DMLS בתעשיית הרכב: מ-Desion to Production

Direct Metal לייזר Sintering (DMLS) צמח ככוח טרנספורמטיבי בייצור הרכב, המאפשר ייצור של חלקי מתכת מורכבים עם מהירות חסרת תקדים וחירות עיצוב.טכנולוגיית תוספת זו (AM) משתמשת לייזר מופעל גבוה כדי למזג חלקיקים מתכת שכבת על ידי שכבה, יצירת רכיבים פונקציונליים צפופים, ללא צורך בכלי רכב מסורתיים והחלפת חום לרכיבים סטנדרטיים לייצור חלקיים, אפילו ל-DS באופן מוגבל, כדי לחקור את היתרונות של כלי רכב.

טכנולוגיית DMLS

DMLS שייך למשפחת היתוך מיטה של ייצור תוספים.התהליך מתחיל עם שכבה דקה של אבקת מתכת התפשטה על פני פלטפורמה בנייה. לייזר לאחר מכן את החלקה של החלק, מה שהופך את האבקה בגיאומטריה הרצויה.הפלטפורמה מורידה, שכבה חדשה של אבקה הוא מיושם, ואת התהליך חוזר עד שהחלק הושלם.

בניגוד לייצור תת-טרקטי מסורתי (CNC machining) או שיטות צורות (התכננת, זיוף), DMLS מטילה כמה מגבלות גיאומטריות.ערוצים פנימיים, מבני צמיגים, מעוקלים, ועקום מורכבים ניתן לממש ללא כלי מיוחד.זה חופש עיצוב הוא הנהג העיקרי לאימוץ שלו בתחום הרכב, שבו ירידה במשקל ואינטגרציה פונקציונלית הם קריטיים.

תפקיד DMLS בעיצוב רכב ו Prototyping

יצרני רכב השתמשו זמן רב בהסתברות מהירה כדי לקצר את מחזורי הפיתוח, ו-DMLS מעלה את היכולת הזו. במהלך שלב המושג, מעצבים יכולים ליצור מספר רב של כיס, צריכת מאניפל, או מעיל קירור מוטורי בימים ולא שבועות. כי DMLS אינו דורש תבניות קשיחות או מת, העלות של השקע נמוך - לעתים קרובות החומר והזמן הזה מאיץ את האופטימיזציה של אוויר כגון לולאות, כמו פיזור אווירי, או פריחה.

שיפור מהיר ושילוב אווירודינמי

בפיתוח אווירודינמי, למשל, מהנדסים יכולים להדפיס מודלים בקנה מידה או מלא של פרופילים כנף או לוחות תחת גוף כדי לבדוק מנהרות רוח. DMLS מאפשר שילוב של ערוצים פנימיים ל קירור פעיל או לחץ ישירות אל אב הטיפוס, ביטול השלבים שלאחר עיבוד.היכולת לשנות את הקובץ הדיגיטלי ולהדפיס מחדש בין לילה פירושה שניתן להעריך תריסר גרסאות עיצוב בשבוע.

חלקי מכס עבור Motorsports ו- Limited Editions

חטיבות מוטורס כגון פרויקטים מיוחדים של פרארי, פורשה Motorsport, ו Red Bull Racing אימצו DMLS עבור רכיבים מותאמים אישית. Light Weight titanium exhaust, החלפת הילוכים, ואפילו תת-קרקעית מבנית הופקו על הביקוש.עבור היפרפטריטורים מוגבלים כמו בוגטירון או Koenigse Gemera, DMLS מאפשר את יצירתם של מברשות נמוכה יותר מאשר חלקי ייצור חזק יותר מאשר תאים קלים יותר מאשר תאים קלים.

המעבר מ Prototype לייצור

הדרך מטיפוס לחלק DMLS ברמת הייצור כוללת אימות תהליך זהיר. בעוד פרוטוטיפינג מתמקדת בצורת והתאמה, הייצור דורש תכונות מכניות חוזרות ונשנות, פני השטח, דיוק ממדי.המעבר בדרך כלל מספר שלבים:

  • (FLT:0) עיצוב ייצור אדקטיבית (DfAM): חלקים 1:1 נועדו מחדש לנצל יכולות DMLS - ניתוק ניגודים, הוספת ערוצים פנימיים, והסרת חומר מיותר.
  • (FLT:0) קטן Batch אימות: 1FLT:1 Batches של 10-100 חלקים מיוצרים בתנאים מבוקרים. Metrology (CT סריקה, לתאם מכונות) ובדיקות מכניות (tensile, עייפות, קשיחות) מאשרות עקביות.
  • (FLT:0) תוצאות Qualification:FLT:1 Machine הפרמטרים (כוח אלס, מהירות סריקה, ספיגה, אבקת טמפרטורה) נעולים ומתועדים.
  • (FLT:0) אישור אישור: FLT:1 עבור רכיבים קריטיים בטיחותיים (למשל, היגוי knuckles, זרועות השעיה), יצרני רכב עובדים עם גופי הסמכה כדי לעמוד בסטנדרטים כמו ISO 26262 או הליכים איכותיים פנימיים.

לאחר אימות, חלקי DMLS יכולים להשתלב בייצור סדרתי.זה עדיין לא נפוץ עבור רכיבים בעלי שם גבוה (למשל, בלוקים מנועים, לוחות גוף) בשל זמן מחזור ועלות, אבל זה שגרתי עבור חלקים מיוחדים מותרות, מנועים ספורט ולאחר יישומי שוק. לדוגמה, BMW מייצרת כעת מיליוני חלקים סידוריים באמצעות ייצור תוספים בכל שנה, כולל מובלות מים, מחוספס רוח, מחוספסים, באמצעות רכיבי לייזר דומים.

יתרונות מרכזיים של DMLS בייצור רכב

היתרונות של DMLS מרחיבים מעבר לחופש העיצוב.הם כוללים ירידה במשקל, סימולציית שרשרת האספקה ושיפור ביצועים.

ירידה במשקל וחלקה של שכנוע

החלפת ⁇ ממכונה מסורתית עם חלק DMLS ® ®DMLS יכול להפחית במשקל ב -30-60% תוך שמירה או שיפור הנוקשות.עבור כל קילוגרם שנשמר ברכב, דלק או יעילות סוללה משתפר. בכלי רכב חשמליים (EVs), זה מתורגם ישירות לטווח מורחב. Partolidation - הדפסה של 5-10 חלקים כרכיב יחיד - ספירה מהירה, כלומר 8 נקודות לחץ דם, עבור כישלונות כפולות של 24%, עבור כישלונות של 2.

ניכוי זמן והובלת זמן

אין תבניות, מת או ג'יגס נדרשים עבור DMLS. זה מבטל חודשים של פיתוח כלי ואת ההשקעה הון המשויכת. בייצור נמוך עד בינוני (1,000-50,000 חלקים בשנה), העלות הכוללת של הבעלות יכולה להיות נמוכה יותר מאשר שיטות קונבנציונליות להוביל פעמים עיצוב לחלק הראשון יכול לכווץ משבוע עד ימים, ומאפשרת מוצרים מהירים יותר ורשתות אספקה תגובתיות יותר.

ביצועים משופרים באמצעות מורכבות

היכולת ליצור ערוצי קירור תואמים פנימיים היא משתנה משחק עבור כלי דפוס הזרקת רכיבי מנוע כאחד.ב ליבות מוטוריות או חילופי חום, DMLS מאפשר ניהול תרמי אופטימלי, צמצום ⁇ תרמיים ושיפור יעילות. בדומה, מבנים צמיגים יכולים להיות מכוונים לספוג אנרגיה השפעה, מה שהופך אותם אידיאליים עבור מבני התרסקות.

חומרים בשימוש ב-Cycar DMLS

בחירת אבקת מתכת תלויה בדרישות התפקודיות.השולחן מתחת לסכמת סגסוגת נפוצה ומקרי השימוש במכוניות:

  • (ב) [13] אל-סיום אלס10Mg:BuildFLT:1 , Light Weight, Good תרמי מוליכות בשימוש עבור מטמון, כיור חום, דיור חיישן, וצריכה פיות מאניות.
  • (ב) ⁇ :0 Al6061:FLT:1 , בדומה לסגסוגת wrought; המשמש רכיבים מבניים שבהם יש צורך בישימות.
  • (FLT:0)Titanium Ti6Al4V:BuildFLT:1) יחס גבוה לעוצמה למשקל, עמידות קורוזיה. Common במערכות ממצה, חיבור מוטות ורכיבי השעיה.
  • (ב) [ה]התמדה של פלדה (למשל, C300:FLT] 1:1, חיי עייפות טובים בשימוש עבור כלים, מת וחלקי אימון בלחץ גבוה.
  • (FLT:0) ללא פלדה 17-4 PH:03F:RIRLT:1) עמיד קורוזיה, כוח גבוה מתאים רכיבי מערכת דלק וחלקי הפעלה.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ 625/7:510RELT:1 (ב) עמידות טמפרטורה גבוהה בשימוש בדיור טורבו מטען ומטמים ממאירים.

כל חומר דורש פרמטרים ספציפיים של תהליכים כדי להשיג צפיפות אופטימלית ונכסים מכניים.שלבי צעדים כגון מתח-relief annealing, aostatic לחיצה (HIP), והשלמת פני השטח (למשל, tagging, זריקה, הצצה) משמשים לעתים קרובות כדי לענות על דרישות הייצור.

אתגרים ומגבלות של DMLS בתעשיית הרכב

למרות הבטחתו, DMLS ניצבת בפני כמה מכשולים לאימוץ נרחב בייצור המוניות של הרכב.

מהירות הייצור ומהירות השימוש

DMLS הוא איטי מטבעו של תהליכים קונבנציונליים.בניה חלק אחד יכול לקחת שעות, ורוב המכונות מעבדות אחד או שניים ביום.עבור רכיבים בעלי ערך גבוה (מיליוני דולרים בשנה), המספר הנדרש של מכונות הופך לאיסור כלכלי.עם זאת, ההתקדמות במערכות מרובות-אסלר ולבנות כרכים גדולים יותר משתפרים בהדרגה באמצעות ספוט.

שיקולים

עלויות אבקת מתכת גבוהות משמעותית מחומרי מלאי גדולים. A קילגרם של אבקת ניקל סגסוגת יכול לעלות 100 $ 300 $, ואילו אותו משקל ב wrought חיוב עשוי להיות $ 10- 30. $ עיבוד (הסרה תומכת, טיפול חום, מאצ'ינג) מוסיף עלויות נוספות. עבור DMLS להיות עלות תחרותית, החלק חייב להציע הטבות מוחשיות - משקל, שמירה על ביצועים או שיפור של 100,000 $ (בדרך כלל) כולל תשלום עבור מערכת מבוזרת (בדרך כלל) עבור תשלום) הכוללת של עלויות של מערכת תשלום (בדרך כלל) של מטבעו של עלויות של מטבע) עבור תשלום (בדרך כלל) עבור סך עלות) עבור סך עלות (בדרך כלל עלות) עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור $ 100 אלף דולר) עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור $ 5 $ 100 אלף דולר) עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור $ 100,000 $ עבור תשלום עבור תשלום עבור $ על עלויות ניתוח סכום כולל תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור תשלום עבור $ (בדרך כלל) 000 $ (בדרך כלל) 000 $ עלות) כדי להיות עלות) 000 $ 100,000

איכות מובטחת וסטנדרטים

הבטחת איכות עקבית על פני בנייה נותרה אתגר. Porosity, משטח גס, וסטרס חי יכול להוביל לכישלון חלק אם לא נשלט. Automakers דורש בדיקות לא הרסניות קפדניות (CT סריקה, בדיקות קוליות) עבור חלקים קריטיים בטיחות, אשר מוסיף עלות וזמן. תקני התעשייה (ASTM F3001, SAE AMS7003) מתפתחים, אך רבים עדיין לכפות מפרטים פנימיים משלהם, יצירת כישורים מקופחים.

סודיות וכלכלה ממדית

משטחים מודפסים בדרך כלל יש גסות (Ra) בטווח של 5-15 מיקרומטר, אשר מקובל על רכיבים פנימיים רבים אך דורש עיבוד לאחר של משטחים או אזורים אסתטיים.דיוק של מימדי הוא בדרך כלל בתוך ±0.1 מ"מ (עם סובלנות טיפוסית), אבל עיוות תרמי יכול להתרחש בקירות דקים או חלקים גדולים.

מחקרים אמיתיים

מספר יצרני רכב הוכיחו את יכולת ה- DMLS בייצור.כאן הם דוגמאות בולטות:

BMW: Water Pump Impellers

BMW משתמשת ב- DMLS (במיוחד, אבקת לייזר אבקת היתוך) כדי לייצר מאביבת מים עבור i8 שלה וכמה דגמים סדרה מאז 2010. הגאומטריה המורכבת של המפיץ אופטימיזציה של נוזל, צמצום צריכת משאבה על ידי 20%.B. דוחות כי מעל 30,000 חלקים בשנה מיוצרים באמצעות תהליך זה, עם חיסכון בעלויות מ-Partolidation והורדת מלאי - שכן אותו מכונה יכול לייצר ביקוש שונה על גרסאות.

פורד: קל משקל Brackets for the Mustang GT500

חטיבת הביצועים של פורד השתמשה ב- DMLS כדי לייצר חגורת קירור לפנים עבור Shelby GT500.ה ⁇ המקורית של האלומיניום הטילה משקל של 2.5 lbs; ה-DMLS תוכנן מחדש, באמצעות AISi10Mg, שקל 1.1 lbs - lbs - הפחתה של 56%.מבנה ה- lceattice של החבט שיפר גם את זרימת האוויר לבולמים.

ביקורת: Prototyping and Tooling

Audi העסיקה את DMLS באופן נרחב עבור אבטיפוסים, ולהפקת עובש הזרקת הזרקת הזרקת הזרקת הזרקה משולבת עם קירור תואם.ערוצי התואמים הפחיתו את זמני המחזור בתבניות הזרקת הפלסטיק על ידי עד 20%, שיפור יעילות הייצור הכוללת.היישומים האלה הם כעת מקרה שימוש נפוץ עבור DMLS על פני שרשרת האספקה של הרכב, שכן כלי הוא ערך גבוה, נמוך כרכים שבו כלכלת DMLS הם נוחים.

ככל שהטכנולוגיה מתבגרת, תפקידה בייצור הרכב יתרחב.המגמות המרכזיות כוללות:

  • (FLT:0) ייצור מהירות וגודל: ההרחבה 1 (FLT:1) מכונות חדשות עם מעטפות בנייה גדולות יותר (עד 1 מטר) ו לייזרים מרובים יאפשרו ייצור של חלקים גדולים יותר כמו ראשי גליל, מקרי שידור, ודירות סוללות.המהירות תגדיל את DMLS קיימא לייצור בינוני (10,000-100,000 חלקים).
  • ייצור:0 [Hybrid:] שילוב DMLS עם CNC מטמון במערכת אחת (למשל, DMG MORI LASERTEC) מאפשר הדפסה של חלקי רשת-החלפה ולאחר מכן לסיים משטחים קריטיים ללא תיקון.זה מקטין טיפול ידני ומקצר את זמני ההובלה.
  • (FLT:0)Material innovation: FLT:1 סגסוגת חדשה המיועדת במיוחד לייצור תוספים, כגון ⁇ אלומיניום גבוהה עם התנגדות תרמית משופרת, מפותחים.
  • (FLT:0)Digital Inventory and On-Demand Production:FLT:1 Automakers הם חקר מחסנים דיגיטליים שבהם מודלים תלת-ממדיים מחליפים את חילוף החומרים.DMLS יכולים לייצר חלקים חלופיים על הביקוש, צמצום עלויות ההנאות ונקודות obsolescence. General Motors כבר יישמו מערכת כזו עבור חלקים מסוימים בשירות.
  • (FLT:0) גידול בייצור EV:FearLT:1 כלי רכב חשמליים מציגים הזדמנויות ייחודיות עבור DMLS. Components כמו כיור חום עבור קירור סוללות, דיור מוטורי חשמלי, ומסגרות מבניות קלות משקל הם מועמדים ראשוניים.

אנליסטים בתעשייה יצמחו בשוק ייצור התוסף של הרכב (כולל DMLS) בשיעור צמיחה שנתי מורכב (CAGR) של 20-25% עד 2030, והגיע ליותר מ-10 מיליארד דולר.עם זאת, השגת אימוץ המוני ידרוש המשך ירידה בעלויות, אמינות תהליך משופרת ומסגרות הסמכה רחבות יותר.שיתוף הפעולה בין יצרני הרכב, מכונות OEM (כגון EOS, 3D Systems, SLM Solutions), וספקי חומרים קריטיים להתגבר על פני אלה.

משאבים חיצוניים וקריאה נוספת

עבור אלה המעוניינים בפרטים טכניים עמוקים יותר ונתונים בתעשייה, המשאבים הבאים הם בעלי ערך:

  • (FLT:0) דרישות הרכב של TEOS 1FLT - מקרי מקרה ומסמכים טכניים על DMLS ברכב.
  • (FLT:0ASTM F3184 - מפרט סטנדרטי לייצור אדרטיבי פלדה AlloyFLT:1 - תקן מפתח עבור חומרי היתוך מיטה אבקה.
  • סעיף:0.SME: DMLS for Auto ProductioncioFLT:1 - סקירה של אתגרים והצלחות.
  • (FLT:0) כתב העת הבינלאומי של טכנולוגיית ייצור מתקדמת ( Advanced Manufacturing TechnologyFLT:103) - מחקר השווה את DMLS כלכלה לייצור סדרת רכב.

מסקנה

Metal לייזר Sintering התפתח מכלי ייצור מהיר לטכנולוגיה של ייצור בר קיימא עבור תעשיית הרכב.היכולת שלה ליצור מורכב, משקל, וביצועים מתכת כבר ממונף על ידי יצרנים מובילים במנועי ספורט, כלי רכב יוקרתיים, וכלי. בעוד אתגרים הקשורים למהירות, עלות, וקיום, המסלול הוא ברור: טכנולוגיה משפרת ונפילה, DS הופך להיות חלק מרכזי של ניהול רכב, עבור ניהול ציוד תעשייתי הוא כבר לא פעיל, עבור ניהול ציוד ניהולי רכב, הוא כבר, עבור ניהול ציוד תעשייתי, הוא כבר לא פעיל, כמו גם כן, כמו גם פיתוח תעשייתי, הוא חלק מרכזי, וספקית, עבור ניהול ציוד ניהולי, וספקית, עבור ניהול ציוד ניהול ציוד ניהולי מערכת ההפעלה, עבור ניהול ציוד ניהולי מערכת ההפעלה, וספקית, הוא כבר, עבור ניהולית, הוא כבר, עבור ניהול מערכת ההפעלה, עבור ניהול מערכת ההפעלה, עבור ניהול מערכת ההפעלה, הוא כבר, הוא כבר, עבור ניהול מערכת ההפעלה, עבור פיתוח תעשייתית, הוא ארוך יותר, עבור פיתוח תעשייתית, הוא ברור, הוא כבר, עבור ניהול מערכת ההפעלה, וספקית ניהול מערכת ההפעלה, עבור ניהול מערכת ההפעלה, הוא כבר ברור יותר, עבור ניהול מערכת ההפעלה, עבור ניהול מערכת ההפעלה, עבור ניהול מערכת ההפעלה, הוא כבר, עבור פיתוח אופציונלי הוא