Wat ging er mis met 3D-printen en waarom is er nu geen stem?

3D-printen werd vele jaren geleden de nieuwe industriële revolutietechnologie genoemd, dus waarom wordt de stem over 3D-printen nu stiller? Is 3D-printen echt een technologie die de industriële trend kan leiden? Wat belemmert de mogelijkheid van 3D-printen om grootschalige productie te realiseren?

Definitie van 3D-printen

3D-printen, ook wel bekend als "Additive Manufacturing “, is een opkomende rapid prototyping-technologie. In tegenstelling tot traditionele subtractieve productieprocessen, is 3D-printen een technologie waarbij materialen laag voor laag worden gedeponeerd of gehecht om driedimensionale objecten te construeren op basis van gegevensontwerpbestanden.

3D-printtechnologie in de moderne zin werd halverwege de jaren tachtig in de Verenigde Staten geboren. Charles Hull (oprichter van 3D Systems) en Scott Crump (oprichter van Stratasys) zijn pioniers op het gebied van 3D-printtechnologie.

Eind jaren tachtig en begin jaren negentig ontwikkelde een groep kleine en middelgrote Amerikaanse technologiebedrijven, vertegenwoordigd door 3D Systems en DTM, achtereenvolgens stereolithografie (SLA) , selectief laser sinteren (SLS) en fuse deposition modeling (FDM) . en andere reguliere technische routes, na meer dan 20 jaar neerslag en voortdurende verbetering, is het steeds volwassener geworden.

Het grootste verschil tussen 3D-printen en traditionele productie ligt in het proces van het vormen van producten. Bij traditionele productie moet het hele productieproces over het algemeen door het proces gaan van het openen van de mal, gieten of smeden, snijden en samenstellen van componenten. 3D-printen elimineert het gecompliceerde proces, geen schimmel, eenmalig gieten. Daarom kan 3D-printen sommige ontwerpen overwinnen die niet kunnen worden bereikt in traditionele productie en complexere structuren maken.

Waarom heeft 3D-printen geen massaproductie bereikt?

De reden waarom met 3D-printen geen grootschalige productie kan worden bereikt, is dat de voorwaarden voor grootschalige productie nog niet aanwezig zijn. En de 3D-printer is in wezen een enkele machine, het is een manier van de bestaande industrieketen, geen direct integratiesysteem voor productiemogelijkheden.

In feite heeft de 3D-printtechnologie 20 of 30 jaar geleden producten kunnen maken van materialen zoals hars. In de afgelopen jaren is het scala aan materialen dat kan worden verwerkt door 3D-printen uitgebreid met metalen materialen (laser-sintertechnologie) en heeft het met succes procestechnologieën gereorganiseerd die decennia geleden bestonden, zoals het combineren van informatietechnologie, laserstralen, enz. oppervlaktebewerking van producten of onderdelen en additieve fabricage.

Maar wat de huidige ontwikkeling betreft, is de ontwikkeling van 3D-printtechnologie afhankelijk van de continue verbetering van de kwaliteit van belangrijke componenten zoals lasers en elektronenkanonnen.

De toepassing van 3D-printen in de industrie

In industriële productie zijn de belangrijkste toepassingen van 3D-printers twee.

1. Sommige onderdelen of eindproducten met complexe structuren zijn voornamelijk eindproducten met hoge precisie-eisen en procesdetails, inclusief kleine onderdelen en grote componenten.

Dat wil zeggen, de meeste 3D-printtechnologieën kunnen structurele geometrische beperkingen doorbreken. En daarom wordt bij de verwerking van grootschalige componenten van bepaalde structuren niet alleen de procesmoeilijkheid verminderd in vergelijking met de traditionele, maar ook de kosten.

Bijvoorbeeld, de zogenaamde Laser Additive Manufacturing, traditioneel is het rompframe van de F-22 gemaakt van smeedstukken van een titaniumlegering. Dankzij de superpositietechnologie van LAM bespaart het 90% op zeer dure grondstoffen en vereist het geen speciale productie. Voor mallen hebben de verwerkingskosten, die oorspronkelijk gelijk waren aan 1 ~ 2 keer de materiaalkosten, nu slechts 10% van het origineel nodig. Er wordt ruwweg geschat dat de kosten van het verwerken van een complexe structuur van een titaniumlegering van 1 ton ongeveer 25 miljoen yuan bedragen, en de kosten van LAM zijn slechts veel lager dan die van het traditionele proces.

2. Nood- of snel te vervaardigen producten voor bepaalde industrieën.

De eenvoudigste is militair, waarbij het mechanische onderhoudsteam enkele afgewerkte producten ter plaatse kan verwerken om het onderhoud van het mechanische platform in noodsituaties te garanderen.

In de meeste gevallen, nadat landgevechtstanks en gepantserde voertuigen zijn beschadigd, wordt meer dan een bepaald percentage direct verlaten vanwege kostenredenen. 3D-printen kan deze problemen natuurlijk oplossen tijdens de mars, wanneer de logistiek krap is, om nog maar te zwijgen van de snelle productie van sommige benodigdheden.

De bekendste op medisch gebied is bijvoorbeeld het gebruik van 3D-printen om zeer nauwkeurige modellen af ​​te drukken om de behandeling te ondersteunen. Stratasys Solidoodle 2 kan bijvoorbeeld worden gebruikt om modellen van inwendige organen of weefsels van patiënten af ​​te drukken om te helpen bij het formuleren van nauwkeurige chirurgische plannen. Zonder de noodzaak voor externe ledematen die compatibel zijn met biologisch weefsel, maakt medisch 3D-printen diepgaande aanpassingen mogelijk.

In vitro medische hulpmiddelen zijn onder meer medische modellen, medische hulpmiddelen zoals protheses, gehoorapparaten, sjablonen voor kaakchirurgie, enz. Volgens statistieken van de Amerikaanse organisatie Amputee Coalition gebruiken momenteel ongeveer 2 miljoen mensen in de Verenigde Staten 3D-geprinte protheses.

Redenen waarom 3D-printen niet kan schalen

1. De efficiëntie van het productiemodel

De efficiëntie van het geïntegreerd gieten van monomeren is zeker niet vergelijkbaar met de efficiëntie van "geclassificeerde onderdelenverwerking + assemblage in de industrie", omdat deze laatste de productiecapaciteit van het hele fabricagesysteem en de verwerking van halffabrikaten en sortering kan de efficiëntie van het proces verbeteren. Voor bijna de hoogste staat het gelijk aan de vorming van een lopende band in de hele industrie.

Met het geïntegreerde gieten van de enkele behuizing ligt de workflow echter volledig vast en kan een dergelijk industrieel effect niet worden gevormd, en de huidige 3D-printerbehuizing is niet bestand tegen langdurige belastingen met hoge intensiteit. Bovendien zijn de onderhoudskosten en de moeilijkheidsgraad van de productie van één machine veel hoger dan bij het traditionele proces om de industriële keten gelijkmatig te spreiden.

2. Toepasbaarheid van 3D-printmaterialen

De eerste is het procesprobleem dat wordt veroorzaakt door de materiaaltoepassing.

Omdat er vooraf speciale metaalpoeders gemaakt moeten worden; de dichtheid van gedrukte metalen producten is laag, tot 98% van de dichtheid van gietstukken, en in sommige gevallen lager dan de mechanische eigenschappen van smeedstukken, natuurlijk in sommige componenten, zoals grote onderdelen van titaniumlegeringen (zoals de relatief hete luchtvaartindustrie) kan volledig voldoen aan de mechanische eigenschappen, maar de algemene situatie is discutabel; sommige gedrukte producten hebben een slechte oppervlaktekwaliteit en een nauwkeurigheid van 2-10 m, wat nabewerking vereist, zoals slijpen en polijsten; Ondersteunend materiaal is moeilijk te verwijderen bij het 3D-printen van onderdelen met complexe gebogen oppervlakken.

3. Hogere kosten dan traditionele CNC-bewerkingen

Deze kosten zijn natuurlijk voornamelijk te wijten aan de onderhoudskosten van de enkele machine die lange tijd onder hoge belasting draait, zoals eerder vermeld, wat resulteert in de hoge kosten van grootschalige productie.

Daarnaast zijn er de materiaalkosten. Het model van diepe aanpassing van het onderdeeltype is eigenlijk geen goedkoop productiemodel met een brede markt.

Zal 3D-printen ook de productie verstoren?

3D-printen kan geen reguliere productiemethode worden vanwege het onvermogen om massaproductie te bereiken. Maar dit betekent niet dat 3D-printen in de toekomst geen beter onderdeel van verwerking en een nieuwe trend in productverwerking zal worden.

Het belangrijkste probleem is nu dat de huidige 3D-printindustrie het markttype en de doelgroep van haar producten nauwkeurig moet lokaliseren en de markt binnen de industrie moet promoten. Additive manufacturing moet een nieuwe wereld ontwikkelen op zijn eigen nieuwe terrein. Dat wil zeggen, de voordelen en concepten van volledige additive manufacturing, het ontwikkelen van hun eigen gepatenteerde toepassingen en markten.