Việc hỗ trợ thiết kế có ảnh hưởng đến-chi phí xử lý hậu kỳ không?

1. Những ý tưởng cơ bản củng cố mối quan hệ giữa thiết kế và chi phí
Thiết kế hỗ trợ in 3D kim loại cần tìm ra sự dung hòa giữa “đúc ổn định” và “hiệu quả chi phí”. Ý tưởng chính đằng sau nó liên quan trực tiếp đến chi phí xử lý hậu kỳ:-
Ý tưởng đằng sau việc hạn chế diện tích tiếp xúc
Có ba loại tiếp xúc giữa vật đỡ và các bộ phận: tiếp xúc bề mặt, tiếp xúc đường và tiếp xúc điểm. Tiếp xúc bề mặt có thể giúp mọi thứ ổn định hơn nhưng lại khiến quá trình xử lý hậu kỳ-khó khăn hơn rất nhiều. Ví dụ, giá đỡ hàng không bằng hợp kim titan có thiết kế tiếp xúc bề mặt có diện tích đỡ còn lại là 12cm2, cần đánh bóng thủ công trong 5 giờ để đáp ứng yêu cầu về độ nhám bề mặt là Ra1,6 μm. Với thiết kế tiếp xúc điểm, diện tích còn lại chỉ 2,3cm2 và thời gian đánh bóng cơ học chỉ 40 phút. Công trình của Suzhou Tianhong Laser chứng minh rằng cứ mỗi lần diện tích tiếp xúc giảm đi 1 cm², thời gian cần thiết cho quá trình xử lý hậu kỳ có thể giảm từ 15% đến 20%.
Kiểm soát chính xác góc tới hạn
các quy trình khác nhau có các góc treo tới hạn khác nhau: Quy trình SLM thường cần hỗ trợ cho các cấu trúc treo ở góc dưới 30 độ, trong khi quy trình EBM có thể nới lỏng góc tới hạn đến 35 độ vì nó nóng chảy ở nhiệt độ cao. Phương pháp quét thích ứng của Leiming Laser cho phép in các cấu trúc lơ lửng mà không cần hỗ trợ ở các góc nhỏ từ 5 độ đến 35 độ bằng cách thay đổi mật độ năng lượng laser một cách nhanh chóng. Điều này giúp giảm 78% số lượng tài liệu hỗ trợ cần thiết và giảm 65% chi phí xử lý hậu kỳ.
Ý tưởng tiết kiệm vật liệu
Giá bột kim loại có thể lên tới hàng nghìn nhân dân tệ một kg, lãng phí nguyên liệu phụ trợ ngay lập tức đẩy giá lên cao. Lấy hợp kim dựa trên niken-Inconel 718 làm ví dụ, thiết kế hỗ trợ tiêu chuẩn dẫn đến tỷ lệ lãng phí lên tới 18%, trong khi cấu trúc hỗ trợ giống như cây-được tạo ra bằng cách tối ưu hóa cấu trúc liên kết có thể giữ tỷ lệ lãng phí dưới 5%. Một ví dụ về bộ phận động cơ máy bay minh họa rằng thiết kế hỗ trợ cải tiến giúp giảm chi phí của một mảnh vật liệu từ 2300 nhân dân tệ xuống còn 850 nhân dân tệ, giảm 63%.
2. Các yếu tố chính hỗ trợ chi phí xử lý hậu kỳ-theo định hướng thiết kế-
Hỗ trợ nguy cơ chấn thương thể chất kéo dài
Khiếm khuyết mô có thể xảy ra khi phần đỡ và mặt tiếp xúc thành phần có mức ứng suất nhiệt khác nhau. Khi in bằng thép không gỉ 316L, các tinh thể cột thô có thể hình thành ở nơi khung đỡ lưới gặp vật rắn. Điều này làm cho khu vực này mềm hơn từ 15% đến 20% và giảm 40% tuổi thọ mỏi. Để loại bỏ những mối nguy hiểm tiềm ẩn này, quy trình xử lý nhiệt cần phải dài hơn, điều đó có nghĩa là chi phí xử lý hậu kỳ cho một sản phẩm sẽ tăng từ 120 đến 180 nhân dân tệ.
Vấn đề làm cho các kết cấu phức tạp có thể tiếp cận được
Đĩa tuabin trong động cơ hàng không có đường kính kênh trong chỉ 2 mm. Thiết kế hỗ trợ tiêu chuẩn khiến phần kênh bị biến dạng hơn 8%, điều này cần được khắc phục thông qua quá trình hòa tan điện hóa. Kỹ thuật này cần dung dịch axit nitric 41% trọng lượng để xử lý ở 80 độ trong 6 giờ. Chi phí của một đại lý là 350 nhân dân tệ, và có khả năng ăn mòn đồng đều.
Chi phí tiềm ẩn của việc phải làm mọi việc bằng tay
Dữ liệu từ dây chuyền sản xuất tự động BMW IDAM cho thấy vẫn cần can thiệp thủ công để trợ giúp quá trình loại bỏ, chiếm 35% tổng số giờ xử lý sau. Chi phí lao động lên tới 2,8 triệu nhân dân tệ mỗi năm cho một dây chuyền sản xuất 10.000 chiếc mỗi năm. Hệ thống robot NetShape của Rivelin Robotics sử dụng điều khiển phản hồi lực để đạt độ chính xác lực tiếp xúc ở mức 0,1N. Điều này giúp giảm nhu cầu can thiệp thủ công xuống dưới 5% và tiết kiệm hơn 2 triệu nhân dân tệ mỗi năm.
3. Các chiến lược tiên phong giúp tối ưu hóa thiết kế
Cấu trúc có thể tự đứng vững nhờ thiết kế sáng tạo
Với sự trợ giúp của các kỹ thuật học máy, phần mềm Autodesk Netfabb có thể tự động xây dựng các cấu trúc hỗ trợ mạng mô phỏng sinh học. Phương pháp này giúp giảm 85% trọng lượng của giá đỡ vệ tinh và loại bỏ nhu cầu hỗ trợ truyền thống. Nó cũng thay đổi quy trình-xử lý sau từ xử lý cơ học sang xử lý nhiệt đơn giản và cắt giảm chi phí cho một sản phẩm đơn lẻ khoảng 1200 nhân dân tệ.
Làm việc cùng nhau để đưa ra những ý tưởng mới cho hệ thống đa vật liệu
Công nghệ hỗ trợ lưỡng kim của Materialise của Bỉ sử dụng thực tế là Inconel 718 và sắt nguyên chất oxy hóa ở các tốc độ khác nhau ở 800 độ để tự động bóc lớp hỗ trợ. Phương pháp này giảm lượng hỗ trợ còn lại xuống dưới 0,01mm, giảm thời gian cần thiết để xử lý hậu kỳ từ 48 giờ xuống còn 8 giờ và tiết kiệm 650 nhân dân tệ mỗi mảnh.
Kiểm soát vòng kín của quá trình theo dõi
Camera-tốc độ cao và cảm biến hồng ngoại trong hệ thống Siemens Process Sight giúp theo dõi hình dạng của bể nóng chảy trong thời gian thực. Khi có khả năng không có đủ hỗ trợ, cài đặt laser sẽ tự động thay đổi hoặc tạo hỗ trợ bổ sung. Khi in một phần kênh dòng chảy phức tạp, công nghệ đã giảm tỷ lệ lỗi do hỗ trợ từ 18% xuống 0,3%, giúp tiết kiệm hơn 500.000 nhân dân tệ mỗi năm chi phí làm lại.