اضافه کردن چاپ فلزی 3D، به ویژه تنظیم مستقیم فلز لیزر (DMLS)، به کارخانه های تولیدی می تواند به طور قابل توجهی قابلیت های تولید را افزایش دهد، با این حال، مقیاس DMLS به طور موثر و مقرون به صرفه نیاز به برنامه ریزی استراتژیک و پیاده سازی دارد. این مقاله استراتژی های کلیدی برای بهینه سازی عملیات DMLS را بررسی می کند در حالی که تقاضا برای قطعات فلزی پیچیده در سراسر بخش های هوافضا، پزشکی و خودرو رشد می کند، باید رویکردهایی را برای گسترش ظرفیت بدون حاشیه سازی توسعه دهد.

درک DMLS و مزایای آن

DMLS یک فرایند تولید افزودنی است که از یک لیزر با قدرت بالا برای ذرات پودر فلزی سینوس به قطعات جامد و با قدرت بالا استفاده می کند، بر خلاف روش های سنتی، DMLS قطعات را به طور مستقیم از یک مدل 3D ایجاد می کند: این تکنیک انعطاف پذیری طراحی را با ریخته گری یا ماشینکاری، کاهش مواد خام تا 90 درصد، و اجازه می دهد تا تولید سریع یا قطعات کلیدی کم حجم تولید.

  • فضای آرام: براکت های سبک وزن، نازل های سوخت و تیغه های توربین با کانال های خنک کننده داخلی.
  • پزشکی: ایمپلنت های خاص بیمار، ابزار جراحی و پروتزهای دندانی.
  • Automotive [FLT:] ابزار سفارشی، jigs و قطعات موتور با عملکرد بالا.
  • [[۱] [۱۰] [۱] [۲] [۲] [۲]] [۲]]] [۲]] [۳] [۱]] [۱]] [۳] [۱]] [۳] [۱]] [۱] [۱] [۱]] [۱] [۳] [۱] [۲]] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲]]] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲] [۲]]] [۲]]]]] [۲] [۲] [۲] [۲] [۳] [۲] [۳] [۳] [۳] [۱] [۲] [۲]]] [۲] [۲] [۲] [۳] [۱]] [۳] [۳] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۲] [۲] [۲] [۳]]] [۲] [۱]]] [۲] [۳

با افزایش حجم تولید، DMLS چالش هایی را در استفاده از ماشین، دستکاری مواد و پردازش پس از پردازش بدون برنامه ریزی دقیق معرفی می کند، هزینه ها می توانند به سرعت افزایش یابند و مزایای ذاتی این تکنولوژی را تقویت کنند.

استراتژی های کلیدی برای مقیاس های هزینه-Effeing

مقیاس موثر نیاز به ترکیبی از سرمایه گذاری سخت افزاری، بهینه سازی طراحی، اتوماسیون گردش کار و ابزار نرم افزار دارد.استراتژی های زیر یک چارچوب برای رشد کنترل شده با هزینه است.

سرمایه گذاری در تجهیزات متعارف و مقیاس پذیر

انتخاب ماشین های DMLS با معماری های مدولار اجازه می دهد تا تولید کنندگان با یک واحد واحد شروع کنند و ظرفیت را به طور فزاینده ای اضافه کنند. بسیاری از سیستم های مدرن مانند سیستم های پیشرفته مانند EOS [FLT 1] یا D Systems] ، از ماژول های متعدد لیزر که می توانند به عنوان مورد نیاز فعال شوند ، پشتیبانی می کنند.

بهینه سازی طراحی بخش برای تولید افزودنی

طراحی قطعات به طور خاص برای فرآیند DMLS می تواند هزینه های بسیار پایین تری را در بر گیرد.

  • ساختارهای پشتیبانی را با بخش های هدایت کننده برای حمایت از خود بیش از حد زیر ۴۵ درجه، به حداقل برسانید.
  • کاهش ارتفاع ساخت با قرار دادن قطعات به صورت عمودی یا استفاده از ساخت های پشته.
  • از شبکه یا ساختارهای توخالی برای کاهش استفاده از مواد در هنگام حفظ قدرت استفاده کنید.
  • ترکیب چند جزء به یک مونتاژ چاپ شده برای از بین بردن هزینه های مونتاژ.

استفاده از نرم افزار شبیه سازی در اوایل مرحله طراحی کمک می کند تا استرس های حرارتی و تحریفات قبل از چاپ، کاهش اجرا و به هدر رفتن ساخت، ابزار مانند Simulia [FLT 1] یا Simufact می تواند رفتار بخش را پیش بینی و بهینه سازی استراتژی های اسکن.

اجرای اتوماسیون پردازش

اتوماسیون هزینه های کار را کاهش می دهد و از طریق نفوذ در چندین زمینه افزایش می یابد:

  • Powder: [FLT 1]، استخراج خودکار، مخلوط کردن و سیستم های بازیافت مداخله اپراتور را به حداقل می رساند و خطر آلودگی را کاهش می دهد.
  • حذف: بازوی رباتیک یا سیستم های نقاله می توانند از اتاق به پایان برسند، کاهش خرابی.
  • پردازش پس از پردازش: ایستگاه های حذف اتوماتیک، سلول های تمیز کننده CNC و بازوی رباتیک، وظایف تکراری را انجام می دهند.
  • Inspection: سیستم های بینایی ماشین و سنسورهای خط، قطعات را برای نقص ها بدون کاهش تولید بررسی می کنند.

حتی اتوماسیون جزئی – مانند بازیابی پودر خودکار – می تواند هزینه های هر بخش را تا 15 تا 30 درصد در محیط های با حجم بالا کاهش دهد.

استاندارد سازی مواد و فرآیندها

محدود کردن تعداد آلیاژهای فلزی که در تولید استفاده می شوند، پیچیدگی موجودی، هزینه مدیریت پودر و آموزش اپراتور را کاهش می دهد. تمرکز بر مجموعه کوچکی از مواد با تقاضای بالا، مانند Ti-6Al-4V برای پزشکی و هوافضا، 316L فولاد ضد زنگ برای اهداف عمومی، و AlSi10Mg برای قطعات خودرو سبک است. توسعه دستورالعمل های استاندارد، گردش کار پس از پردازش، و کیفیت که در سراسر دستگاه های ذخیره سازی مواد ساده می تواند به کار انتقال بدون استفاده از قطعات مواد.

استفاده از شبیه سازی و نظارت بر نرم افزار

ابزارهای نرم افزار دو نقش حیاتی را ایفا می کنند: شبیه سازی پیش از چاپ و نظارت بر پردازش. شبیه سازی شبیه سازی استخر ذوب، گرادیان دما و استرس باقی مانده، مهندسان را قادر می سازد تا پارامترهای را قبل از لایه اول چاپ کنند، این باعث کاهش تعداد تست ها و مواد هدر رفته در بهینه سازی پارامتر ها می شود، مانند دوربین های استخر یا pyrometer، بازخوردهای واقعی را فراهم می کند، زیرا این انحراف کامل را کاهش می کند، و یا سیستم را متوقف می کند.

تکنیک های مدیریت هزینه پیشرفته

فراتر از استراتژی های اساسی، چندین تکنیک طاقچه به تولیدکنندگان کمک می کند تا در طول مقیاس پذیری، کاهش هزینه های عمیق تری را به دست آورند.

نظارت بر کیفیت In-Situ Quality Monitor

قرار دادن سنسور ها به طور مستقیم در اتاق ساخت اجازه می دهد تا کنترل حلقه بسته از قدرت لیزر، سرعت اسکن و گسترش پودر را فراهم کند، این رویکرد تضمین می کند که حتی در حالی که افزایش از طریقput، کیفیت بخشی ثابت باقی می ماند شرکت هایی مانند افزودنی فن آوری های تولید افزودنی [FLT 1] ارائه می دهد برگشت برای دستگاه های موجود DMLS که تشخیص سریع قیمت نهایی را کاهش می دهند و کاهش هزینه های نهایی.

سازنده های Nested و Batch Optimization

حداکثر استفاده از حجم یکی از موثرترین اهرم های هزینه است، به جای چاپ قطعات یک در یک زمان، تولید کنندگان می توانند چندین واحد یکسان یا مکمل را در یک ساخت واحد قرار دهند. نرم افزار پیشرفته لانه سازی به طور خودکار قطعات را برای به حداقل رساندن ارتفاع و مصرف پودر تنظیم می کند، به عنوان مثال، یک صفحه ساخت که 10 بخش در یک آرایش کوچک نگه می دارد ممکن است برای نگه داشتن 14 بخش با چرخش هوشمند و پشته، به طور متناسب با هزینه های زمان ثابت، بهینه سازی شده باشد.

بازیافت مواد و مدیریت پودر

پودر فلزی هزینه قابل توجهی در حال انجام است.استفاده از سیستم های بازیافت پودر حلقه بسته می تواند تا ۹۵ درصد پودر استفاده نشده را پس از هر ساخت دوباره بازیابی کند، با این حال، پودر استفاده شده باید برای توزیع اندازه ذرات و اکسیداسیون تجزیه و تحلیل شود تا کیفیت قطعات را حفظ کند. برخی از تولید کنندگان یک درصد کوچک از پودر تازه با پودر بازیافت شده را برای حفظ ثبات ترکیب می کنند.

کنترل کیفیت در مقیاس

حفظ کیفیت در حالی که مقیاس پذیری مهم است، بدون اطمینان دقیق کیفیت، صرفه جویی در هزینه از تولید سریع تر می تواند با کار مجدد یا اقدامات کلیدی حذف شود.

  • کالیبراسیون مجدد: متر قدرت لیزر، تست دقت galvo و کالیبراسیون دما باید یک برنامه دقیق، ترجیحا خودکار دنبال کنید.
  • [کنترل فرایند آماری] کنترل (SPC): جمع آوری داده ها از هر ساخت (به عنوان مثال، منافذ، چگالی، خشن بودن سطح) برای شناسایی روند و تشخیص حرکت در اوایل.
  • تست غیر مخرب: در اسکن سی تی شرکت یا بازرسی اولتراسونیک برای قطعات بحرانی برای جلوگیری از تست های مخرب که واحدهای تولیدی مصرف می کنند.
  • رقابت پذیری: اعداد منحصر به فرد سریال، ساخت logs و ردیابی دسته های مواد، تجزیه و تحلیل ریشه را در هنگام مسائل کیفیت ایجاد می کند.

سرمایه گذاری در زیرساخت های کنترل کیفیت در ابتدا مانع ورود قطعات غیر اطلاع رسانی به زنجیره تامین، محافظت از شهرت نام تجاری و قراردادهای مشتری می شود.

زنجیره تامین و ملاحظات نیروی کار

مقیاس تولید DMLS نیز نیازمند تغییرات استراتژیک در زنجیره تامین و نیروی کار است.

زنجیره تامین

  • تامین کنندگان پودر چندپل: [در یک فروشنده پودر فلزی واحد، خطر ایجاد می کند. کبک حداقل دو تامین کننده برای هر آلیاژ برای اطمینان از قیمت گذاری رقابتی و تداوم عرضه.
  • ترکیب پودر پرکال: برخی از تولید کنندگان آلیاژ خود را از پودرهای عنصری ترکیب می کنند، کاهش وابستگی به تامین کنندگان تخصصی و کنترل بر خواص مواد.
  • سهام قطعات یدکی مانند دیود لیزر، فیلترهای برش گاز و تیغه های پاک کننده برای جلوگیری از خرابی طولانی در طول مقیاس.

نیروی کار

  • [FLT 1] آموزش و پرورش: [FLT 1] اپراتورهای قطار در ماشین های متعدد و ایستگاه های پس پردازش برای افزایش انعطاف پذیری و کاهش تنگنا.
  • آموزش طراحی: آموزش مداوم برای طراحی مهندسان در DMLS-S- DFAM خاص (طراحی برای تولید افزودنی) اصول به طور مداوم بهبود هزینه های بخشی.
  • متخصصان پاره وقت: [FLT 1] برای کارهای تجزیه و تحلیل پیچیده (به عنوان مثال، شبیه سازی، تفسیر CT)، متخصصان انقباض را در نظر بگیرید تا استخدام دائم را توجیه کند.

مسیر های آینده برای DMLS Scaling

چند سال آینده تکنولوژی هایی را به وجود می آورد که هزینه های مقیاس پذیری را کاهش می دهند:

  • پردازش موازی چند جانبه: ماشین با چهار یا چند لیزر کار به طور همزمان می تواند زمان ساخت را 50٪ یا بیشتر کاهش دهد، کاهش هزینه های هر بخش به ویژه برای دسته های بزرگ.
  • در فرایند درمان گرما: برخی از سیستم عامل های DMLS در حال حاضر ادغام گرمایش القا یا لیزر گام های بازسازی برای از بین بردن چرخه های تسکین استرس جداگانه.
  • ] هوش مصنوعی برای بهینه سازی پارامتر: الگوریتم های یادگیری ماشین تجزیه و تحلیل داده های ساخت قبلی به طور خودکار توصیه تنظیمات بهینه برای قطعات جدید، کاهش ساخت کارآزمایی.
  • چاپ فلزی مبتنی بر سیم: [FLT 1] برای قطعات بزرگتر، سیستم های هیبریدی که DMLS را با تولید سیم قوسی (WAAM) ترکیب می کنند، اجازه می دهد چند ماده با هزینه های مواد پایین تر ایجاد کند.

آگاه ماندن در مورد این تحولات به تولیدکنندگان کمک می کند تا سرمایه گذاری های سرمایه خود را برای هم تراز با روند کاهش هزینه ها برنامه ریزی کنند.

نتیجه گیری

مقیاس سازی تولید DMLS در کارخانه های تولیدی می تواند با استفاده از تجهیزات مدولار، بهینه سازی طرح ها، فرایندهای خودکار سازی، مواد استاندارد سازی و استفاده از ابزارهای شبیه سازی و نظارت پیشرفته مانند نظارت بر کیفیت دقیق، ساخت های جاسازی شده و مدیریت پودر نظم و انضباط بیشتر کنترل هزینه ها را افزایش می دهد، تولید کنندگان می توانند قابلیت های خود را در حالی که حفظ کیفیت و هزینه های آموزش پیشرفته برای خود را فراهم می کند - بنابراین کیفیت مدیریت انعطاف پذیر از مقیاس داده های کلیدی است که از مقیاس های کلیدی و مقیاس پذیری های پیشرفته است.