống còn ba ngày và giảm chi phí 35%.