Bagaimana untuk mencapai peralatan automasi modular melalui percetakan logam?

1. Melanggar Had Geometri: Membuka Revolusi Kebebasan Reka Bentuk Modular
Apabila merancang modul peralatan automasi tradisional, kemungkinan pemprosesan mesti diambil kira. Ini bermakna bahagian -bahagian penting seperti saluran aliran, struktur pelesapan haba, dan antara muka sambungan sering perlu bekerja di sekitar batas pemprosesan mekanikal. Sebagai contoh, saluran aliran penggerudian silang badan injap hidraulik perlu disatukan dari beberapa bahagian. Ini bukan sahaja menjadikannya lebih cenderung bocor, tetapi ia juga menjadikannya lebih sukar untuk menjadikan modul lebih kecil. Lapisan oleh pembuatan bahan tambahan lapisan, atauPercetakan 3D logam, sepenuhnya memintas kesesakan ini:
Meningkatkan saluran aliran rumit
Pemprosesan mekanikal tradisional mempunyai masalah membuat peralihan lancar dalam saluran aliran melengkung dalam modul hidraulik. Sebaliknya, percetakan 3D logam boleh membuat saluran aliran kulit biomimetik atau saluran aliran fraktal fraktal yang rendah -. Sebagai contoh, syarikat Itali AIDRO telah mengubah reka bentuk blok injap hidraulik menggunakan teknologi SLM (pencairan laser terpilih). Mereka menggantikan saluran aliran sudut kanan tradisional dengan saluran aliran melengkung, yang mengurangkan kehilangan tekanan bendalir sebanyak 25%, jumlah blok injap sebanyak 30%, dan penyerapan kejutan dan pengurangan bunyi melalui struktur kisi dalaman.
Reka bentuk antara muka bersepadu
Bahagian paling sukar dari reka bentuk modular adalah mencari cara untuk menghubungkan bahagian -bahagian. Percetakan 3D logam memungkinkan untuk membuat saluran aliran paksi multi - dan penyambung tertanam sekaligus. Sebagai contoh, Bosch Rexroth di Jerman menghasilkan badan injap hidraulik 3D - yang menggabungkan 10 bahagian berfungsi (termasuk saluran aliran, antara muka sensor, dan permukaan pengedap) ke dalam satu bahagian. Ini mengurangkan bilangan tempat di mana kebocoran mungkin berlaku sebanyak 60% dan masa yang diperlukan untuk meletakkannya bersama -sama sebanyak 70%.
Struktur untuk mengoptimumkan topologi
Percetakan 3D logam boleh membuat pengedaran bahan terbaik yang memenuhi keperluan prestasi mekanikal dengan menggunakan kedua -dua CFD (dinamik cecair pengkomputeran) dan kaedah pengoptimuman topologi. Sebagai contoh, badan injap kuasa nuklear yang kuasa platinum dibuat untuk CGN mempunyai struktur kekisi ketumpatan yang berubah -ubah yang menjadikannya tahan 15MPa terhadap tekanan dan 28% lebih ringan. Kekasaran permukaan saluran aliran dalaman juga lebih baik daripada prosedur pemesinan biasa.
2. Kekuatan ringan dan tinggi boleh wujud bersama, yang merupakan langkah besar ke hadapan dalam prestasi modular.
Jumlah tenaga yang digunakan, berapa cepat ia bertindak balas, dan berapa lama ia berlangsung rapat dengan berat modul peralatan automasi. Percetakan 3D logam membuat langkah besar ke hadapan dengan menggunakan pengedaran kecerunan bahan dan kawalan mikrostruktur untuk "mengurangkan berat badan tanpa mengurangkan kekuatan."
Menggunakan bahan kecerunan
Anda boleh mengubah prestasi bahagian yang berlainan modul bersama robot yang sama dengan menukar kuasa laser atau kelajuan pengimbasan. Sebagai contoh, sebuah syarikat telah membuat sendi lengan robot aloi titanium yang menggunakan pengimbasan kuasa - yang tinggi di kawasan permukaan pengedap untuk menjadikannya lebih sukar (HRC lebih besar daripada atau sama dengan 45), dan pengimbasan kuasa rendah - Ini menjadikan 40% lebih ringan dan 20% lebih lama - berkekalan.
Struktur kisi biomimetik
Percetakan 3D logam boleh membuat modul kisi ringan dan kuat dengan menggunakan sarang lebah semulajadi dan struktur tulang berliang. Sebagai contoh, GE Aviation menggunakan peralatan laser M2 konsep untuk menjadikan Inconel 718 aloi turbin aloi yang mempunyai kekuatan hasil 1200MPa pada suhu tinggi 650 darjah. Ini mungkin kerana reka bentuk kekisi kecerunan dalaman. Bilah juga lebih ringan 35% dan membantu enjin menggunakan bahan api 5% kurang.
Percetakan dengan lebih daripada satu jenis bahan
Percetakan 3D logam boleh membuat peralihan kecerunan antara bahan yang berbeza dengan menggunakan lebih daripada satu kepala laser atau muncung. Sebagai contoh, modul hibrid yang dibuat oleh syarikat kereta tertentu mencetak aloi keras (seperti Stellite 6) pada permukaan geseran cakera brek dan aloi aluminium ringan di badan utama. Ini menjadikan cakera brek tiga kali lebih tahan lama dan lebih lama - berkekalan.
3. Integrasi Fungsi: Melangkah dari "Modul Tunggal" hingga "Modul Tahap Sistem"
Reka bentuk modular tradisional bergantung pada menyusun beberapa bahagian. Percetakan 3D logam, sebaliknya, meningkatkan modul dari "saluran pasif" kepada "sistem kawalan aktif" dengan menggunakan reka bentuk baru seperti microchannels dan dibina - dalam sensor.
Membuat microchannels
Percetakan 3D logam boleh membuat microchannels dengan diameter kurang daripada 0.3mm dalam modul pelesapan haba. Sebagai contoh, sebuah syarikat peralatan perubatan menghasilkan cip mikrofluid 3D yang disampaikan melalui ubat -ubatan melalui mikro 0.5mm dengan peningkatan ketepatan ± 2%, yang jauh lebih baik daripada ± 10% kesilapan pemesinan tradisional.
Sensor dan penggerak yang dibina
Dengan percetakan 3D logam, sensor suhu, sensor tekanan, atau penggerak mikro boleh dibina terus ke dalam modul. Sebagai contoh, modul injap hidraulik Siemens 'menggunakan pengaktifan seramik piezoelektrik di dalam badan injap untuk mencapai masa - yang ditutup - kawalan gelung aliran. Masa tindak balas ditebang hingga 10 milisaat, yang lima kali lebih cepat daripada injap solenoid biasa.
Pengoptimuman Multi - Sambungan Fizik
Percetakan 3D logam boleh membuat modul berfungsi lebih baik bersama dengan menggunakan dinamik cecair, termodinamik, dan analisis mekanik struktur. Sebagai contoh, Samson menggunakan platform Ansys Workbench untuk mengoptimumkan pengagihan tekanan dalam laluan injap dan tekanan terma dalam badan injap pada masa yang sama. Ini memotong ubah bentuk badan injap dari 0.2mm hingga 0.05mm pada tekanan 6MPa, yang memenuhi keperluan pengedap untuk gred kuasa nuklear.
4. Keupayaan untuk cepat berulang, dari "Pembangunan Bulanan" hingga "Pengesahan Mingguan"
Modularizing peralatan automasi bermakna ia harus dapat menyesuaikan diri dengan perubahan dalam permintaan pasaran dengan cepat. Percetakan 3D logam, sebaliknya, mempercepat kitaran pembangunan dengan menggunakan pengeluaran digital dan pengeluaran fleksibel.
Membuat barang tanpa acuan
Membuat modul tradisional mengambil masa 3 hingga 6 bulan kerana ia perlu melalui kitaran reka bentuk, membuat acuan, pengeluaran percubaan, dan perubahan. Anda tidak memerlukan acuan untuk percetakan 3D logam; Ia boleh mengeluarkan sampel berfungsi terus dari model CAD. Sebagai contoh, badan injap pengoksida SpaceX pergi dari reka bentuk ke ujian tanah awal dalam kira -kira 8 minggu, iaitu 70% lebih cepat daripada kaedah biasa.
Memeriksa kualiti dalam talian
Percetakan 3D logam boleh memberi maklum balas masa - sebenar mengenai masalah interlayer dengan menggunakan kamera inframerah atau mencairkan sistem pemantauan kolam. Sebagai contoh, EOS M 400 - 4 menggunakan teknologi pengurusan kuasa laser dinamik, yang memotong saiz zon yang terjejas haba (HAZ) badan injap aloi titanium dari 0.5mm hingga 0.2mm, menurunkan tekanan sisa sebanyak 40%, dan menaikkan kadar kejayaan satu kali pencetakan ke 95%.
Ekonomi kelompok kecil
Kos percetakan 3D logam sudah lebih murah daripada pemesinan tradisional untuk modul yang diperlukan kurang dari 5000 kali setahun. Sebagai contoh, sebuah syarikat yang membuat peralatan pembungkusan menggunakan platinum BLT - S400 untuk mencetak die - modul pemotongan dan panas. Ini mengurangkan kos setiap bahagian sebanyak 35% berbanding dengan pemesinan CNC dan membolehkan pengeluaran -, yang mengurangkan perbelanjaan inventori sebanyak 60%.
5. Trend dan Masalah dalam Industri: "Breakthrough Point Single" kepada "Integrasi Sistem"
Percetakan 3D logam telah hilang dari ujian prototaip ke pembuatan skala kecil - dalam sektor peralatan automasi modular, tetapi ia masih mempunyai masalah dengan perkara -perkara seperti penyeragaman dan menjaga kos ke bawah.
Sistem penyeragaman penuh
Kumpulan antarabangsa seperti ISO/ASTM mempercepatkan proses mewujudkan piawaian untuk mereka bentuk, membuat, dan menguji modul percetakan 3D. Sebagai contoh, siri piawaian ISO/ASTM 52900, termasuk pelbagai pangkalan data prestasi bahan, pengoptimuman parameter proses, ujian destruktif bukan -, dan lain -lain.
Integrasi Pintar Barisan Pengeluaran
Percetakan 3D logam semakin dekat dengan pembuatan "Black Light Factory" dengan menggabungkan teknologi seperti pemprosesan serbuk automatik, pemantauan dalam talian, dan pengoptimuman pembelajaran mesin. Sebagai contoh, penyelesaian kilang AM yang EOS dan Siemens bekerja bersama -sama telah melihat penggunaan peralatan naik sehingga 82% dan mengurangkan perbelanjaan buruh pada separuh.
Idea Baru dalam Teknologi Pemprosesan Post -
Untuk membetulkan masalah dengan permukaan kasar dan tekanan sisa pada modul percetakan 3D, industri sedang menjalankan rawatan haba baru, pemesinan, dan kaedah rawatan permukaan. Sebagai contoh, sebuah syarikat tertentu telah menghasilkan proses komposit yang dipanggil "pengukuhan kejutan laser+rendah - suhu nitriding" yang menjadikan permukaan badan injap bercetak 3D lebih keras dan tiga kali lebih tahan dipakai.