De impact van 3D-metaalprinten op traditionele metaalbewerkingstechnieken

In dit artikel wordt besproken hoe 3D-metaalprinten nieuwe metaaltechnieken oplevert met gevolgen voor methodes als gieten, machinaal bewerken en vormen. IT zal ook vertellen hoe metaal door Aangepast 3D printen wordt gedaan en geef een algemene evaluatie van de impact op de toeleveringsketen en de kosten, toepassingen, voordelen ten opzichte van traditionele methoden, en nadelen.

De impact van 3D-metaalprinten op traditionele metaalbewerkingstechnieken

Metaal Printing Technologie

Wij noemen 3D-Metaaldruktechnologie eenvoudigweg additieve vervaardiging van metalen. Het verwijst naar het proces van het maken van metalen voorwerpen door middel van een additieve laag productietechniek. Enkele belangrijke dingen die u moet weten over metaalprinttechnologie:

Processen: Gangbare processen voor het 3D printen van metaal zijn selectief lasersmelten (SLM), direct metaallasersinteren (DMLS) en elektronenstraalsmelten (EBM). Deze processen zorgen ervoor dat meerdere dunne lagen metaalpoeder smelten en samensmelten om het uiteindelijke vaste voorwerp te vormen.

Materialen: De materialen die gebruikt worden kunnen onder andere roestvrij staal, aluminium, titanium, nikkellegeringen, koper en kobaltchroomlegeringen zijn. Het assortiment groeit naarmate de Activeness verbetert.

Hoe het werkt: Bij deze techniek wordt gebruik gemaakt van laser- of elektronenstralen waarbij lagen metaalpoeder of draad aan energie worden blootgesteld en aan elkaar worden gehecht om het geplande ontwerp te vormen. Elke volgende laag hecht zich stevig aan de vorige laag om laag voor laag het uiteindelijke onderdeel te vormen.

Belangrijkste metaal 3D printprocessen

De bekendste methoden voor 3D-Metaalprinten die tegenwoordig worden gebruikt zijn SLM - selectief lasersmelten, DMLS - direct metaal lasersinteren, en EBM - elektronenstraalsmelten. Bij SLM en DMLS wordt de laserstraal gebruikt om het metaalpoeder te smelten, terwijl bij EBM poederlagen worden gesmolten door middel van een elektronenstraal. Multi-jet fusie wordt ook gebruikt voor selectief lasersinteren. Het wordt steeds beter omdat het sneller print en verschillende materialen kan combineren tijdens het printproces.

Metalen 3D Printing Materialen

Materialen die gebruikt worden bij het 3D metaalprinten zijn roestvrij staal, aluminium, nikkellegeringen, titanium en koper. De keuze aan materialen wordt steeds groter naarmate de technologie zich verder ontwikkelt om aan meer industriële behoeften en verzoeken te voldoen.

Productietechnieken

Traditionele metaalbewerkingsmethoden

Vóór de opkomst van additieve productie waren de gebruikelijke technieken voor het vormen van ruw metaal verspanende processen zoals draaien, frezen en slijpen; vormende technieken zoals stampen, buigen en draaien; en het gieten van gesmolten metaal in mallen. Deze subtractieve en vormende methoden verwijderen of vormen bulkmateriaal om onderdelen in grote volumes te produceren, maar zijn beperkt door de geometrieën en ontwerpen die ze kunnen produceren.

CNC-bewerking

CNC (computergestuurde numerieke besturing) maakt gebruik van snijgereedschappen op meerassige machines om overtollig materiaal van metalen werkstukken te verwijderen op basis van geprogrammeerde G-code-instructies. Dit biedt precisie, CNC-bewerking genereert spaanderafval en is het meest geschikt voor de productie van basisprofielen in plaats van ingewikkelde interne vormen en lichtgewicht ontwerpmogelijkheden.

Gieten van metaal

Bij giettechnieken zoals zandgieten, matrijzen gieten en verlorenwasgieten worden vloeibare metaallegeringen in mallen gegoten om te stollen tot bijna netvormige onderdelen. Gieten produceert complexe onderdelen die geschikt zijn voor kleine tot middelgrote productievolumes, maar brengt kosten met zich mee voor het maken van mallen.

Plaatwerk vormen

Processen zoals ponsen, stampen, buigen en draaien vormen metalen platen en platen tot onderdelen door middel van drukkrachten die tussen de gereedschappen worden uitgeoefend. Vormmassa produceert identieke onderdelen op een efficiënte manier, maar heeft ontwerpbeperkingen in vergelijking met de mogelijkheden van 3D-metaalprinten.

Invloed van de productie

Kortere toeleveringsketens

Gids voor 3D afdrukken vereenvoudigt toeleveringsketens door meerdere fabricagestappen in één proces te integreren. Tussenstappen zoals warm/koud bewerken, snijden, verbinden of assembleren zijn niet langer nodig. Onderdelen kunnen on-demand geproduceerd worden overal waar een 3D metaalprint- en poedervoorraad aanwezig is, waardoor lange productietijden en de behoefte aan veiligheidsvoorraden afnemen.

Minder afval en materiaalgebruik

Door alleen het precieze materiaal te deponeren waar het laag voor laag nodig is, minimaliseert 3D-metaalprinten afval in vergelijking met subtractieve technieken waarbij overtollige bulkvoorraad wordt verwijderd. Onderdelen met bijna volledige dichtheid vereisen 5-10% minder materiaal dan traditionele onderdelen en tot 97% metaalpoeder kan worden hergebruikt. Dit verlaagt de energie- en kosten en vermindert de impact op het milieu.

Lagere kosten voor productie op maat en in kleine batches

De hoge vaste kosten van traditionele massaproductie-installaties worden vermeden doordat metalen 3D-printers lagere CapEx-vereisten hebben. Dit maakt additieve productie aantrekkelijk voor de productie van kleine aantallen, omdat de kosten per onderdeel niet significant stijgen voor niet-standaard of op maat gemaakte onderdelen. De productieruns zo klein als één zijn betaalbaar.

Verhoogde ontwerpvrijheid en complexe geometrieën

Additieve technieken leggen minder geometrische beperkingen op aan het onderdeelontwerp in vergelijking met subtractieve machinale bewerking of formatieve 3D metaalprintmogelijkheden. Ingewikkelde interne rasterstructuren, conforme koelkanalen en patiëntspecifieke implantaten zijn mogelijk zonder beperkingen qua gereedschap. Lichtgewicht kan worden geoptimaliseerd voor sterkte.

Toepassingen voor het afdrukken van metaal

Ruimtevaartindustrie

3D-metaalprinten stelt fabrikanten van vliegtuigen en ruimtevaartuigen in staat om steeds complexere onderdelen met kleine volumes te produceren, zoals turbinebladen en warmtewisselaars. Onderdelen met geoptimaliseerde ontwerpen die het gewicht verminderen, leveren aanzienlijke prestatie- en brandstofbesparingen op. Titanium- en nikkellegeringen worden vaak gebruikt om aan strenge mechanische specificaties te voldoen.

Automobielindustrie

Motorsporten en high-end voertuigen zijn vroege gebruikers van 3D-metaalprintonderdelen voor toepassingen zoals motoronderdelen vanwege de snelheid en de aanpassingsvoordelen. Autofabrikanten voor massaproductie onderzoeken ook mogelijkheden, zoals hitteschilden die gebruikmaken van lichtgewicht rasterstructuren. Aluminiumlegeringen zijn populaire materialen.

Medische industrie

De gereguleerde productie van biocompatibele implantaten, prothesen en chirurgische instrumenten van titanium en kobalt-chroomlegeringen is ingeburgerd. Aangepaste hulpmiddelen verbeteren de resultaten voor de patiënt en de kosteneffectiviteit in vergelijking met kant-en-klare alternatieven.

Andere industrieën

Additieve vervaardiging met metalen zoals roestvrij staal breidt zich uit naar sectoren zoals industriële machines, olie/gas, defensie en energieopwekking. Speciale toepassingen maken gebruik van de ontwerpvrijheid, terwijl de algemene productie de kostenefficiëntie ten opzichte van traditionele productie onderzoekt.

Procesvergelijking

Voordelen van Metaal 3D Afdrukken

Additieve productie maakt een hogere geometrische complexiteit, ontwerpoptimalisatie en gepersonaliseerde productie mogelijk in vergelijking met subtractieve technieken. Vereenvoudiging van de toeleveringsketen en minder afval verlagen de kosten, terwijl de schaalbaarheid van de productie ten goede komt aan kleine tot middelgrote volumes. Complexe interne rasterstructuren zijn mogelijk.

Beperkingen van Metaal 3D Printing

De mechanische eigenschappen kunnen variëren naargelang de bouworiëntatie. Nabewerking is soms nodig. Hogere materiaalkosten en langere bouwtijden dan bij massaproductie beperken toepassingen. Grote onderdelen kunnen groter zijn dan de afmetingen van de printer. Er zijn minder metaalsoorten beschikbaar dan bij standaard smeedlegeringen.

Wanneer traditionele vs. additieve productie gebruiken

Traditionele fabricage biedt voordelen voor grote aantallen gestandaardiseerde onderdelen door schaalvoordelen. Complex gietwerk is geschikt voor grote, gespecialiseerde onderdelen in kleine aantallen. De optimale proceskeuze hangt af van het ontwerp/materiaal van het onderdeel, de productieschaal/-frequentie en of de standaard-/aangepaste geometrie de productiebenadering beïnvloedt. Vaak worden beide methoden geïntegreerd in industrieën.

Integratie van technologie

Traditionele en additieve methoden combineren

In plaats van bestaande technieken te vervangen, 3D-printen in prototyping integreert binnen productie-ecosystemen. Near net shape casting levert voorraad voor CNC-bewerking. Gedrukte mallen produceren op conventionele wijze gietstukken. Subtractieve methoden voltooien halfafgewerkte geprinte onderdelen die nauwe toleranties vereisen. Hybride processen maken gebruik van de respectieve methodevoordelen voor resultaten van meerdere materialen en attributen.

Uitbesteden aan gespecialiseerde fabrikanten

Hoewel grotere OEM's interne 3D metaalprintmogelijkheden hebben, profiteren veel leveranciers van het uitbesteden van metaal additive jobs. Contractfabrikanten bieden voordelige toegang tot geavanceerde fabricage zonder grote kapitaalinvestering. Partners bieden ondersteuning bij de ontwikkeling van toepassingen, productieoptimalisatie, nabewerking, testen en certificeringsdiensten. Klanten richten zich op hun kerncompetenties, terwijl specialisten zorgen voor technische en regelnaleving bij de introductie van nieuwe producten.

Conclusie

De integratie van 3D-metaalprinten in mainstream productie wint aan kracht naarmate beide technologieën zich snel blijven ontwikkelen. Hoewel traditionele fabricage belangrijk zal blijven voor de productie van grote volumes, zorgen de voordelen die additive manufacturing biedt voor complexe ontwerpen, de effectiviteit van de toeleveringsketen en aangepaste onderdelen in kleine volumes ervoor dat het een gevestigde rol gaat spelen in verschillende industrieën.

Naarmate materiaal- en snelheidsverbeteringen de kosten van de technologie verlagen, zal 3D-metaalprinten steeds meer concurreren met traditionele machinale bewerking, niet alleen voor prototypes maar ook voor productieonderdelen voor eindgebruik. De complementaire voordelen van beide fabricagemethoden zullen ook meer gecombineerd worden door middel van hybride geautomatiseerde oplossingen. Uiteindelijk zullen de revolutionaire mogelijkheden van additieve productie om ontwerp- en productieworkflows te transformeren de toenemende invloed op toekomstige industrienormen en wereldwijd concurrentievermogen bepalen.

FAQs

Welke materialen kunnen gebruikt worden voor 3D metaal printen?

Gangbare materialen zijn staal, aluminium, titanium, nikkelsuperlegeringen en koper. Steeds meer metaallegeringen worden geëvalueerd en geoptimaliseerd voor additieve processen.

Hoe lang duurt het om een metalen onderdeel te 3D-printen?

Afdruktijden variëren aanzienlijk op basis van factoren zoals materiaal, onderdeelgrootte en printertype/instellingen. Eenvoudige onderdelen kunnen enkele uren in beslag nemen, terwijl het voor complexere ontwerpen enkele dagen kan duren om laag voor laag te bouwen.

Is nabewerking vereist voor 3D-geprinte metalen?

Sommige soorten nabewerking zoals schoonmaken, warmtebehandeling of machinale bewerking kunnen nodig zijn om de uiteindelijke dimensionale en mechanische eigenschappen te verkrijgen. Het verwijderen van de ondersteunende structuur is meestal ook nodig.

Welke industrieën gebruiken 3D-geprinte metalen onderdelen?

De belangrijkste sectoren zijn de ruimtevaart, gezondheidszorg, auto's, industriële apparatuur en consumentenproducten. Gespecialiseerde toepassingen zijn te vinden bij defensie, olie/gas, scheepvaart en nog veel meer.

Hoe verhouden de kosten van metaal 3D printen zich tot traditionele productie?

Voor kleine series en complexe, aangepaste ontwerpen is additieve vervaardiging vaak betaalbaarder. Grotere productievolumes geven over het algemeen de voorkeur aan conventionele technieken vanwege de schaalvoordelen.