Qual è la percentuale di post-elaborazione dopo la stampa 3D in metallo nel costo di produzione complessivo?

一, Le parti che compongono le spese di post-elaborazione e le loro parti principali
Esistono quattro moduli tecnologici principali che compongono la post-lavorazione della stampa 3D dei metalli: rimozione del materiale, trattamento termico, trattamento superficiale e rinforzo strutturale. Ogni modulo ha costi come attrezzature, consumo di energia e manodopera.

Togliere materiali: questo include togliere la struttura di supporto, completare la superficie e fissare le dimensioni. Ad esempio, dopo la stampa, la superficie del canale di flusso sulle pale dei motori aeronautici deve essere lucidata a specchio utilizzando un centro di lavoro con collegamento a cinque-assi. Possono essere necessarie molte ore per produrre un singolo pezzo e gran parte di tale spesa riguarda attrezzature e manodopera.
Il trattamento termico è il processo per eliminare lo stress interno e migliorare la struttura dei chicchi. Questo può essere fatto attraverso la ricottura, la soluzione solida+invecchiamento e la pressatura isostatica a caldo (HIP). Il trattamento di ricottura sotto vuoto riduce dello stress residuo dell'80% dopo la stampa di un impianto ortopedico in lega di titanio. Tuttavia, necessita di uno speciale forno a vuoto e di un isolamento a lungo-termine, che costituisce gran parte della spesa energetica.
Trattamento superficiale: i metodi includono sabbiatura, galvanica, rivestimento laser, ossidazione a microarco e altri che coprono la superficie. Dopo aver stampato la staffa per un pacco batterie per veicoli a nuova energia, il trattamento di ossidazione tramite microarco ha aumentato la sua resistenza alla corrosione nel test in nebbia salina fino a oltre 1000 ore. Tuttavia, il costo dei prodotti chimici e della manutenzione delle attrezzature era piuttosto elevato.
Rinforzo strutturale, come rinforzo in fibra, progettazione del materiale a gradiente e ottimizzazione della struttura reticolare. Le parti stampate di una determinata valvola nucleare utilizzano una struttura a gradiente realizzata in lega di acciaio inossidabile a base di nichel-. Ciò richiede un processo composito di costampa multi-materiale-e trattamento termico. La complessità tecnica rende la ricerca, lo sviluppo e la produzione di prova più costosi.
2, Dati del settore e casi di studio sulla percentuale dei costi di post-elaborazione
1. Esame della struttura dei costi nelle industrie standard
Nel campo aerospaziale, ad esempio, il telaio del serbatoio del carburante di un certo motore a razzo costa circa il 40% per la stampa, il 35% per il post-processo (15% per la lavorazione HIP, 12% per la fresatura CNC e 8% per l'anodizzazione) e il 25% per l'acquisto di materiali. La grande percentuale delle spese di post{8}}elaborazione è dovuta al fatto che le parti devono funzionare bene in ambienti molto difficili, il che significa che devono eseguire molti passaggi per assicurarsi che siano affidabili.
Quando si tratta di dispositivi medici, il costo della post-elaborazione di un impianto personalizzato per l'articolazione dell'anca in lega di titanio dopo la stampa è di circa il 28% (il trattamento termico costa il 12%, la lucidatura il 10% e l'imballaggio sterile il 6%). Il costo dei materiali è del 35% e il costo di progettazione e validazione è del 37%. La percentuale dei costi di post-lavorazione non è molto elevata, ma i requisiti di rugosità superficiale (Ra < 0,2 μ m) e biocompatibilità implicano che sono necessarie lavorazioni meccaniche ad alta-precisione e lavorazioni specifiche.
Nel mondo dell'elettronica di consumo: ad esempio, il costo di stampa per lo scorrimento della cerniera di un telefono cellulare con schermo pieghevole è del 55%, il costo di post-elaborazione è del 25% (10% per la rimozione del supporto, 8% per il trattamento termico e 7% per la sabbiatura della superficie) e il costo del materiale è del 20%. L'effetto di scala della produzione di massa ha un grande impatto sulla percentuale dei costi di post-elaborazione. Quando la produzione aumenta, il costo unitario diminuisce.
2. In che modo la scelta del processo influisce sui costi dopo il trattamento
Il processo di fusione a letto di polvere (PBF): la percentuale delle spese di post-elaborazione è solitamente significativa poiché è necessario aggiungere strutture di supporto durante il processo di stampa. Quando si utilizza la tecnologia SLM per stampare una determinata parte della struttura di un aereo, il 30% del costo è destinato alla rimozione del supporto e alla lucidatura della superficie. Quando si utilizza la tecnologia EBM senza struttura di supporto, questo costo scende al 15%.
Il processo a getto adesivo (BJ) rende possibile la formatura quasi-netta sgrassando e sinterizzando il corpo verde dopo la stampa. Ciò riduce notevolmente le spese del post-trattamento. Dopo aver stampato il mozzo di una ruota di un'auto con la tecnologia BJ, il costo della post-elaborazione è solo del 12% (principalmente trattamento termico e piccola lavorazione meccanica). Si tratta di oltre il 50% in meno rispetto al costo della post-elaborazione con la tecnologia PBF.
Processo Directed Energy Deposition (DED): ottimo per fissare pezzi di grandi dimensioni e prepararli per il rivestimento; il costo della post-elaborazione dipende dallo spessore dello strato di stampa. Quando lo spessore dello strato di stampa di un determinato macchinario minerario è 1 mm, il costo della post-elaborazione è solo dell'8%. Ma quando lo spessore dello strato scende a 0,3 mm, il costo della lucidatura sale fino al 15% perché la superficie diventa più ruvida.
3. Gli elementi che influiscono sulla proporzione dei costi di post-elaborazione e il modo migliore per modificarli
1. Esame degli elementi motivanti
Requisiti relativi al funzionamento dei materiali: materiali ad alte prestazioni come leghe ad alta-temperatura e le leghe di titanio richiedono un trattamento HIP per eliminare i pori, che può contribuire fino al 20%-30% del costo totale.
Quanto è complicata la parte: sono necessari la lavorazione multi-asse e test speciali per caratteristiche complesse come canali di flusso interni e strutture reticolari. Dopo aver stampato una determinata pala di un motore aeronautico, i test CT costano il 25% del costo complessivo della post-elaborazione.
Scala dei lotti: nel settore dell'elettronica di consumo, quando il volume di un singolo lotto di stampa supera i 10.000 pezzi, la percentuale delle spese di post-elaborazione può essere ridotta dal 30% al 15%. Ciò è dovuto principalmente alle linee di produzione automatizzate e alla solidificazione dei processi.
Maturità tecnologica: la differenza in termini di precisione e stabilità tra le apparecchiature prodotte negli Stati Uniti e quelle prodotte in altri paesi significa che è necessario svolgere dal 10% al 15% di lavoro in più dopo la lavorazione su apparecchiature prodotte negli Stati Uniti, il che aumenta indirettamente i costi.
2. Cercare il modo migliore per ottimizzare
Innovazione dei processi: utilizzo di tecnologie come la stampa regionale e la distribuzione bidirezionale delle polveri per rendere la stampa più efficiente e richiedere meno strutture di supporto. Un'azienda ha migliorato il proprio metodo di scansione per ridurre il volume di assistenza del 40%, riducendo così anche la percentuale delle spese di post-elaborazione.
Ottimizzazione dei materiali: crea materiali in polvere specifici con cui sia facile lavorare e che non li stressino troppo. Una particolare azienda ha rilasciato una polvere di lega di titanio a bassa concentrazione di ossigeno. Questa polvere abbassa la temperatura del trattamento termico di 50 gradi e riduce il costo del consumo energetico dal 18% al 10%.
Aggiornamento delle apparecchiature: aggiunta di tecnologie di rilevamento online e di elaborazione adattiva per ridurre la necessità che le persone facciano le cose a mano. Un'azienda che utilizza un robot di lucidatura-alimentato dall'intelligenza artificiale ha ridotto il tempo necessario per elaborare un pezzo da due ore a mezz'ora. Anche il costo del lavoro è sceso dal 25% all'8%.
Lavorare insieme nella catena industriale: le apparecchiature integrate di stampa e post-elaborazione possono abbreviare i cicli di produzione. Un'azienda specifica ha inventato una macchina composita "stampa+trattamento termico+lavorazione meccanica" che riduce il tempo necessario per realizzare parti strutturali dell'aviazione da due settimane a tre giorni e abbassa i costi del 35%.