Giriş: Kompozit Üretimin Gerçek Maliyetini Analiz Etmek

Üretim yöneticileri ve süreç mühendisleri, kompozit parçalar için bir üretim yöntemi seçerken kritik bir kararla karşı karşıyadır: Bu analiz, el kontenja, vakum torbalama veya otomatik olarak üretim stratejisini her işlemdeki nüksle birleştirebilir.Süre maliyeti, araçlama yatırım, iş gereksinimleri ve üretim ölçeklenebilirliği sağlar. Bu analiz, her işlem senaryolarında hem sermaye hem de operasyonel harcamalar inceleyebilir.

Tedarik Transfer (RTM)

Giyim Transfer ayarı kapalı ve kompresyon, genellikle ön formlarda veya sürekli matlar şeklinde, bir maçlı metal kalıbına yerleştirilir.Parlamento kapatılır ve kompresyon, daha sonra kediye tarafından tasarlanmış limanlar ve koşucular tarafından baskı yapılır.

RTM'nin temel özellikleri şunlardır:

  • [FONT:0) Eşleştirilmiş araç ile yakınlanmış kalıbı – kalıplar genellikle alüminyum veya çelikten makineli, uzun yaşam ve tutarlı termal yönetim sunar.
  • [FONT:0)Denetlenmiş reçine enjeksiyon baskısı [Dönetici: 1- 7 bar), boşluk olmadan tam ıslak-out sağlar.
  • [FONT:0]Short döngüsü zamanları[[Dönemli: 1), reçine kimyasına bağlı olarak, parçalar birkaç saat içinde demoklanabilir.
  • [FONT:0) Düşük kazı oranları[[DÜT 1: 1) - Aşırı reçine en aza indirilir ve fiber takviye tam olarak nerede gerekli olduğu yerleştirilir.

Geleneksel Üretim Yöntemleri: Bir Genel Bakış

Geleneksel kompozit üretim, tek taraflı kalıplara manuel olarak yerleştirilen bir makineyi kapsar. Vakum torbalamalar entrad hava ve konsolidelerdir, ancak yine de yetenekli operatörlere dayanmaktadır. filament rüzgarlama, silindirik veya eksenli parçalar için kullanılırken, otomatik olarak drenaj, yüksek fiber hacimlere ulaşmak için ısı ve baskı uygular.Bu yöntemler deniz, rüzgar enerjisi ve düşük hacimli yüzeylerde yaygın olarak kullanılır.

Ortak özellikler:

  • [FONT:0) Açık veya tek taraflı kalıplar[Dönemli: 1) Araç daha az pahalı ama genellikle sınırlı dayanıklılık vardır.
  • [FONT:0) Yüksek el işçiliği içeriği[[Dönetici: 1) - operatörler pozisyon, ıslak-out ve konsolide fiberler olmalıdır.
  • [FONT:0]Uzun döngü süreleri[[[Dönem: 1)[Dönemli:0)[Düzgeler:))
  • [FONT:0) Yüksek atıklar[[DÜT:1) - Eklem, kırıntı ve çantalı malzemeler verimsizliğe katkıda bulunur.

Detaylı Maliyet Faktör Analizi

Kapsamlı bir maliyet karşılaştırması büyük maliyet kategorilerini bozmalıdır. Aşağıdaki bölümler aracı inceler, malzeme, çalışma, döngü zamanı ve hem RTM hem de geleneksel yöntemler için alt maliyetler.

Maliyetleri Aracı: Önde Yatırım vs. Long-Term Amortization

[FONT:0]RTM aracı [DÜDÜT:1], alüminyum veya araç çeliklerinden sık sık sık CNC makineli bir otomotiv RTM kalıbı, yüksek çözünürlükte 10.000 $ ve 250,000 arasında maliyete mal olabilir, boyuta ve termal kontrol gereksinimlerine bağlı olarak, bu kalıplar minimum bakım ile 10.000+ döngüye katlanır, yüksek hacimler için çok düşük maliyetle yüksek maliyetle yüksek maliyetle yüksek maliyet sağlar.

[FONT:0]Traditional method aracı ([Dönetici:0)Tecrübeden yapılmış bir el çantası, yüksek hacimlere kadar 5.000 $ 4.99. Silikon veya epoxy kalıbına mal olabilir, ancak bu araçlar 100-500 döngüden sonra değiştirilmesini gerektirir.

Örnek:[Dönem:0) 1000 parçadan oluşan bir üretim için RTM, 1 20.000 dolarlık bir kalıp karşılığında $ 120 $ 'a eşit olur. Geleneksel bir kalıp, $ 15'a mal olur, ancak sadece 200 döngüye devam ederse, beş kalıp gerekir, toplam 75,000 $ (yüzde 75 $) ve RTM, orta hacimlerde bile maliyetle rekabet eder.

Malzeme Maliyetleri: Verimlilik ve Atık

[FONT:0]Resin ve takviye.[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜT:0)Resin ve güçlendirilebilir.[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜNÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

[[Düzücük yöntemler[Dönemli yöntemler[Dönemli) el karıştırıp, aşırılık asit uygulaması, % 15-30 oranında soldan oluşan karışımlar için ek malzemelere ihtiyaç duyar, bu eksiltilebilir maliyetler, yağlanmış ragler ve kırılabilirler, genellikle çantalar gibi eksiltmeler, kilo verme ve daha yüksek malzeme maliyetine sahiptir. Autokkkk çevrimleri küçük parçalar için ek malzemelere ihtiyaç duyar.

Pratik bir örnek: 2 kg karbon fiber bisiklet çerçevesini üretin. RTM ile, reçine ve fiber maliyeti sadece 2 dolar kaybıyla 40 $ olabilir. el döşenerek, ham malzemeler 8 $ artı torbalama eksileri ile maliyeti $ 8, ve atıklar 10 - toplam malzeme $ 6 veya% 57 daha fazla.

İş Maliyetleri: Otomasyon vs. Craftsmanlığı

[FONT:0]RTM[DÜDÜDÜT:1), vücut için otomatikleştirici bir çalışma ile doğrudan iş yükünü azaltır, kalıp bakımı ve sürecine bağlı olarak, birden fazla makineyi yönetebilir, sadece kalıp önyükleme, önyükleme yükleme ve parça kesintiye uğramak için iş maliyetinin düşük olması gerekir.İş süresi 3-8 dakikadır.

[FONT:0]Traditional yöntemler[[Dönetici:0]İş amaçlıdır. Eller karmaşık bir bölümün 30 dakikayı birkaç saat yetenekli el işine götürebilir. Vakum çantasını diğer 15-30 dakikalar ekler ve daha fazla iş yükü/yükleme ve izleme daha yüksek ücretler. Tipik bir deniz parçası için, iş maliyeti saatte 50 dolar alabilir ve tek bir parça 2-4 saat sürebilir.

Çevrim zamanı ve Forput

Çevrim zamanı doğrudan üretim kapasitesi ve yük dağılımını etkiler. RTM döngüleri 15 dakikadan fazla değişir (hızlı poliurethane sistemleri) 60 dakika (örneğin,oxy yapısal parçalar) kalıp bir sonraki döngüsü hazırlamak için kapalı kalır.

Geleneksel yöntemler daha uzun ısı ve tedavi döngüleri vardır. El dik-up oda sıcaklığının takip ettiği gibi, RTM çıkışına göre 8-24 saat sürebilir. Vakum torbalama ve fırınlama 2-6 saat ekler. Autoclave çevrimleri yüksek sıcaklık ve basınç 8 saatini aşabilir. Sonuç olarak, tek bir kalıptan geçilir.

İş etkisi: Bir şirketin yılda 10.000 parçaya ihtiyacı varsa, RTM, 250 gün boyunca 16 saat / gün süren üç kalıp boşlukları gerektirebilir. Geleneksel yöntemler 20-30 kalıplara ve daha büyük bir iş gücüne ihtiyaç duyabilir, büyük ölçüde artan bir şekilde artabilir.

Kalite, ikincil Operasyonlar ve Yararlan

RTM, kontrol edilen fiber yönelim ve reçine içeriği ile yakın parçalar üretir. Yüzeyler her iki tarafta da yapılır, jel ceketleri veya ikincil kumlama için gerekli olan ölçüm oranı yüksektir, %2'nin altında kalınlıkta varyasyon katsayısı ile (tipik olarak <1%) mekanik özellikler öngörülebilirdir.Rework ve scrap oranları genellikle% 2-5% arasındadır.

[FONT:0]Traditional yöntemler[[Dönetici: 1 ) Genellikle ikincil operasyonlar gerektirir: kenarlar, pin- deliği doldur, jel ceketini ücretsiz yüzeye uygulayın ve sınıf-A bitirmeyi elde etmek için kumlama.Mutfaklar gibi, kuru noktalar ve delaminasyonlar daha yaygındır, özellikle el elektrü oranları karmaşık parçalar için% 10-20'ye ulaşabilir.

Bu alt akım maliyetleri toplam maliyet resmine faktörlenmelidir. Geleneksel üretimdeki hatalı bir kısmın onarımı orijinal üretim maliyetinin% 30-50'sine mal olabilir. RTM'de, kusurları nadir ve sık sık tespit edilir (örneğin, reçine akış profillerini izlemek).

Break- Even Analysis: RTM Ekonomik Olarak Ne Zaman Olabilir?

Bir üretici için en kritik soru şudur: üretim hacminin RTM'nin düşük per-part maliyetinin daha yüksek ilk yatırımını dengelemesi nedir? Basitleştirilmiş bir mola modeli inşa edilebilir:

  • LetFLT:0)I), geleneksel yöntem üzerinde RTM aracı ve ekipman için artan sermaye yatırımıdır.
  • LetFLT:0)V[DÜT:1) Tasarruflar[Dönetici:2]) RTM tarafından elde edilen per-part maliyet tasarrufu (mal + iş + iş + yüksek) olarak kullanılabilir.
  • Break-even volumeur:0)N) = I / V) Tasarruflar).

Örneğin, RTM 200,000 daha fazla araç ve ekipman gerektirir ancak iş yerinde 20 dolar tasarruf eder ve kullanılabilirlik, kırılabilir tabakalar ve 10.000 parçadan oluşur.Bu hacimde, geleneksel yöntem toplam maliyetin 50-100'ü aşabilir. büyük iş tasarrufu ile parçalar için (örneğin, yüksek miktardaki karmaşık şekiller) V)

Otomotiv endüstrisindeki gerçek dünya senaryoları RTM'nin yıllık 5.000-15,000 parça orta ölçekli yapısal bileşenler için maliyetle azaltıldığını gösteriyor.Uygunda, hangi kısım sertifikasyon maliyetleri yüksek, RTM'nin tekrarlanabilirliği genellikle yılda 500-1.000 parçaya mal oluyor.

Scalability and Production Flexability

RTM'nin kapalı, otomatik doğa net ölçeklenebilir avantajları sunar. Üretim kapasitesi ek kalıp boşlukları ve enjeksiyon birimleri doğrudan iş başına minimum artışla elde edilir. Süreç robotik preform yerleştirme ve otomatik kesme ile yalın üretim hücrelerine entegre edilebilir. Geleneksel yöntemler, aksine, daha fazla operatörler ve iş istasyonları ekleyerek, doğrusal olmayan işgücü maliyeti artışlarına yol açan.Eğitim yeni laminatlar ve enjeksiyon birimleri.

Ancak, geleneksel yöntemler daha büyük bir şekilde sunulmaktadır:0) Aydınlatma işlemi için tasarım değişiklikleri, düşük hacimli prototipler ve hızlı bir şekilde geri dönüş. Yeni bir parça şekli, daha sonra nispeten ucuz kalıptan yapılmış olabilir, RTM aracı sık sık tasarım iterasyonları (örneğin, özel deniz parçaları), geleneksel yöntemler çekici kalır.

Endüstri örnekleri ve Vaka Çalışmaları

Otomotiv: Yapısal Battery Enkürleri

Bir otomotiv katmanı-1 tedarikçi RTM vs. el çantasında bir karbon fiber batarya muhafazası için (1.000 birim / yıl) El, yaklaşık 20 saat iş ve% 25'lik bir miktar tasarruf maliyetiyle, toplam% 40'a kadar azaldı. RTM, toplam sahip olma maliyetinin yüzde 45'e düştü ve her yıl $ 4,000 $ 'a kadar azaldı.

Havacılık: Kabin Brackets

Bir havacılık üreticisi, bir iş jet programı için yılda 300 tane para kazanmıştı. Geleneksel otoklavel ön süreç tutarlı parçalar üretti ancak pahalı araçlama (taraflı metal) ve uzun otomatikklavuz döngüleri. RTM daha düşük maliyetli alüminyum kalıp ve son derece otomatik olarak otomatikleştirilmiş bir maliyet azaltımı ile% 20 ve döngü süresi 8 saate kadar azaltıldı.

Enerji tüketimi ve sürdürülebilirlik

Çevre maliyeti giderek artan üretim kararları parçasıdır. RTM süreçleri genellikle 180°C'ye kadar daha az enerji tüketiyor ve döngüsünde 50-200 kWh tüketiyor. RTM ayrıca 1-2 saat boyunca 80-120°C'ye kadar, 5-10 kWh'yi tükettiriyor. Autoklavel döngüsü, tüm baskı gemisini 180°C'ye kadar ısıtmalı ısıtıyor ve döngüsüne baskı yapıyor. RTM ayrıca daha az hava ilerleyici ve organik bileşikler üretiyor çünkü reçine yer alıyor.

Geleneksel el ortaya koymak, küçük doğrudan enerji kullanır, ancak uzun oda sıcaklığı tedavi süreleri zemin alanı ve iklim kontrolüne bağlanır, dolaylı enerji maliyetleri ekliyor. Genel olarak, RTM üretim hacmi yılda birkaç yüz parça daha yüksek olduğunda sürdürülebilirlik ölçümlerine daha yüksek puanlar.

Ticaret: Malzemeler ve Yaşam

RTM malzeme seçimi etkileri maliyeti. Yumuşak araçlama (aluminum, Kirksite) daha az maliyetlidir, ancak bir parça için daha ucuz ahşap desenleri ile çalışır (P20 çelik, 4140), 50.000 döngüyü aşabilir, ancak 2-3 kez daha fazla maliyetle beklenen kısım üretime bağlıdır.

Gizli Maliyetler: Kat Uzay, Teşvik ve Kalite Güvencesi

RTM'nin kompakt ayak izi - kalıp basın, enjeksiyon ünitesi, preform istasyonu - zemin alanı verimli bir şekilde kullanır. Geleneksel yöntemler büyük oturma odaları gerektirir, kurutma makinesi, otomatik sular ve miktarlar için depolama sağlar. Kat uzay maliyetleri (şimdi, hizmetler) toplam maliyetinin% 10-20'unu bir kısmını geleneksel üretimde ilave edebilir.

Kalite güvencesi başka gizli bir faktördür. RTM süreçleri gerçek zamanlı izleme için eski sensörler (basın, sıcaklık, reçine gelişi) dahil edebilir, yıkıcı testleri azaltır. Geleneksel yöntemler genellikle halka arz başına tam kupon testleri gerektirir, QA maliyetlerin% 2-5% oranında artacaktır.

Karar Çerçeve: Bir Süreç Seçilmeden Önce Anahtar Sorular

Maliyet analizine rehberlik etmek için, şirketler bu soruları cevaplamalıdır:

  • [FONT:0) beklenen yıllık üretim hacmi nedir? 1.000 parçanın altında, geleneksel yöntemler genellikle 5.000'in üzerinde kazanır.
  • [FONT:0) Bölüm karmaşıklığı ve boyut toleransları nelerdir? Dar toleranslar ve çift taraflı bitirme tercih RTM.
  • [FONT:0) Birçok tasarıma neden oluyor?) Tasarım değişiklikleri sık sıkılırsa, yüksek ilk araç maliyetlerinden kaçınır.
  • [FONT:0) Mevcut sermaye bütçesi nedir? RTM daha büyük yatırım gerektirir; kiralama ekipmanlarını veya paylaşılan araçları dikkate alır.
  • [FONT:0] İş pazarı yetenekli laminatlar için ne?) Yüksek iş maliyetleri veya kompozit teknisyenlerle bölgelerde RTM'nin otomasyonu açık bir avantaj sağlar.
  • [FONT:0] Çevre düzenlemeleri var mı?) RTM, styrene emisyonlarını azaltır ve kapalı-facillik operasyonlarına uyum sağlayabilir.

Maliyet Yapısında Bölgesel Variations

Üretim maliyetleri küresel olarak değişir. Kuzey Amerika ve Batı Avrupa'da yetenekli işgücü maliyetleri 30–60 / saat, RTM'nin otomasyonunu özellikle cazip hale getirebilir. Daha düşük işgücü oranları (örneğin, 5-10 / saat), geleneksel yöntemler daha yüksek hacimlere rekabetçi kalabilir.

RTM ve geleneksel yöntemler arasındaki çizgi, otomatik fiber yerleştirme (AFP) ve robotik ön bilgilendirme RTM'yi karmaşık geometriler için daha da maliyetle etkisiz hale getiriyor. Flex RTM teknolojileri (e.g. T-RTM, HP-RTM) yüksek çözünürlükte 2-5 dakikaya kadar azaltıyor: Geleneksel yöntemler aynı zamanda maliyetleri dengelemek için vakum destekli birleştirici (VARTM) her iki yönde bir araya getiriyor.

Sonuç: İş Stratejisi ile Aligning Process Choice with Business Strategy

Her biri maliyet-volume-performasyon alanında farklı bir pozisyon işgal eder. RTM yüksek üretim hacminin, sıkı toleransların ve düşük per-unit maliyetinin önemli olduğu yerlerde, otomotiv, havacılık üretimi ve tüketici ürünlerinin tipik bir şekilde işlenmesini sağlar. Geleneksel yöntemler, düşük hacimli uzmanlık ürünleri için vazgeçilmez kalır ve araçlama maliyetinin en aza indirgenmesi gereken uygulamalar.

Daha fazla bilgi için, nicel maliyet modelleri ve karşılaştırmalı çalışmalar hakkında, bkz.Ücretsiz üretim teknolojilerinin , DÜŞÜNCÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ