A impressão 3D de metal pode reduzir o desperdício de matéria -prima?

一, o problema de desperdiçar materiais na fabricação tradicional
O paradigma de "fabricação subtrativa" é o que o processamento de metal tradicional usa. Isso significa que o desperdício material passa por toda a cadeia de produção. Por exemplo, ao fabricar blocos de cilindros de motor automotivo, a fundição de areia tradicional precisa de líquido de metal mais de três vezes o peso do design. Muitas lascas de metal serão feitas durante o procedimento de corte a seguir. As estatísticas mostram que os procedimentos de corte na indústria industrial mundial criam mais de 200 milhões de toneladas de resíduos de metal a cada ano. Somente na China, cerca de 30 milhões de toneladas de recursos de metal são desperdiçados todos os anos durante o processamento.
O problema do desperdício de material é especialmente comum no reino da fabricação de componentes de precisão. Quando uma determinada empresa de componentes da aviação usa cinco - usinagem de ligação do eixo para fazer lâminas de liga de titânio, menos de 25% do material em cada produto é usado e os outros 75% são desperdiçados como chips. Essa maneira de fazer as coisas usa muita energia e faz muitas emissões, o que é muito diferente do objetivo da neutralidade de carbono em todo o mundo.
2, a maneira exata da maneira que a impressão 3D de metal funciona
1. Tecnologia para sedimentação digital em camadas
A tecnologia de fusão seletiva a laser (SLM) ou a fusão de feixe de elétrons (EBM) é usada na impressão 3D de metal para cortar o modelo 3D em camadas finas de 20 a 100 μm e derretem a camada de pó de metal por camada. Esse processo de construção "do zero" permite que os materiais se acalmem apenas onde precisam. A tecnologia de platina fez a faixa de borda da asa central da liga de titânio para o avião C919. É 40% mais leve porque ao design de otimização da topologia e usa 92% do material, o que é muito melhor do que os 65% do processo de forjamento típicos.
2. Um sistema para circular em pó em um loop fechado
As modernas máquinas de impressão 3D de metal possuem dispositivos de reciclagem em pó inteligentes embutidos, e o pó que não derrete pode ser usado novamente após ser rastreado. Com um sistema de gerenciamento de pó de loop fechado -, a GE Aviation aumentou a taxa de reciclagem de material para 95% para a fabricação de bocais de combustível para os motores Leap. Isso reduz o uso de pó em 80% em comparação com os métodos antigos. Ao otimizar as características de distribuição em pó, uma empresa de dispositivos médicos pode cortar a quantidade de pó necessária para fazer um único implante ortopédico de 1,2 kg para 0,3 kg.
3. Estrutura com orifícios e um design de treliça
A impressão 3D de metal supera os problemas das construções sólidas tradicionais e pode fazer edifícios leves com interiores ocos. A aeronave Airbus A350XWB utiliza um suporte de liga de titânio impresso em 3D, que economiza peso em 30%, preservando a força através do design da matriz de pontos biomiméticos, economizando mais de US $ 2 milhões em despesas de combustível por aeronave a cada ano. A porosidade dos copos acetabular de liga porosa impressa em 3D pode se aproximar de 80% em medicina. Isso significa que menos material é usado e as células ósseas podem se desenvolver mais rapidamente.
3, os avanços tecnológicos que levaram à revolução material
1. Tecnologia para impressão com vários materiais
A mais nova tecnologia de deposição de metais a laser (LMD) pode imprimir ligas de titânio e alumínio em um padrão de gradiente. Um negócio aeroespacial utiliza essa tecnologia para criar tanques de combustível de foguetes. Isso economiza 45% nos preços dos materiais, garantindo que os tanques possam lidar com altas temperaturas. Essa capacidade de fundir diferentes tipos de materiais permite que os designers atribuam com precisão recursos com base em quanto estresse cada parte estará abaixo, o que interrompe o desperdício de material causado por "design excessivo" nas técnicas tradicionais.
2. Design com a ajuda da inteligência artificial
O módulo NX AM da Siemens Industrial Software pode criar automaticamente a melhor estrutura de topologia. A tecnologia usou o design generativo para cortar o uso de material em 60% e aumentar a eficiência da dissipação de calor em 25% ao projetar o alojamento do motor para uma nova empresa de veículos energéticos. Esse método de design baseado no algoritmo -} está mudando a maneira como os fabricantes pensam em como obter melhor desempenho com menos material.
3. Reutilização e reciclagem de metais de sucata
Os negócios suecos H Ö gan ä S fizeram a tecnologia Atomise, que pode transformar chapas de metal diretamente em pós esféricos com uma faixa de tamanho de partícula de 15 a 45 μm. Uma certa empresa de componentes automotivos agora recicla 2000 toneladas de lascas de resíduos todos os anos, graças a essa tecnologia. É o mesmo que cortar emissões de dióxido de carbono em 12000 toneladas. Esse paradigma de "mineração urbana" faz da impressão 3D com o metal uma parte essencial da economia circular.
4, Estudo empírico sobre os benefícios das aplicações do setor
1. O campo do aeroespacial
Usando a tecnologia de impressão 3D, a Rolls Royce combinou mais de 2000 peças em 20 para o motor Trent XWB. Isso aumentou o uso de materiais de 15% para 85%. Ao cortar o peso de um motor em 300 kg, as companhias aéreas podem economizar mais de US $ 500.000 por ano em combustível.
2. Fazendo implantes médicos
A Johnson & Johnson DePuy sintetizou uma junta de quadril de liga de cromo cobalto que fez o ajuste entre a prótese e o leito ósseo do paciente 90% melhor através do design personalizado e reduzido sobre os materiais usados ​​em 40%. Esse tipo de medicina de precisão não apenas torna os tratamentos mais eficazes, mas também usa menos recursos.
3. Novas maneiras de fazer moldes
Uma certa empresa que faz com que os eletrodomésticos use moldes de impressão 3D com canais de água de resfriamento conforme. Isso reduz o ciclo de moldagem por injeção em 40% e o custo de um único molde de 80.000 yuan para 30.000 yuan. Essa nova tecnologia está revolucionando a maneira como a indústria tradicional de moldes faz as coisas, que costumavam ser "grandes quantidades e ciclos longos".