Table of Contents

תפקיד DMLS ב- Rapid Prototyping fordustridustry Industries

תעשיית הרכב פועלת תחת לחץ בלתי פוסק לקצר את מחזורי הפיתוח במקביל להגדלת ביצועי הרכב, הבטיחות והיעילות.הההתעד המהיר התפתחה ככלי קריטי בסביבה זו, המאפשר למהנדסים להחליש במהירות ולאמת עיצובים לפני ביצוע כלי יקר. Direct Metal לייזר Sintering (DMLS) הוא בין טכנולוגיות ייצור תוספים עבור יכולתה לייצר חלקים מתכת צפופים לחלוטין, פונקציונליים ישירות מהנתונים הדיגיטליים.

מה זה DMLS? A Technical Review

Direct Metal לייזר Sintering הוא תהליך ייצור תוספת אבקת שומן. a high-power ytterbium סיבים לייזר לסרוק באופן סלקטיבי שכבת דק של אבקת מתכת, מחטא אותו לתוך שטח מוצק של החלק.לאחר כל שכבה, ציפוי חדש של אבקה הוא מיושם, ואת לייזר חוזר על התהליך עד העצם המלא הוא בדרך כלל מטוהר עם גז חום (מסוג) או מניעת ניקוי מוקדם כדי הדבקה), הוא כדי להפחית את הפלטפורמה הקודמת כדי לנקות את הדימום.

בניגוד לחלק מהשיטות של היתוך מיטה אבקת כי הוא לחלוטין את האבקה, DMLS פועל במשטר חד-ארצי של חומרים מסוימים, אבל המינוח משמש לעתים קרובות לסירוגין עם מתכת ישירה לייזר מלטינג (DMLM) בתעשייה. החלקים וכתוצאה מכך מציגים תכונות מכניות דומות למתכות עופרת, מה שהופך אותם מתאימים לייצור פונקציונלי ואפילו שימוש קצה.

עובי שכבתי בדרך כלל נע בין 20 ל 60 מיקרונים, ומאפשר תכונות מורכבות כגון ערוצי קירור פנימיים, מבנים לקטייה וצורות אורגניות בלתי אפשריות עם שיטות תת-פרקטיביות קונבנציונליות. בנה כמויות משתנות ממכונות בקנה-שולחן-מידה עד 500 x 500 x 500 מ"מ תרכובות המשמשות לרכיבי רכב גדולים יותר.

מדוע DMLS Matters for Auto Rapid Prototyping

שיטות מסורתיות למניעה עבור רכיבי מתכת - כגון CNC machining או ליהוק השקעות - לעתים קרובות דורשות זמני להוביל ארוכים בשל הכנת כלי, הגדרות מרובות, ופסולת חומרית. DMLS עקיפה את המגבלות הללו על ידי מתן ייצור ישיר ממודלים CAD. זה סעיף מפרט את היתרונות הליבה שהופכים את DMLS הכרחי בזרימות עבודה של הרכב.

המונחים: design iteration

בפיתוח אבטיפוס, היכולת לבחון גרסאות עיצוב מרובות במקביל או רצף מהיר הוא יקר ערך. DMLS יכול לייצר אבטיפוס בימים ולא שבועות, אפילו עבור ג'ממטים מורכבים הדורשים פעולות ממנצ'ינג מרובות.מהנדסים יכולים לשנות את קובץ ה-CAD ולחדש חלק מעודכן בן לילה, דחוס את הלולאה משוב בין עיצוב, סימולציה ובדיקה גופנית.

חופש גיאומטרי ופחתת משקל

מהנדסי רכב כל הזמן מחפשים ירידה במשקל כדי לשפר את יעילות הדלק, טיפול וטווח (כלי רכב חשמליים) DMLS פותחים מבנים לטאיצ'ה, אופטימיזציה טופולוגית, עיצובים ביוניים שמסירים חומר שבו אין צורך תוך שמירה על כוח. לדוגמה, כי הוא מכונה קונבנציונלית מחוסמת מוצק עשויה לשקול 500 גרם; DMLS שעוצב מחדש באמצעות ניתוח אלמנט סופי יכול להפחית את זה ל-200 גרם ללא עומס כבד במיוחד כאשר הם משפיעים על רכיבים אלה.

אינטגרציה פונקציונלית

DMLS מאפשר את המיזוג של חלקים מרובים לתוך אסיפה מודפסת אחת. בלוק שסתום הידראולי הדורש באופן מסורתי 10 חלקים נפרדים ממכונה ניתן להדפיס כיצירה אחת, ביטול נתיבי דליפה, צמצום זמן ההרכבה ושיפור האמינות.עבור אבטיפוס, שילוב זה מאפשר בדיקה פונקציונלית מלאה של המערכת לפני מחזור הפיתוח.

גניבת עלויות והוצאות

עבור אבטיפוס קצר-טווח - לעתים פחות מ-500 יחידות - העלות של תבניות, מת, או תיקונים יכול להיות אסרטיבי. DMLS אין עלות כלי; אותו מכונה יכול לייצר גיאוגרפיה שונה מאוד עם שינוי תוכנה בלבד.העלות החד-חלקית מונעת על ידי צריכת אבקה, לבנות זמן, ולאחר עיבוד, אבל עבור כרכים נמוכים זה לעתים קרובות נמוך יותר מאשר מאצ'ין או ליה, בנוסף לשינויים חדשים.

נכסים חומריים סגורים לייצור

חומרים Prototyping חייבים לשכפל את ההתנהגות המכנית של חומר הייצור המיועד.DMLS מייצרת חלקים עם צפיפות קרובה ל-100%, כוח מניב והתנגדות עייפות דומה ל-wrought או יציקו מקבילות. נאמנות זו מאפשרת ציון ריאלי תחת עומסים תפעוליים, רכיבה תרמית ובדיקת קורוזיה, נותן מהנדסים אמון לפני ביצוע כלי ייצור.

יישומים של DMLS בכל הרכב Prototyping

חברות הרכב משלבות כעת DMLS לשלבים מרובים של תהליך הפיתוח, החל מאימות מושג ועד אימות טרום ייצור.הדוגמאות הבאות ממחישות את רוחב היישומים.

מנוע וכוח

חלקי מנוע Prototyping כגון pistons, חיבור מוטות, ראשי גליל, וצריכה של מאניפלים היה התאמה טבעית עבור DMLS. היכולת לבנות ערוצי קירור פנימיים ישירות לתוך פיסטון מאפשר בדיקות אופטימיזציה תרמיים כי יהיה בלתי אפשרי עם מאצ'ינג קונבנציונלי. פורשה השתמש DMLS כדי אבטיפוס ולאחר מכן לייצר פימונים נמוכים עבור 9112, להפגין את הטכנולוגיה של שניהם עבור אבטיפוסי.

גלגל המטען וגלגלי המטען

מפגעי טורבו דורשים ג'ממט'ים מורכבים והתנגדות עתירה גבוהה. DMLS הדפסת אבטיפוס אלה באיקונפל או טיטניום, המאפשרת בדיקות ספסל זרימה ודהממטר אימות.היפוך המהיר מאפשר למהנדסים להתנסות עם ספירת להב, סטיות, ועיצובי מרכז כדי להתאים את המאפיינים המוקדמים של מחזור הפיתוח.

צ'אסזה וסוספגנטיות

זרועות בקרת משקל אור, knuckles, ו subframes ליהנות חופש העיצוב של DMLS. כלי הרכב OEM להשתמש אבטיפוס מודפס כדי לאמת ביצועים של התרסקות, מטרות קשיחות, וחיי עייפות.לדוגמה, אב טיפוס עבור מכונית ספורט יכול להיות מודפס באלומיניום ולאחר מכן נבדק פיזית על הקפדה בדיקה, עם תוצאות בחזרה למודל FEA עבור זיכוך.

פנים וטרים חיצוניים

בעוד חלקים פנימיים רבים הם פלסטיק, רכיבי מתכת כגון מטפלות הדלת, החלפת הילוכים, והוספת סמל ניתן אבטיפוס באמצעות DMLS כדי לבדוק מתאים ולסיים.הטכנולוגיה מייצרת גם שילובים כלי עבור עיצוב הזריקה, המאפשר ייצור מהיר של חלקי אבטיפוס פלסטי.

מערכות חימום ו- Cooling

ערוצי קירור מתקדמים בתבניות הם יישום DMLS ידוע, אבל אותו עיקרון חל על החלפת חום אבטיפוס עבור ערכות סוללות חשמליות או חשמל אלקטרוניקה. DMLS יכול לייצר ג'ממטים מורכבים ונתיבים נחשים הממקסמים את ההעברה חום, נבדק לביצועים תרמיים לפני ייצור המוני באמצעות שיה או שיהוק.

מכירות והתאמה לאחר שוק

צוותי מירוץ בפורמולה 1, אינדיקר, וסדרה סיבולת מסתמכים מאוד על DMLS עבור אבטיפוס אווירודינמיקה ומבני.היכולת להדפיס מודלים של רוח-טנון, מצעים, ואפילו כל פעמוני הבלמים במתכת הפכה סטנדרטית.בלאחר ההתאמה של השוק, DMLS מאפשר ייצור חד פעמי או קטן של חלקי ביצועים, עם מחזורי פרוטוטי מהירים כי יהיה שימוש בשיטות מסורתיות.

השוואה עם שיטות ייצור נוספות

בעוד DMLS היא טכנולוגיה מובילה עבור מתכת prototyping, זה לא האפשרות היחידה.הבנת ה- Trading-offs עוזר מהנדסי רכב לבחור את התהליך הנכון.

DMLS לעומת אלקטרון באם מלטינג (EBM)

EBM משתמש בקרן אלקטרונים בסביבה של ואקום.זה משיג קצב בנייה מהיר יותר עבור חלקים גדולים אך תוצאות בהשלמת פני השטח המחוספס והדיוק התחתון. DMLS מעדיף אבטיפוסים הדורשים סובלנות הדוקה ופרטיות משובחים, בעוד EBM מתאים טוב יותר לחלקים גדולים יותר, פחות קריטיים בנפח הנישה.

DMLS לעומת Binder Jetting

חיתוך הדפסים חלקים ירוקים הדורשים לאחר הדפסה של חטאים וחדירה.זה יכול להיות זול יותר עבור חלק ותומכת על ידי חישוב גבוה יותר, אבל התכונות המכאניות לאחר חטא הם לעתים קרובות נמוך ומצמצמצמצמים דיוק ממדי. עבור אבטיפוס פונקציונלי כי חייב להתאים תכונות חומר סופי, DMLS הוא בדרך כלל עליון.

DMLS לעומת הנחיית אנרגיה ישירה (DED)

DED משתמש ב nozzle כדי להפקיד אבקת מתכת או חוט בעוד לייזר או קשת מתמסים אותו. DED הוא פחות מדויק אבל יכול לבנות צורות גדולות ליד-net ותיקון חלקים קיימים. DMLS מציע הרבה יותר בסדר, והוא ללכת אל אבטיפוס קטן, מורכב, בעוד DED משמש עבור מבנה גדול prototyping או ציפוי.

DMLS לעומת Metal FFF/FDM

הדפסה מתכתית 3D (פירוק מתכת) משתמשת מוטות מתכת בשפע פולימר, אשר לאחר מכן debinded וחטא.It הוא עלות נמוכה יותר נגיש יותר, אבל סובל מצטמצמות משמעותית, צפיפות נמוכה יותר, ואת פני השטח העניים יותר לסיים. DMLS נשאר תקן עבור אבטיפוס מתכת נאמנות גבוהה ביישומים תעשייתיים תובעניים.

מחקרים: DMLS ב-Cretotyping

פורד מוטורס: Cooling dut Prototyping

פורד משתמש ב-DMLS כדי לאמוד את התחנות הקירור המורכבות של כלי הרכב שלה ולביצועים.במקרה אחד, המהנדסים הודפסו על פענוח פנימי שצמצם את המשקל ב-40% בהשוואה ל-Slece שווה ערך, תוך שמירה על דרישות זרימת האוויר.הטיפוס נבדק על מדנמטר בתוך שבוע של הקפאת עיצוב, תוך צמצום מחזור אימות של שלושה חודשים לעומת ייצור מסורתי.

BMW: Mass Production of DMLS Parts from Prototypes

BMW התרחבה מ-Prototyping לייצור של רכיבי DMLS, כגון גלגל משאבת המים עבור מנוע S58.הפיתוח החל עם אבטיפוס מודפס עבור זרימה ועמידות. לאחר שאומת, אותו תהליך DMLS היה בקנה מידה עבור עשרות אלפי יחידות, המפגין דרך ישירה מטיפוס אב-טיפוס לייצור ללא התפוגה.

כללי מוטורס: אופטימיזציה טופולוגי עבור Brackets

GM העסיקה את DMLS לאבטיפוס של כיסת המושב המעוצב מחדש עבור מכוניות הביצועים שלה.ניתוח האלמנט הסופי גילה כי רק 30% מהמסה המקורית היה צורך לשאת עומסים. A DMLS עם עיצוב אורגני, מבוסס לקטייה מושג ירידה במשקל 60% תוך העברת כל הבדיקות סטטיות ועייפות.העיצוב מותאם לאחר מכן להטמעת ייצור באמצעות סגסוגת קל משקל, אבל DMLS היה חיוני לסיכון להפחתה של 60% עבור הקטנת משקל.

אתגרים ומגבלות של DMLS ב Prototyping

למרות היתרונות שלה, DMLS אינו panacea.הבנת המגבלות שלה היא חיונית לפריסה יעילה בטיפוח רכב.

בניית גודל Constraints

רוב מכונות DMLS לבנות מעטפות מתחת ל-500 x 500 מ"מ. רכיבי רכב גדולים כמו לוחות גוף מבניים, מיכלי דלק או תת-מסגרת מלאה לא ניתן להדפיס כיצירה אחת. מהנדסים חייבים לפרט את אב הטיפוס ולהצטרף אליו (באמצעות נביחות או מהירויות מכניות) או להשתמש בתהליכים חלופיים עבור חלקים גדולים.

Surface End and Post-Processing

משטחים DMLS שנבנו יש גסות אופיינית (Ra 10-20 מיקרונים) בשל חלקיקים חלקיקים חלקיקים חלקיקים חלקית חטאים חלקית. יישומים רבים של אב טיפוס דורשים פעולות משניות: מינוף של משטחים, שימתוק, טיפול חום, או זריקה.זמן עיבוד פוסט-מעבד ועלויות יכול להיות משמעותי ויש לקחת בחשבון את לוח הזמנים של החיטוי.

סודיות חומרית ו Anisotropy

DMLS בונה כמה אנטרופיה - תכונות מכניות משתנות בהתאם לכיוון הבנייה.עבור אבטיפוס עוברים בדיקות קפדניות, מהנדסים חייבים להבין את הכיוון וייתכן לכלול מחזורי טיפול חום כדי לההוגן המיקרו.בנוסף, פרמטרים תהליכים צריכים כיור זהיר כדי להימנע מנפיחות או סדק, במיוחד עם סגסוגת אלומיניום גבוהה סטריבית.

מחיר לחלק לעומת נפח

עבור אבטיפוס יחיד, DMLS יכול להיות עלות תחרותית בשל אפס כלי שיט.עם זאת, כאשר כרכים מטפסים לתוך מאות או אלפי, העלות של חלק זה לעתים קרובות עולה על זה של ליהוק או זיוף. נקודת השבר משתנה על ידי גיאומטריה, אבל בדרך כלל DMLS הוא הכי כלכלי עבור אצווה מתחת 500 יחידות. מהנדסי רכב צריך לחשב את העלות הכוללת, כולל לאחר עיבוד, להצדיק את הטכנולוגיה עבור אבטיפוס גדול יותר.

עיצוב ייצור תוספתי (DfAM) מומחה

כדי לנצל באופן מלא DMLS, מעצבים חייבים לעבור מכללי עיצוב מסורתיים לעקרונות DfAM - אופטימיזציה לבניית אוריינטציה, תמיכה, ניהול תרמי, והסרת אבקה רבים חסרים הכשרה זו בתחילה, מה שמוביל לאבנים או עיצובים תת-אופטימיים.

תחזית: DMLS ב-Cretotyping

המסלול של טכנולוגיית DMLS מצביע על אימוץ גדול יותר הן ב-Prototyping והן בייצור.כמה מגמות מעצבות את תפקידה בתעשיית הרכב בעשור הבא.

מהיר יותר לבנות מהירות וגודל גדול יותר לבנות נפח

יצרני מכונות מפתחים מערכות DMLS עם לייזרים מרובים (quad, Sextuple, או אפילו 12-laser ⁇ ) כדי להפחית את זמני הבנייה. גדול יותר תאים (1 x 1 x 1 מ) נכנסים לשוק, המאפשר הדפסה חד פעמית של אסיפות אבטיפוס גדולות יותר.התפתחויות אלה יהנה ישירות מפלט מהיר של מכוניות על ידי צמצום זמני להוביל ולהרחיב את טווח החלקים שניתן להדפיס.

חומרים מתקדמים ואבקות מתכת

מחקר לסגסוגת חדשה שנוסחה במיוחד עבור DMLS - כגון סגסוגת אלומיניום גבוהה סטרנגנטיום אלומיניום, עתירי טיטניום עתירי, ופלדות כלי יעיל עלות - יספק חומרים אבטיפוס כי יותר מקרוב להתאים את חומרי ייצור עתידיים.

סוללות עבודה היברידיות

הגישה היעילה ביותר משלבת לעתים קרובות DMLS עם תהליכים תת-קרקעיים ויצרניים.לדוגמה, ליבה מודפסת DMLS ניתן למכונה על משטחים קריטיים, או יצירת DMLS מות ניתן להשתמש כדי לטבול חלקי מתכת מסוגה.צוותים מהנדסי רכב לאמץ זרמי עבודה היברידיים המנצלים את נקודות החוזק של כל תהליך.

אינטגרציה דיגיטלית

חיבור אבטיפוס DMLS לסימולציות תאום דיגיטליות מאפשר אימות בזמן אמת של נכסים שנבנו כמודל נומיננלי. Inline חיישנים ניטור בריכה, טמפרטורה, ושכבות להאכיל נתונים בחזרה ללולאה העיצוב, המאפשר תחזוקה חיזוי של תהליך ההדפסה והתכנסות מהירה יותר על עיצובים אופטימליים.

יתרונות הישרדות ומחזור חיים

מטרות קיימות לרכב לטובת ייצור תוספים מכיוון שהוא מצמצם את הפסולת החומרית (לעתים קרובות < 10% מגרד לעומת > 50% עבור machining) ומאפשר הקלה, אשר מפחיתה את צריכת הדלק או מגבירה את טווח EV. Prototyping באמצעות DMLS גם מונע את הפסולת הקשורה עם שינויים בכלי הניסוי והטרור, מה שהופך את התהליך עצמו ליותר בר קיימא.

תקני תעשייה וסיוע

כמו DMLS הופך להיות מוטבע יותר בפיתוח רכב, סטנדרטים עבור תכונות חומריות, הסמכה תהליכים ושיטות הבדיקה יתבגרו. ארגונים כגון ASTM International ו SAE מפתחים קווים מנחים מקיפים (למשל, ASTM F3188 עבור ⁇ מתכת DMLS) אשר יייעלו אימות של חלקי אב-טיפוס ויקל את המעבר לייצור.

מסקנה

Direct Metal לייזר Sintering התפתחה מטכנולוגיית נישה ועד זרם של פרוטונטיזציה מהירה בתעשיית הרכב.היכולת שלה לייצר חלקי מתכת מורכבים, גבוהה סטריאנט ישירות מקבצי פיתוח מקצרים, מפחיתה עלויות לכמויות נמוכות, ומעודדת חדשנות עיצובית כי יהיה בלתי אפשרי עם אתגרים קונבנציונליים - בעוד אתגרים פיתוח גודל, השלמת דרישות פני השטח, ואת הצורך למומחיות DfAMD - במהירות גבוהה יותר, כדי לפתח את החומרים המהירים, אבל לא ניתן יהיה להתמודד עם בעיות רכב במהירות גבוהה יותר, אבל בקרוב, אבל לא זמין, אבל לא יהיה יותר ויותר.

קריאה נוספת ומשאבים

  • (FLT:0)SAE InternationalBuildFLT:1 - סטנדרטים ומסמכים טכניים על ייצור תוספים במכוניות.
  • (FLT:0) 3D הדפסה תעשיית הדפסה 1:1 - חדשות ומקרה מחקרים על יישומי DMLS בפורטוגים והפקה.
  • (ב) ,0) ייצור מדיה מתורבת (DMLS) ו-DMLS תהליך אופטימיזציה ופיתוח חומרי.