هل يمكن للطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد أن تحل محل طرق تصنيع القوالب التقليدية تمامًا؟

一, الفرق الرئيسي بين الإنتاج الإضافي والطرح من وجهة نظر فنية
"الذوبان والتكديس طبقة مدفوعة رقميًا" هو ما تدور حوله الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال، يقوم الصهر الانتقائي بالليزر (SLM) بإذابة أنواع معينة فقط من مسحوق المعادن باستخدام أشعة ليزر عالية الطاقة-. ثم يقوم بعد ذلك ببناء أشكال ثلاثية الأبعاد-طبقة بعد طبقة وإنشاء مساحات داخلية معقدة وقنوات تبريد متوافقة وهياكل أخرى مباشرة دون الحاجة إلى قوالب. أنشأت تقنية Platinum ممرًا مائيًا-على شكل عرق حيوي لقالب صناديق بطاريات مركبات الطاقة الجديدة مما أدى إلى خفض دورة قولبة الحقن بنسبة 35% وتحسين كفاءة التبريد بنسبة 40%. من الصعب القيام بذلك باستخدام طرق الحفر والطحن القياسية.
من ناحية أخرى، تستخدم صناعة القوالب التقليدية "المعالجة الطرحية" (مثل الطحن باستخدام الحاسب الآلي وآلات التفريغ الكهربائي) و"تشكيل المواد المتساوية" (مثل الصب والتزوير). الطريقة التي تعمل بها هذه العمليات تعني أن تصميم القالب يحتاج إلى أخذ جدوى المعالجة بعين الاعتبار. على سبيل المثال، في قوالب الصب التقليدية-، غالبًا ما تكون قناة ماء التبريد مكسورة أو مستقيمة. وذلك لأنه من الصعب الوصول إلى لقمة الحفر ومن الصعب عمل تصميم يناسب فتحة القالب. وهذا يجعل التبريد غير متساوٍ ويسبب تشوه المنتجات بنسبة تزيد عن 8%.
أهم نقطة للاستبدال التكنولوجي: الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الطريقة الوحيدة التي يمكن اتباعها عندما يجعل تعقيد بنية القالب (الثقوب المتقاطعة الداخلية، والأضلاع ذات الجدران الرقيقة-، والقنوات الدقيقة، وما إلى ذلك) الطرق التقليدية غير عملية، أو عندما يلزم إجراء تغييرات في التصميم بسرعة. على سبيل المثال، خفضت الطباعة ثلاثية الأبعاد الوقت المستغرق لصنع قالب غلاف الجهاز الطبي من 6 أسابيع إلى 72 ساعة، وزادت معدل استخدام المواد من 25% إلى 95%.
2، هيكل التكلفة: تحول الأعمال في حالات الدفعات الصغيرة
تشكل تكاليف تطوير القالب ما يصل إلى 60% إلى 70% من التكلفة الإجمالية لصنع القالب التقليدي. تشمل هذه التكاليف استهلاك المعدات والعمالة اللازمة لإنتاج الأقطاب الكهربائية، وتصنيع التفريغ الكهربائي، وقطع الأسلاك، وغيرها من العمليات. "القولبة المباشرة للنماذج الرقمية" في الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد تتخلص من الحاجة إلى القوالب، والأشياء الرئيسية التي تحدد تكلفتها هي مواد المسحوق المستخدمة وتآكل المعدات.
1. بالنسبة للدفعات الصغيرة (1-100 قطعة)، من الواضح أن الطباعة ثلاثية الأبعاد هي الأفضل.
كمية المواد المستخدمة: في الطرق التقليدية، مثل الحدادة والقطع الفارغ، يتم هدر ما يصل إلى 70% من المواد. لكن في الطباعة ثلاثية الأبعاد، يمكن إعادة تدوير المسحوق المتبقي، بحيث يتم استخدام أكثر من 90% من المادة. على سبيل المثال، تعمل الطباعة ثلاثية الأبعاد على خفض تكلفة المواد بنسبة 58% لقالب صب معدن الألمنيوم - المعين.
تكلفة المعالجة: تحتاج القوالب التقليدية إلى عدة آلات للعمل معًا لمعالجتها، لكن الطباعة ثلاثية الأبعاد تحتاج إلى آلة واحدة فقط للقيام بقولبة الهيكل الأساسي، مما يقلل تكاليف المعالجة بنسبة 40% إلى 60%.
وقت الدورة: يمكن أن تستغرق دورة فتح القالب القياسية ما يصل إلى ستة إلى ثمانية أسابيع، ولكن الطباعة ثلاثية الأبعاد تستغرق ثلاثة إلى خمسة أيام فقط. وهذا يمكن أن يقلل دورة البحث والتطوير بأكثر من سبعين بالمائة، مما يجعله مثاليًا لمرحلة التحقق من الإنتاج التجريبي.
2. بالنسبة للطلبات الكبيرة (أكثر من 1000 قطعة)، لا تزال الصناعة التقليدية هي القاعدة.
تكلفة الوحدة: مع ارتفاع الإنتاج، تنخفض التكلفة المشتركة للقوالب التقليدية بسرعة كبيرة. على سبيل المثال، عندما تم تصنيع الكثير من قوالب غطاء السيارة، انخفض سعر القطعة من 2000 يوان للطباعة ثلاثية الأبعاد إلى 80 يوان للطرق القديمة-.
الدقة وجودة السطح: باستخدام القطع التقليدي باستخدام الحاسب الآلي، يمكنك الحصول على سطح مسطح بسمك 0.8 ميكرومتر، ولكن مع الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتعين عليك المرور عبر التلميع والسفع الرملي وخطوات أخرى للحصول على سطح مسطح بسمك 3.2 ميكرومتر، وهو ما يكلف أكثر.
عندما يتجاوز الإنتاج السنوي للقوالب 500 قطعة، تبدأ تكلفة القطعة الواحدة باستخدام الطرق التقليدية في الانخفاض من تكلفة الطباعة ثلاثية الأبعاد. إذا تم أخذ مخاطر تغييرات التصميم في الاعتبار (على سبيل المثال، تغيير القالب التقليدي يعني فتحه مرة أخرى، الأمر الذي قد يكلف ما يصل إلى 30٪ إلى 50٪ من التكلفة الأولية)، فإن فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد في الإنتاج المرن يمكن أن تمتد إلى الحالات التي يتم فيها إنتاج حوالي 1000 قطعة كل عام.
3، البيئة الصناعية: كيف يمكن للتكنولوجيا أن تعمل معًا لمساعدة البيئة وكيف يمكن إعادة بنائها
تتنافس صناعة القوالب التقليدية والطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد مع بعضها البعض، ولكنها ليست لعبة محصلتها صفر-. وبدلاً من ذلك، فهي القوة التي تدفع البيئة الصناعية نحو تكامل "خدمة التصميم والتصنيع".
1. الجمع بين التقنيات: صنع المواد المركبة بطرق الجمع والطرح
الشركات التي هي في القمة تخترق حدود تقنية واحدة باستخدام "الطباعة ثلاثية الأبعاد + التصنيع الدقيق باستخدام الحاسب الآلي" معًا. على سبيل المثال، يمكن لمعدات Platinum BLT-S450 إجراء ستة-طباعة تعاونية بالليزر ويمكن لمركز تصنيع من خمسة-إصلاح تجاويف القالب بدقة على مستوى المرآة-. وهذا يحافظ على القدرات الهيكلية المعقدة للطباعة ثلاثية الأبعاد مع تلبية احتياجات جودة السطح للقوالب التقليدية.
2. المواد الجديدة: التدرجات الوظيفية والمواد المركبة
المواد المستخدمة في القوالب التقليدية هي في الغالب سبائك مفردة. ومع ذلك، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد وضع مواد مصنفة وظيفيًا بطريقة فريدة لكل مهمة. في حالة قالب محرك الطائرة، تضيف الطباعة ثلاثية الأبعاد طبقة -عالية الصلابة (مثل WC Co) إلى السطح. وهذا يحافظ على صلابة القلب ويجعل "مادة واحدة للاستخدامات المتعددة" ممكنة، وهو تحسن عن الطريقة القديمة لربط المواد المختلفة معًا.
3. وضع الخدمة: من بيع الأجهزة إلى تقديم الحلول
يقوم "موردو الأجهزة" بتغيير أسمائهم إلى "متكاملو الخدمة" لصانعي المعدات. أصدرت شركة Platinum نظام "قاعدة بيانات المعدات + المواد + العمليات" الذي يعمل معًا. أصبحت أسعار مسحوق سبائك التيتانيوم- المصنوعة ذاتيًا أقل بنسبة 50% مما كانت عليه في عام 2020، كما أتاحت منصة إنترنت الأشياء تشخيص أعطال المعدات والتحذير منها عن بُعد، مما أدى إلى زيادة إيرادات الخدمة إلى 30%.
4. المعايير في الصناعة: من النمو البري إلى التنمية الموحدة
خلقت صناعة القوالب التقليدية نظامًا قياسيًا كاملاً، مثل معيار دقة القالب ISO 2768. ومع ذلك، لا تزال قوالب الطباعة ثلاثية الأبعاد تواجه مشكلات، مثل عدم القدرة على الحصول على موافقة الدقة والتحكم في معدل العيوب فيها. على سبيل المثال، يجب أن تحصل قوالب الزرعات الطبية على شهادة من إدارة الغذاء والدواء (FDA) واللجنة الأوروبية (CE) كل ثلاث إلى خمس سنوات. وهذا يجعل من الصعب انتشار الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى المناطق-الراقية.