Direct Metal לייזר Sintering (DMLS) התפתחה כטכנולוגיית אבן הפינה להשגת מטרות ייצור בר קיימא על פני תעשיות.כפי שהלחץ הגלובלי עולה כדי להפחית את טביעת הרגל פחמן, למזער את הפסולת, ולייעל את השימוש במשאבי משאבים, שיטות ייצור תוספים כגון DMLS מציעים נתיב טרנספורמטיבי קדימה.בניגוד לתהליכים סטנדרטיים של צריכת אנרגיה יעילה יותר, DMLS בונה רכיבי מתכת מורכבים על ידי מודל דיגיטלי, תוך שימוש בתוכנות פונקציונליות פחות יעילה יותר עבור פונקציות אנרגיה מוצקות, באופן ישיר של פיתוח, באופן ישיר של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של המערכת התעשייתית, ומערכת האנרגיה הארגונית של המערכת.

הבנה: תהליכים ועקרונות

Direct Metal לייזר Sintering הוא תהליך ייצור תוספת אבקת שומן. שכבה דקה של אבקת מתכת - אלומיניום חד משמעי, טיטניום, נירוסטה פלדה, cobalt-chrome, או Inconel - מתפשטת על פני פלטפורמה בונה. לייזר בעל עוצמה גבוהה, מונחה על ידי מחשב-aided עיצוב (CAD), סריקות סלקטיות ומזג את האבקה חלקיקים מדויקים של חלקיקים של חלקיקים חדשים, אז למטה, 000.

מאפיינים מרכזיים כי תחת pin DMLS של קיימות האישורים כוללים:

  • ייצור:0 (Near-net-shape: ⁇ 1) חלקים מיוצרים קרוב מאוד לממדים הסופיים שלהם, באופן דרמטי להפחית את ההקצנה וההסרה החומרית.
  • (FLT:0) עיצוב חופש: ⁇ 1 ערוצים פנימיים מורכבים, מבני אטיצ'ה וגיאומטריה אורגנית הם אפשריים, המאפשרים להקלה כי הוא בלתי אפשרי עם הליהוק או מאצ'ינג.
  • (FLT:0) ייצור של צעד-צעד: 1FreaLT:1), ניגודים מורכבים ניתן לאחד לחלק מודפס אחד, חיסול מפרקים, ממריצים, וצעדי ייצור מרובים.
  • ניצול אווירי העולה על 95%: FLT:1 אבקת בלתי מנוצלת מחדר הבנייה ניתן למקם ולנצל מחדש, להפחית פסולת חומרית גולמית.

תכונות אלה טבוע DMLS ככלי רב עוצמה עבור יצרנים המבקשים להוריד את ההשפעה הסביבתית שלהם ללא התאמות ביצועים או עלות.

כיצד DMLS תומך ישירות בייצור מטרות

1 ניכוי רדיקלי בפסולת חומרית

שיטות ייצור מסורתיות, כגון CNC machining, לעתים קרובות לייצר פסולת שווה ל 50-90% של בלוק החומרי הגלם המקורי. עבור ⁇ יקר כמו טיטניום או Inconel, הפסולת הזו מייצגת גם נטל פיננסי וסביבתי. לעומת זאת, DMLS מוסיף חומר רק היכן שהוא נחוץ. אבקת לא מזומנת ניתן לאסוף, אח, ו recomped פעמים רבות, מניבה את שיעורי החומר של עד 98% גישה מוגבלת, 000, 000 של פסולת, או ירידה של משאבים מכרה, או ירידה בנפח נמוך יותר, 000.

יתר על כן, כי DMLS אינו דורש קיצוץ נוזלים או סיכה - לעתים קרובות בשימוש נרחב במבוך - זה מבטל פסולת כימית ועלויות של סילוק.העדר קירור גם מפשט לאחר עיבוד ומפחית את האנרגיה הדרושה לניקוי ובזבוז טיפול.

מחקר שנערך על ידי משרד הייצור המתקדם של אנרגיה:0.U.S. Department of Energy Office of Energy’s Advanced Manufacturing Office of Energy Office of Energy Office of Energy Office of Energy Office of Energy Office of Energy, 1FIRLT מדגיש כי תהליכים של תוספת כמו DMLS יכולים לקצץ בבזבוז חומרים עד 90% בהשוואה להפחתה קונבנציונלית של חלקי מתכת מורכבים.

צריכת אנרגיה נמוכה וטביעת רגל פחמן

בעוד DMLS עצמו דורש חשמל משמעותי להפעיל לייזרים, תנורי חשמל ומערכות תנועה, נקודת מבט מחזור חיים מגלה את היתרונות של אנרגיה נטו. עבור רכיבים רבים, את האנרגיה המוטבעת הכוללת - סכום האנרגיה הנצרכים ממיצוי חומרי גלם באמצעות ייצור סופי - הוא נמוך יותר מזה של המקבילה המיוצרת באופן קונבנציונלי.

  • (FLT:0) אלימינציה של מספר שלבים עיבוד: FIRLT:1) חלק הדורש באופן מסורתי הליהוק, טיפול בחום, וכמה פעולות מכוונת ניתן לעתים קרובות להדפיס בשלב אחד, צמצום הביקוש לאנרגיה המצטברת.
  • (FLT:0) חינוך אנרגיית תחבורה: 1FLT:1 DMLS מאפשר ייצור מבוזר, על פי דרישה קרוב לנקודה של שימוש, חיתוך מיילים שרשרת האספקה ופליטות קשורות.
  • (FLT:0) משקל אור: חלקי ההרחבה שעוצבו עם DMLS יכולים להיות 25–50% יותר קל מאשר עמיתים ממכונות, תוך שמירה על כוח.ביישומים תחבורה, כל קילוגרם הציל להפחית את צריכת הדלק או האנרגיה במהלך החיים של המוצר, להכפיל את החיסכון באנרגיה הרבה מעבר לשלב הייצור.

לדוגמה, הערכה השוואתית של מחזור חיים לשנת 2018 שפורסם ב-FLT:0Journal of Cleaner ProductioncioFLT:1 מצא כי עבור משטח אווירי של טיטניום, DMLS הביא ל 30-40% פוטנציאל התחממות כדור הארץ נמוך בהשוואה ל- machining קונבנציונלי, בעיקר בשל חיסכון חומרי והפחתה במשקל.

אספקת שרשרת סימולציה והפחתה של שפכים

ייצור בר קיימא משתרע מעבר לקומה במפעל כדי לכלול את שרשרת האספקה כולה.רשתות האספקה של האמנה כרוכות לעתים קרובות מספר רב של ספקים, זמני מוביל ארוכים, וממציאים גדולים של ליהוק או זיוף שלעולם לא ישמשו.DMLS מציג את הרעיון של ERLT:0דיגיטלי מלאי FLT:1: במקום לצבור חלקים פיזיים, חברות לאחסן קבצים ורכיבי הדפסה על פני מחסנים וירטואליים, ביטול עלויות אנרגיה ופסולת, פסולת ופסולת.

יתר על כן, כי DMLS יכול לאחד את המחלוקות לחלקים בודדים, את מספר הספקים, מזרזים, וצעדים מתפתלים מופחתים. מנוע מסוקים כי בעבר דרש 20 רכיבים נפרדים ויותר מ -100 ננודות ניתן להדפיס כיום כיצירה מונוליטית אחת. פשטות זו מקצרת את שרשרת האספקה, מצמצם את פליטות הקשורות לספק, ומפחיתה פסולת ממספר משלוחים.

4. המורחבת של חיי המוצר ולהגדיל את יכולת החיים

קיימות אינה רק על ייצור – אלא גם על כמה מוצרים ארוכים שמרכיבים DMLS יכולים להיות מעוצבים עם מבנים פנימיים מטובימים שמשפרים את חיי העייפות, עמידות קורוזיה, וביצועים תרמיים.לדוגמה, ערוצי קירור תואמים בתבניות הזריקה, המיוצרים רק באמצעות ייצור תוספים, לשמור על תבניות בטמפרטורות אחידות, וכתוצאה מכך חיים ארוכים יותר וחלקים איכותיים יותר.

היכולת לתקן ולחדש רכיבים בעלי ערך גבוה באמצעות DMLS תורמת גם לכלכלה מעגלית. Worn aerospace blades, כלי פגום, או חלקי רכב שבורים ניתן לבנות עם מתכת מחוספס לייזר ולאחר מכן re-machined, הימנעות האנרגיה והחומר של ייצור חלקים חדשים לחלוטין.

ניהול התעשייה דורש אחריות

אוויר: משקל אור ליעילות הדלק

האווירל היה אחד המאמצונים המוקדמים ביותר של DMLS, ומסיבה טובה משקל המטוס הוא ישירות מתואם עם צריכת דלק נמוכה ופליטות CO2. DMLS מאפשר למהנדסים לעצב חזיונות, ניכוי, ורכיבי מנוע עם מבנים צמיגים מורכבים אשר שומרים על כוח תוך לשפוך גרם לוגיסטיקה, למשל, מנוע LEAP של GE תעופה ללא דלק, עם DS, הוא מופחת יותר מ -25% מהפעמים של ייצור לא ניתן לחיסכון יעיל יותר מאשר קיצוץ של החברה.

יתר על כן, היכולת לאחד חלקים פירושה פחות מפרקים שיכולים להדליף או להיכשל, לשפר את האמינות הכוללת של המערכת ולצמצם את הפסולת הקשורה לתחזוקה.על ידי כך שאפשרו למנועים יעילים יותר ומסגרות אוויריות קלות יותר, DMLS תומך ישירות בהמטרה של איגוד התחבורה האווירית הבינלאומית לצמיחת פחמן-נפט עד שנת 2050.

טיפול רפואי: שתלים עם בזבזות מינימליות

במגזר הרפואי, DMLS מאפשר שתלים ספציפיים לחולה - כגון hip גזעs, צלחות cranial וכלובים ספינים - מונעים ישירות מהנתונים לסריקת CT. שתלים מותאמים אישית אלה דורשים פחות הסרת העצם במהלך ניתוח, להפחית את זמני התפעול ולשפר את קצב ההתאוששות.

  • אין מלאי מבוזבז: כל השתל הוא ייחודי, חיסול מלאי של גדלים סטנדרטיים שלעולם לא ניתן להשתמש בהם.
  • יעילות חומרית: מבנים מורכבים ⁇ אופטימיזציה של אוסוינטציה תוך שימוש בכמות מינימלית של טיטניום בעלות גבוהה או סגסוגת cobalt-chrome.
  • פסולת כירורגית מופחתת: פחות מכשירים ופרוצדורות קצרות יותר צריכת אנרגיה נמוכה יותר ופסולת חד פעמית בחדרי הפעלה.

בנוסף, DMLS משמש לייצור מדריכים כירורגיים, חיתוך כלים, ואסתטיקה עם הרבה פחות חומר מאשר שיטות ייצור מסורתיות. כמו תעשיית הבריאות להתמודד עם לחץ להפחית את טביעת הרגל פחמן שלה - כלומר 4.4% של פליטות נטו גלובליות - DMLS מציעה נתיב לעבר יותר בר קיימא, מותאמות אישית.

כלי רכב: קל משקל ומורכב קירור

יצרני הרכב מאיצים DMLS לייצר רכיבים קלים לשיפור כלכלת הדלק ולהפחית את פליטות בהבעירה פנימית וכלי רכב חשמליים.

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : ⁇ 1 , קלף חזק יותר להפחית מסה לא מופרכת, שיפור הטיפול ויעילות.
  • (FLT:0) חילופי הית': 1FLT:1 DMLS מאפשר עיצובים יעילים וקומפקטיים עם ערוצים תואמים, שיפור ניהול תרמי וצמצום אובדן האנרגיה.
  • (ב) ניתן לייעל את רכיבי ה-FLT:0) רכיבי Transmission חלקים, הילוכים ומחבתות שמן ניתן לייעל לירידה במשקל תוך שמירה על עמידות.

בכלי רכב חשמליים (EVs), ירידה במשקל היא אפילו יותר קריטית עבור טווח מורחב.DMLS יכול לייצר דיור מוטורי בהיר יותר, משטחי סוללות, ורכיבים מבניים התורמים ישירות לדרישות גודל הסוללה נמוכות יותר ולהפחית פליטות מחזור חיים.B., למשל, העסיק DMLS לייצר חזיונות גג ורכיבי כי הם קלים 30% משווי השווי שלהם, עוזר לחברה לעמוד במטרות הקיימות שלה תוך שיפור ביצועים.

ציוד תעשייתי ותעשייתי: אנרגיה-אנרגיה-מולדים

ייצור כלי - זקנים, מתים וג'יגס - משחק תפקיד חבוי אך חיוני בקיימות. עובש מעוצב עני להוביל פגמים, זמני מחזור ארוכים יותר, צריכת אנרגיה גבוהה יותר במהלך הזרקת או למות ליהוק. DMLS מאפשר את ייצור הכלים עם FLT:0conformal קירור ערוצים 1 כי לעקוב אחר הצורה של החלק המדויק, צמצום זמן ייצור על ידי שיפור כלי חשמל ולהפחית באופן ישיר יותר.

חברות כמו EOS וסימנס הפגינו את הזרקה DMLS-produced צינורות כי לקצץ את זמני מחזור על ידי 30-40% תוך חיסול סימני מלחמה ושקולה, צמצום קצבי הגלם.האנרגיה המצטברת הנמשכת על פני מיליוני חלקים יכולה להיות משמעותית.

אתגרים ושיקולים עבור DMLS

בעוד DMLS מציע יתרונות קיימות ברורים, אין זה ללא אתגרים שיש לטפל בהם כדי לממש באופן מלא את הפוטנציאל הירוק שלה.

אבקת Recycling and Quality

למרות שאיבת לא בשימוש ניתן להשתמש מחדש, חשיפה חוזרת לחום וחמצן במהלך תהליך הבנייה יכולה לפגוע בתכונות אבקה - זרימת שומן, התפלגות גודל חלקיקים, וקומפוזיציה כימית. יעילה אחה ושילוב עם אבקת בתולות נדרשים לשמור על תכונות מכניות עקביות.חלק אבקת מתכת, במיוחד אלומיניום וטיטניום, יכול להיות חמצון על מחזורי שימוש מרובים, עלייה של פסולת אם איכות לא ניתן לשמור לתוך אבקה מתקדמת וטיפול מערכות מחזורי הוא ממשיך לשפר עוד יותר.

בנוסף, ייצור אבקת מתכת עצמה הוא אנרגיה-רגישה. תהליכי איטום גז, המייצרים את האבקה הספירטית הנדרשת עבור DMLS, לצרוך אנרגיה משמעותית.עם זאת, ספקים רבים של אבקה עוברים כעת מקורות אנרגיה מתחדשת ושיטות מתפתחות לייצר אבקה ממתכת מגרדת ממוחזרת, צמצום טביעת הרגל פחמן של חומר ה-FLT:0Metal אבקת דו"ח LTF1, כלומר, כלומר, כלומר, הפחתת התקני ייצור DS סטנדרטיים, היא הופכת לתקני ייצור DOPI סטנדרטיים של תרכובת של חומר פחמן סטנדרטיים.

אנרגיה של תהליך הבנייה

הפעלת מכונת DMLS במשך שעות רבות צורכת חשמל משמעותי, במיוחד עבור חלקים גדולים.ההשפעה של האנרגיה הזו תלויה במידה רבה בתערובת הרשת המקומית. באזורים שבהם פחם שולט, טביעת הרגל פחמן של חלק גדול עשוי להיות גבוה יותר מאשר של ייצור קונבנציונלי.עם זאת, כמו אנרגיה מתחדשת ממשיכה להתרחב, כמו DMLS מכונות להפוך יעיל יותר - מודלים חדשים יותר להשתמש סיבים מתקדמים עם יעילות גבוהה יותר של קיר - הם לעתים קרובות צפוי חיסכון באנרגיה לטווח הארוך.

פוסט-Processing and Surface End

חלקים DMLS דורשים לעתים קרובות שלבים עיבוד לאחר כגון הסרת תמיכה, טיפול חום, סיום פני השטח, ו- machining כדי לעמוד בסובלנות או דרישות קוסמטיות. תהליכים נוספים לצרוך אנרגיה, חומרים, ולעתים כימיקלים מסוכנים.הרווח הקיימות מהשלב התוסף יכול להיות באופן חלקי אם לאחר עיבוד הוא מוגזם עיצוב עבור תוספי ייצור (DfAM) שיטות הטובות ביותר - כגון צמצום מבנים תמיכה והכרחי עבור חלקים משניים עבור פני השטח.

כיוונים עתידיים: Eכרוך ב-Greener DMLS

העשור הבא מבטיח התקדמות נוספת שתחזק את תפקידו של DMLS בייצור בר-קיימא.

אבקת ממוחזרות ונמוכות

כמה קבוצות מחקר וחברות מתפתחות כדי לייצר אבקת מתכת ברמה DMLS מגרד ממוחזר - כגון שימוש בלהבים אווירול או מפנות רכב.אם יצליחו, זה יסגור את הלולאה החומרית לחלוטין ולהפחית באופן דרסטי את האנרגיה המוגלמת של אבקה.

תהליכי שיפור

מערכות מרובות-אסלר (למשל, quad-laser או אפילו שש תצורה של תצורה) הופכות לסטנדרט במכונות DMLS בפורמט גדול, חיתוך פעמים לבנות באופן דרמטי ובכך להפחית את האנרגיה לחלק. ניטור תהליכים מתקדמים ואלגוריתמי למידת מכונה יכולים לייעל פרמטרים לייזר בזמן אמת, צמצום פגמים אשר יגרום אחרת לגרד.

שילוב של שיטות מתועשות וסובטיביות

מערכות היברידיות המשלבות DMLS עם מטמון מעבד הם צוברות מערכת.מכונות אלה להדפיס צורה של רשת קרובה ולאחר מכן להשתמש בכלים משולבים חיתוך כדי לסיים משטחים קריטיים, הכל בהגדרה אחת. גישה זו מפחיתה את הטיפול, מאיצה את הייצור, ומבטלת את הצורך במכונות לאחר עיבוד נפרדות, איחוד שימוש באנרגיה וזרימת את זרימת העבודה.

סטנדרט והסמכת

אימוץ נרחב של DMLS ביישומים קריטיים בטיחותיים תלוי בסטנדרטים וההסמכה של ארגונים כמו ASTM International ו-ISO מפתחים סטנדרטים מקיפים עבור סיווג אבקה, הסמכה תהליכים ובדיקה חלקית.תקני Clear יפחיתו את הפסולת הניסויית המתרחשת כיום במהלך פיתוח תהליכים ויאפשרו ליותר יצרנים לאמץ DMLS עבור ייצור בר קיימא.

מסקנה: DMLS כעמוד של תעשיית ירוקה

מתכת ישירה לייזר Sintering היא לא רק חידוש טכנולוגי; זה מאפשר מעשית ורבת עוצמה של ייצור בר קיימא.היכולת שלה להפחית פסולת חומרית עד 90%, אנרגיה מגולמת נמוכה יותר באמצעות עצירות חלקית וקלה משקל, קיצור שרשרת האספקה, ולהרחיב את מחזורי החיים של המוצר באופן פעיל את זה כמו טכנולוגיה מרכזית עבור עמידה מטרות סביבתיות גלובליות.

יצרנים משקיעים היום ב-DMLS אינם רק צוברים יתרון תחרותי בזריזות וביצועים, אלא גם בונים את היסודות לעתיד תעשייתי אחראי, נמוך-אימפריאלי.כפי שהטכנולוגיה ממשיכה להתפתח, תרומתה לייצור בר-קיימא רק להעמיק, עוזר מתעשיות אווירוקל לייצר מוצרים טובים יותר עם טביעת רגל אקולוגית קלה יותר.