Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> 3d printen

Metalen onderdelen lichter maken met 3D-printen op metaal

Het maken van lichtgewicht metalen onderdelen is de heilige graal voor hoogwaardige industrieën zoals de auto- en ruimtevaartindustrie. Daarom streven fabrikanten er voortdurend naar om nieuwe manieren te vinden om lichtere metalen onderdelen te ontwerpen en te produceren met verbeterde prestaties van onderdelen. 3D-printen , met zijn vermogen om complexe ontwerpen te maken, zou de oplossing kunnen zijn voor de groeiende behoefte aan lichtgewicht metalen componenten.

Waarom streven fabrikanten naar lichtgewicht metalen onderdelen?

Industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart en de auto-industrie staan ​​voor de uitdaging om het brandstofverbruik te optimaliseren, de productiekosten te verlagen en te voldoen aan strenge wettelijke normen voor schadelijke emissies. Lichtgewicht, het lichter maken van onderdelen, is een oplossing om deze uitdagingen het hoofd te bieden.

Lichtere onderdelen betekenen lichtere voertuigen en vliegtuigen, wat resulteert in minder brandstofverbruik en minder uitstoot. Het lichter maken van metalen is moeilijk te bereiken met traditionele productiemethoden vanwege de langere doorlooptijden en het ontbreken van een economisch haalbare manier om complexe geometrieën te produceren. Hoge materiaalverspilling en gereedschapskosten (in het geval van spuitgieten) zijn ook belemmerende factoren.

3D-printen:de metalen lichtgewicht oplossing



Een 22 verzenden -Ton vliegtuiglading in Low Earth Orbit kost $62 miljoen — bijna $ 3.000 per kilo — volgens onderzoek uitgevoerd door 3D Systems. Aangezien elke kilogram die van het totale gewicht van een vliegtuig wordt verwijderd, zich vertaalt in kostenbesparingen, wordt gewichtsproductie daarom een ​​topprioriteit. Evenzo, hoe lichter het onderdeel, hoe minder materiaal er is gebruikt om het te produceren, wat opnieuw de productiekosten verlaagt.

3D-printen is een productietechnologie waarbij onderdelen laag voor laag worden gemaakt, waarbij alleen materiaal wordt gebruikt waar dat nodig is. In tegenstelling tot traditionele productietechnieken, maakt 3D-printen van complexiteit een troef, waardoor de mogelijkheid wordt gecreëerd om op kosteneffectieve wijze lichtgewicht, complexe metalen onderdelen te vervaardigen.

Behalve dat het de meer kosteneffectieve optie is voor het produceren van lichtere metalen onderdelen, is het 3D-printproces doorgaans sneller dan traditionele productieprocessen. Additive manufacturing is een technologie zonder gereedschap en maakt onderdelen rechtstreeks uit digitale bestanden, waardoor het fabricageproces aanzienlijk wordt versneld.

Normaal gesproken worden poederbedfusieprocessen gekozen om lichtere metalen componenten te produceren. Met behulp van een laser worden lagen metaalpoeders aan elkaar versmolten, waardoor geometrisch complexe lichtgewicht constructies kunnen worden geproduceerd.

Hoe kan 3D-printen metalen onderdelen lichter maken?


Geavanceerde ontwerpsoftware gebruiken
Succesvol gebruik maken van 3D-printen om lichtgewicht onderdelen te maken begint altijd bij het ontwerp. Dankzij de ontwerpvrijheid die 3D-printen biedt, kan de technologie naadloos worden gekoppeld aan geavanceerde ontwerpsoftware, waaronder generatief ontwerp, topologie-optimalisatie en roosterbouwsoftware, om er maar een paar te noemen.

Het gebruik van geavanceerde algoritmen, topologie-optimalisatie en generatieve ontwerptools helpen om de geometrie en materiaalverdeling van een onderdeel te optimaliseren. Door het materiaal op plaatsen toe te voegen of te verwijderen, gedefinieerd door een reeks parameters, stellen deze tools ingenieurs in staat om eindeloze ontwerpopties te verkennen en de best mogelijke lichtgewicht structuur van een bepaald onderdeel te vinden.

General Motors bijvoorbeeld gebruikt deze geavanceerde technologieën al om voertuigmodellen te maken met een gemiddelde gewichtsreductie van meer dan 150 kg per voertuig.


In een ander voorbeeld is een verbluffende gewichtsvermindering van 70% bereikt met een topologisch geoptimaliseerde, 3D-geprinte titanium beugel voor GE Aircraft. Met behulp van Frustum's Generate topologie-optimalisatiesoftware konden ingenieurs de meest efficiënte materiaalverdeling binnen de beugel bepalen om aan de prestatie-eisen te voldoen.

Ontwerpoptimalisatie betekent ook dat het aantal onderdelen ook kan worden verminderd. Door meerdere structurele componenten in één te combineren, kan een lichter, efficiënter onderdeel worden geproduceerd. Airbus heeft het A380-vliegtuig al uitgerust met een 3D-geprint titanium actuatorkleppenblok, dat 35% minder weegt dan traditioneel vervaardigde tegenhangers, en uit minder onderdelen is gemaakt.

Het toepassen van interne roosterstructuren is een andere ontwerpbenadering om het gewicht van een metalen onderdeel te verminderen. Niet-structurele massieve metalen onderdelen zijn de ideale use case om ze opnieuw te ontwerpen met traliewerk, waardoor ze lichter worden terwijl de volledige functionaliteit behouden blijft.

Materialen gebruiken voor verbeterde eigenschappen
Nieuwe materialen voor 3D-printen zijn voortdurend in ontwikkeling, wat de grenzen verlegt van wat kan worden bereikt met metalen lichtgewicht. Scalmalloy is een goed voorbeeld:Scalmalloy, ontwikkeld door APWorks, is een metaalpoederlegering die de lichtheid van aluminium combineert met bijna dezelfde specifieke sterkte en vervormbaarheid van titanium. De hoge sterkte-gewichtsverhouding van Scalmalloy maakt dit materiaal bijzonder gewild in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie, waar het kan worden gebruikt om lichtgewicht maar zeer sterke functionele componenten te produceren.

Metal Matrix Composites (MMC) tonen ook een grote belofte voor het lichter maken van metalen. MMC's zijn composietmaterialen die bestaan ​​uit metaal en een ander metaal of keramiek en organische verbindingen. Hoewel MMC's nieuwe materialen zijn in additive manufacturing, zou de technologie nieuwe mogelijkheden kunnen bieden voor het produceren van onderdelen met deze hoogwaardige lichtgewicht materialen, met een hoge sterkte en stijfheid. Zo ontwikkelt Elementum3D een metaal-keramisch composiet speciaal voor het 3D-printen van metaal. Dit materiaal zal in staat zijn om sterke, lichtgewicht, hittebestendige metalen onderdelen te produceren, zoals onderdelen voor ruimtevaart of automotoren.

De groeiende waarde van metalen lichtgewicht




Het succesvol 3D printen van metalen onderdelen vereist kennis over de mogelijkheden en beperkingen van metaal AM-technologieën en materialen. De belangrijkste uitdaging is daarom het heroverwegen van traditionele benaderingen van ontwerpen en in plaats daarvan specifiek ontwerpen met de behoeften van additive manufacturing in gedachten.

Terwijl de zoektocht naar lichtgewicht metalen aan kracht wint, hebben fabrikanten in high-performance industrieën de taak om de concurrerende doelen van maximale sterkte en prestaties te balanceren en tegelijkertijd het gewicht van onderdelen te minimaliseren.

3D-printen biedt een ideale oplossing om deze doelen in evenwicht te brengen, vooral in combinatie met geavanceerde ontwerpsoftware en materialen. Toegegeven, we zijn nog maar net begonnen met het ontdekken van wat mogelijk is met 3D-printen van metaal. De mogelijkheid om lichtgewicht onderdelen te maken met kortere doorlooptijden en tegelijkertijd de productiekosten te verlagen, stelt fabrikanten in staat om de vruchten te plukken van het op de markt brengen van betere, lichtere en efficiëntere producten.

Meer van dit soort
Ontwerpoverwegingen voor 3D-printen van metaal
5 veelvoorkomende problemen met 3D-printen in metaal - en hoe ze op te lossen


3d printen

  1. Ondersteunende structuren voor 3D-printen met metaal — een eenvoudigere aanpak
  2. Een inleiding tot 3D-printen met selectief lasersinteren
  3. De zekering 1 afdrukken met de zekering 1
  4. 3D-printen met zeer sterk materiaal – composiet koolstofvezel-nylon
  5. Metalen 3D-printtoepassingen (deel 2)
  6. Metalen 3D-printtoepassingen (deel 1)
  7. Webinar:sterke 3D-geprinte onderdelen printen met Eiger
  8. 3D-printen klaar voor productie met Onyx
  9. 3D-printtrends 2019
  10. Infographic:wanneer 3D-onderdelen printen met metaal of sterke composieten
  11. Ontwerptips voor Direct Metal Laser Sintering 3D Printing