La stampa 3D in metallo può ridurre i rifiuti di materie prime?

一, il problema di sprecare materiali nella produzione tradizionale
Il paradigma di "produzione sottrattiva" è ciò che utilizza la tradizionale lavorazione dei metalli. Ciò significa che i rifiuti materiali attraversano l'intera catena di produzione. Ad esempio, mentre produce blocchi di cilindri del motore automobilistico, la colata di sabbia tradizionale necessita di liquido metallico che è più di tre volte il peso del design. Durante la procedura di taglio verranno realizzati molti trucioli di metallo. Le statistiche mostrano che il taglio delle procedure nell'industria industriale mondiale creano oltre 200 milioni di tonnellate di rifiuti metallici ogni anno. Solo nella Cina, durante la lavorazione vengono sprecate circa 30 milioni di tonnellate di risorse metalliche.
Il problema dei rifiuti materiali è particolarmente comune nel regno della produzione di componenti di precisione. Quando una determinata società di componenti aeronautici utilizza cinque - Machine di collegamento dell'asse per creare lame in lega di titanio, viene utilizzato meno del 25% del materiale in ciascun prodotto e l'altro 75% viene sprecato come chip. Questo modo per rendere le cose usano molta energia e fa molte emissioni, il che è molto diverso dall'obiettivo della neutralità del carbonio in tutto il mondo.
2, il modo esatto in cui funziona la stampa 3D in metallo
1. Tecnologia per sedimentazione a strati digitali
La tecnologia di fusione selettiva (SLM) o fusione di elettroni (EBM) viene utilizzata nella stampa 3D in metallo per tagliare il modello 3D in strati sottili di 20-100 μm e fondere lo strato di polvere di metallo per strato. Questo processo di costruzione "da zero" consente ai materiali di accontentarsi solo di dove devono. La tecnologia Platinum ha realizzato la striscia alare centrale in lega di titanio per l'aereo C919. È più leggero del 40% perché per la progettazione di ottimizzazione della topologia e utilizza il 92% del materiale, che è molto meglio del 65% del processo di forgiatura tipico.
2. Un sistema per la polvere circolante in un anello chiuso
Le moderne macchine da stampa in metallo 3D hanno dispositivi di riciclaggio in polvere intelligente integrati e la polvere che non si scioglie può essere nuovamente utilizzata dopo essere stata sottoposta a screening. Con un sistema di gestione delle polveri - chiuso, GE Aviation ha aumentato il tasso di riciclaggio del materiale al 95% per la creazione di ugelli di carburante per i motori a salto. Ciò taglia l'uso della polvere dell'80% rispetto ai vecchi metodi. Ottimizzando le caratteristiche di distribuzione delle polveri, un'azienda di dispositivi medici può tagliare la quantità di polvere necessaria per creare un singolo impianto ortopedico da 1,2 kg a 0,3 kg.
3. Struttura con buchi e un design reticolare
La stampa 3D in metallo supera i problemi con le costruzioni solide tradizionali e può realizzare edifici leggeri con interni cavi. L'aereo Airbus A350XWB utilizza una staffa in lega di titanio stampata in 3D, che risparmia di peso del 30%, preservando la resistenza attraverso il design della matrice a punti biomimetici, risparmiando ogni anno oltre $ 2 milioni in spese di carburante per aereo. La porosità delle tazze acetabolari in lega di titanio porose stampate in 3D può avvicinarsi all'80% in medicina. Ciò significa che viene utilizzato meno materiale e le cellule ossee possono svilupparsi più velocemente.
3, i progressi tecnologici che hanno portato alla rivoluzione materiale
1. Tecnologia per la stampa con più materiali
La più recente tecnologia LASER Metal Deposition (LMD) può stampare leghe di titanio e alluminio in uno schema a gradiente. Un'azienda aerospaziale utilizza questa tecnologia per produrre serbatoi di carburante a razzo. Ciò consente di risparmiare il 45% sui prezzi dei materiali, assicurandosi che i serbatoi possano gestire temperature elevate. Questa capacità di fondere diversi tipi di materiali consente ai progettisti di assegnare con precisione risorse in base alla quantità di stress che ogni parte sarà sotto, il che interrompe i rifiuti materiali causati da "design eccessivo" nelle tecniche tradizionali.
2. Design con aiuto dall'intelligenza artificiale
Il modulo NX AM di Siemens Industrial Software può creare automaticamente la migliore struttura di topologia. La tecnologia ha utilizzato il design generativo per ridurre il materiale del 60% e migliorare l'efficienza della dissipazione del calore del 25% quando si progetta l'alloggiamento del motore per una nuova società di veicoli energetici. Questo metodo di progettazione basato su algoritmo - sta cambiando il modo in cui i produttori pensano a come ottenere prestazioni migliori con meno materiale.
3. Riutilizzo e riciclaggio dei metalli di scarto
Il business svedese H ö gan ä s ha realizzato la tecnologia di atomise, che può trasformare chip di metallo di rottami direttamente in polveri sferiche con un intervallo di dimensioni delle particelle compreso tra 15 e 45 μ m. Una certa azienda di componenti automobilistici ora ricicla 2000 tonnellate di chip di rifiuti ogni anno grazie a questa tecnologia. Questo è lo stesso del taglio delle emissioni di anidride carbonica di 12000 tonnellate. Questo paradigma di "mining urbano" rende la stampa 3D con il metallo una parte fondamentale dell'economia circolare.
4, studio empirico sui benefici delle applicazioni del settore
1. Il campo dell'aerospaziale
Usando la tecnologia di stampa 3D, Rolls Royce ha combinato oltre 2000 pezzi in 20 per il motore Trent XWB. Ciò ha aumentato l'uso di materiali dal 15% all'85%. Tagliando il peso di un motore di 300 kg, le compagnie aeree possono risparmiare più di $ 500.000 all'anno di carburante.
2. Fare impianti medici
Johnson & Johnson Depuy Syntes ha stampato un giunto d'anca in lega di cromo di cobalto che si è adattato tra la protesi e il letto osso del paziente al 90% meglio attraverso il design personalizzato e ridurre i materiali utilizzati dal 40%. Questo tipo di medicina di precisione non solo rende i trattamenti più efficaci, ma utilizza anche meno risorse.
3. Nuovi modi per creare stampi
Una certa azienda che fa sì che gli elettrodomestici utilizzano stampi da stampa 3D con canali di acqua di raffreddamento conformi. Ciò riduce il ciclo di stampaggio iniezione del 40% e il costo di un singolo stampo da 80.000 yuan a 30.000 yuan. Questa nuova tecnologia sta rivoluzionando il modo in cui l'industria tradizionale stabilisce, che erano "grandi quantità e cicli lunghi".