In 3D kim loại sẽ trở thành quy trình chủ đạo để sản xuất khuôn mẫu?

1. Đột phá về công nghệ: đi từ “xác minh nguyên mẫu” đến “chế tạo thiết bị đầu cuối”
Công nghệ in 3D kim loại đã đi được một chặng đường dài kể từ lần đầu tiên nó được sử dụng chủ yếu để kiểm tra nguyên mẫu. Bây giờ nó có thể trực tiếp tạo ra các thiết bị đầu cuối. Công nghệ nấu chảy bột bằng laser (LPBF) có thể tạo ra các cấu trúc phức tạp khó thực hiện bằng các phương pháp hiện có, như các kênh nước làm mát phù hợp và các sườn gia cố bên trong, bằng cách xếp các bột kim loại lên nhau. Những cấu trúc này rất hữu ích cho việc làm khuôn. Ví dụ, mạch nước làm mát phù hợp có thể làm cho chu kỳ ép phun ngắn hơn nhiều và sản phẩm tốt hơn; các đường gân gia cố bên trong có thể làm cho khuôn chắc chắn hơn và bền hơn.

In 3D kim loại đã được sử dụng thành công trong ngành hàng không vũ trụ để chế tạo các bộ phận quan trọng như cánh tuabin và vòi phun nhiên liệu động cơ. Việc chế tạo một loại vòi phun nhiên liệu động cơ nhất định theo cách-cổ điển cần phải lắp ráp hàng chục bộ phận lại với nhau. Tuy nhiên, với công nghệ in 3D, nó được tạo thành một cấu trúc đơn lẻ, phức tạp hơn. Điều này không chỉ làm cho nó nhẹ hơn và bền hơn mà còn rút ngắn chu kỳ sản xuất từ ​​​​vài tháng xuống vài tuần. Mô hình "sản xuất theo hướng thiết kế" này đang thay đổi cách các công ty trong ngành sản xuất thiết bị cao cấp-cạnh tranh với nhau.

2. Hiệu quả-về chi phí: chuyển từ "khám phá chi phí-cao" sang "ứng dụng quy mô-lớn"
Tính hiệu quả về mặt chi phí-của việc in 3D kim loại sẽ khiến nó trở thành phương pháp phổ biến. Chế tạo khuôn theo cách-cổ điển bao gồm nhiều công đoạn như cắt, gia công phóng điện và cắt dây. Điều này có nghĩa là sử dụng nhiều máy móc và nhiều bước khác nhau, khiến quá trình này trở nên rất tốn kém. In 3D kim loại kết hợp tất cả các bước để biến mọi thứ thành một sản phẩm. Điều này làm cho quá trình trở nên dễ dàng hơn và giảm bớt nhu cầu về nhân công và thiết bị ở các mắt xích trung gian.

Ví dụ, để làm một khuôn cho một bộ phận ô tô nào đó, trước đây cần 5 bộ thiết bị, 3 người vận hành và 72 giờ xử lý, tiêu tốn 12.000 nhân dân tệ. Giờ đây, với in 3D kim loại, chỉ cần một thiết bị, một người vận hành và thời gian in 24 giờ, chi phí đã giảm xuống còn 4.000 nhân dân tệ, giảm 67%. Ngoài ra, in 3D kim loại sử dụng hơn 95% vật liệu và bất kỳ loại bột kim loại nào không được sử dụng đều có thể được tái chế, điều này thậm chí còn làm giảm giá vật liệu hơn nữa.

Chi phí ban đầu của thiết bị in 3D kim loại cao và tốc độ in vẫn chậm hơn so với phương pháp ép phun truyền thống. Nhưng nếu công nghệ tiếp tục trở nên tốt hơn và ngày càng có nhiều người bắt đầu sử dụng nó trên quy mô rộng thì chi phí thiết bị có thể sẽ tiếp tục giảm và hiệu suất in ấn có thể sẽ tiếp tục tăng. Ví dụ: phương pháp ép phun dính cần được tẩy dầu mỡ và thiêu kết sau khi sử dụng, nhưng phương pháp này in nhanh hơn LPBF từ 50 đến 100 lần và được dự đoán là rất hữu ích cho-sản xuất quy mô lớn.

3. Kịch bản ứng dụng: chuyển từ "tùy chỉnh cao cấp" sang "sản xuất hàng loạt"
In 3D kim loại đang dần chuyển từ-tùy chỉnh cao cấp sang sản xuất hàng loạt trong lĩnh vực tạo khuôn. In 3D kim loại đã trở thành phương pháp chính để tạo ra các bộ phận cấu trúc phức tạp và các bộ phận thiết yếu trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ và quốc phòng. In 3D kim loại đã dần dần được áp dụng vào một số giai đoạn sản xuất khuôn mẫu trong các lĩnh vực như sản xuất ô tô và điện tử tiêu dùng. Điều này là do nó có thể nhanh chóng thích ứng với những thay đổi về thiết kế và tạo ra những lô sản phẩm nhỏ được cá nhân hóa.

Ví dụ, trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, khi tốc độ lặp lại sản phẩm tăng lên, khuôn mẫu phải linh hoạt và phản ứng nhanh hơn. Công nghệ in 3D kim loại có thể nhanh chóng biến các mô hình thiết kế thành khuôn thật và quá trình kẹp mất ít thời gian hơn khiến chu trình tạo khuôn ngắn hơn nhiều. In 3D kim loại có thể giảm chi phí chu kỳ sản xuất và giúp sản xuất hiệu quả hơn khi tạo ra các lô nhỏ các loại sản phẩm đúc phun khác nhau.

In 3D kim loại cũng cho thấy nhiều hứa hẹn trong việc sửa chữa và tái sản xuất khuôn mẫu. Bằng cách sử dụng các phương pháp như lắng đọng năng lượng trực tiếp (DED), các phần khuôn-bị hao mòn có thể được sửa chữa và tái sản xuất nhanh chóng, giúp kéo dài tuổi thọ của khuôn và giảm chi phí sản xuất.

4. Hợp tác chuỗi công nghiệp: Chuyển từ “Đột ​​phá một điểm” sang “Xây dựng sinh thái”
In 3D kim loại cần phải là phương pháp chính để tạo khuôn và cần thiết lập một hệ sinh thái chuỗi công nghiệp đầy đủ. Điều này có nghĩa là các nhà cung cấp nguyên liệu thượng nguồn, nhà sản xuất thiết bị trung nguồn và nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng hạ nguồn phải hợp tác chặt chẽ với nhau. Điều đó cũng có nghĩa là hệ thống tiêu chuẩn hóa phải được xây dựng và nhân tài phải được phát triển.

Khi nói đến vật liệu, bột kim loại-hiệu suất cao rất quan trọng đối với việc nghiên cứu và sử dụng. Bằng cách sử dụng các công nghệ sản xuất bột nguyên tử hóa mới, các công ty trong nước đã chế tạo thành công-bột hợp kim titan cấp hàng không có hàm lượng oxy dưới một mức nhất định. Chất lượng cơ học của các loại bột này đáp ứng các thông số kỹ thuật dành cho các bộ phận rèn. Việc gia tăng sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường-cũng đang giúp thay đổi nền sản xuất xanh. Ví dụ, axit polylactic (PLA) và các vật liệu gốc sinh học có khả năng phân hủy sinh học khác đang nhanh chóng được người tiêu dùng ưa chuộng.

Thị trường thiết bị in 3D kim loại-cấp công nghiệp có mô hình "cạnh tranh đường đôi" khi nói đến thiết bị. Các công ty trong nước đã thực hiện những thay thế khác biệt trong ngành quân sự và năng lượng mới bằng cách sản xuất các thiết bị lớn và giảm chi phí. Một công ty đã chế tạo một máy in 3D kim loại rất lớn và in thành công toàn bộ khung của một loại thùng chứa nhiên liệu tên lửa nhất định. Điều này cho thấy Trung Quốc là quốc gia giỏi nhất thế giới trong việc chế tạo các cấu kiện kết cấu lớn.

Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đã đặt ra các tiêu chuẩn cho công nghệ sản xuất bồi đắp bao gồm các lĩnh vực quan trọng bao gồm vật liệu thử nghiệm, thiết bị hiệu chuẩn và đảm bảo chất lượng cao. Các tập đoàn công nghiệp trong nước cũng chịu trách nhiệm phát triển các tiêu chuẩn nhóm về in 3D nha khoa, điều này đã giúp giữ trật tự thị trường và giúp doanh nghiệp phát triển một cách lành mạnh.