4 voordelen van lichtgewicht

Omdat milieuzorg steeds belangrijker wordt voor consumenten, verschuiven veel marktsectoren naar een groter energiebewustzijn en duurzaamheid. Hoewel oplossingen zoals hernieuwbare energiebronnen, elektrische voertuigen en duurzame materialen vaak veel media-aandacht krijgen, spelen praktijken zoals lichtgewicht, hoewel minder opzichtig, een sleutelrol bij het stimuleren van marktbrede verschuivingen naar meer energie-efficiëntie.

De term "lichtgewicht" kan verwijzen naar het verwisselen van traditioneel gebruikte materialen voor lichtere materialen, het verminderen van de werkelijke hoeveelheid gebruikt materiaal en/of het optimaliseren van het ontwerp van een onderdeel of systeem voor een combinatie van deze praktijken. Lichtgewicht kan productteams in staat stellen om het gewicht en het materiaal dat nodig is voor een onderdeel - of een heel systeem, zoals een auto - te verminderen met behoud van belangrijke functionele vereisten. Dit kan grote kostenbesparingen opleveren voor zowel fabrikanten als consumenten, terwijl het vaak ook de energie-efficiëntie en zelfs de functionaliteit van het eindproduct verbetert.

De auto- en lucht- en ruimtevaartindustrie gebruiken al tientallen jaren lichtgewicht om de massa van voertuigen te verminderen en de brandstofefficiëntie te verbeteren zonder in te boeten aan kritieke functies of veiligheid. De dwarsdoorsnede van een I-balk, vaak gebruikt in de bouwsector, is een ander voorbeeld van lichtgewicht in actie. De vorm van de dwarsdoorsnede zorgt voor maximale buig- en torsiesterkte terwijl de hoeveelheid benodigde materiaal wordt geminimaliseerd.

Door lichtgewichttechnieken op te nemen in bestaande ontwerpprocessen en -methodologieën, kunnen productteams tastbare voordelen zien in een breed scala aan onderdeeltoepassingen. Enkele van de belangrijkste voordelen van lichtgewicht zijn:

1. Materiaalbesparing en verminderde ecologische voetafdruk

Lichtere onderdelen hebben doorgaans lagere materiaalkosten dan hun niet-lichtgewicht tegenhangers en kunnen minder energie vergen om te produceren. Het verminderen van het materiaalverbruik biedt ook voordelen voor het milieu, aangezien het gebied van additive manufacturing nog niet volledig recyclebaar is (hoewel sommige materialen kunnen worden hergebruikt). Generatief ontwerp en topologie-optimalisatie bieden verschillende manieren om lichtgewicht te bereiken met additieve fabricage en kunnen het ontwerp mogelijk maken van bijna optimale onderdelen die de minimale hoeveelheid vereist materiaal gebruiken.

2. Grotere brandstofefficiëntie

Hoewel lichtere onderdelen vaak wenselijk zijn in de techniek, zijn ze vooral waardevol in de automobielindustrie, waar een gewichtsvermindering van 10% kan leiden tot een brandstofbesparing van 6-8%.

Lucht- en ruimtevaartfabrikanten zullen ook profiteren; onderzoekers hebben ontdekt dat het lichter maken van treinwagons meer energiebesparing oplevert dan met auto's, en vliegtuigen kunnen profiteren van tot 100 keer meer lichtgewicht dan treinwagons. Verder kan het intelligent gebruik van minder materiaal productteams in staat stellen de sterkte-gewichtsverhouding van onderdelen te vergroten, wat ongelooflijk belangrijk is voor vliegtuigen.

3. Uitgebreide materiaalopties

In veel gevallen beperken de dichtheid en het gewicht van een anders wenselijk materiaal de keuzes die beschikbaar zijn voor productteams. Intelligent lichtgewicht maken door middel van een methode zoals traliewerk kan echter de mogelijkheden vergroten van materialen die anders niet zouden werken voor een bepaalde toepassing. Het resultaat kan een lagere effectieve onderdeeldichtheid en zelfs gewijzigde mechanische bulkeigenschappen zijn. Hierdoor kunnen productteams profiteren van materialen met gewenste chemische, thermische, esthetische en mechanische eigenschappen.

4. Verbeterde prestaties

Door lichtgewicht te combineren met strategische ontwerpkeuzes kunnen de prestaties van onderdelen worden verbeterd. Het gebruik van roosterstructuren voor lichtgewichten kan bijvoorbeeld zowel het voordeel hebben dat het gewicht vermindert als de mogelijkheid biedt om het schokabsorptiegedrag te verbeteren en aan te passen.

Belangrijkste overwegingen voor lichtgewicht

Bij het lichtgewichten is het belangrijkste om in gedachten te houden dat kritieke componenten niet mogen worden aangetast. Het is essentieel voor productteams om duidelijk te definiëren wat wel en wat niet essentieel is voor de functionaliteit van hun onderdelen voordat ze beginnen.

Lichtgewicht is meestal het meest effectief wanneer het wordt toegepast op zware, stijve en overbouwde onderdelen. Als materiaalkosten of gewicht geen probleem zijn, of als beide al bijna optimaal zijn, dan is lichtgewicht misschien niet de moeite waard of noodzakelijk. Van daaruit zullen materiaaleigenschappen zoals stijfheid, sterkte-gewichtsverhouding, treksterkte en andere kenmerken helpen bij het bepalen van de ideale materialen en geometrieën voor het lichtgewicht maken van een bepaald onderdeel of component.

Er moet ook rekening worden gehouden met de geometrie van het onderdeel, omdat dit de levensvatbare productiemethoden zal beperken. Eenvoudige componenten die zijn ontworpen met generatief ontwerp, kunnen soms worden bewerkt of met urethaan worden gegoten, maar complexere ontwerpen vereisen andere oplossingen.

Roosters zijn bijvoorbeeld een uiterst effectieve ontwerpoplossing voor lichtgewichten, maar hun ingewikkelde onderdeelgeometrieën kunnen over het algemeen niet worden bewerkt. Gelukkig stellen additieve productieprocessen zoals HP Multi Jet Fusion (MJF) productteams in staat geometrisch complexe componenten te maken van verschillende materialen zoals Polyamide 12 (PA 12) — wat zorgt voor superieure sterkte en geometrische flexibiliteit. Het is belangrijk op te merken dat roosters de oppervlakte-tot-volumeverhouding van onderdelen drastisch verhogen, wat de levensduur of duurzaamheid van het onderdeel kan beïnvloeden als productteams werken met materialen die snel oxideren, zoals niet-roestvrij staal.

Veiligheid is een andere belangrijke overweging als het gaat om lichtgewicht. Veel massieve onderdelen bieden meer van hun gewenste eigenschappen dan nodig is - een onderdeel kan bijvoorbeeld 100 keer zo stijf zijn als nodig is. De eliminatie van materiaal via lichtgewicht kan bijvoorbeeld de stijfheid van hetzelfde onderdeel verminderen tot 25 keer wat nodig is (of een ander kleiner veelvoud).

Hoewel het onderdeel nog steeds levensvatbaar is, hebben productteams minder speelruimte als het gaat om het waarborgen van veiligheid en naleving. Als zodanig kan lichtgewicht van invloed zijn op hoe het onderdeel presteert onder extreme omstandigheden - dus productteams moeten hier altijd rekening mee houden.

De effectieve oplossing voor het lichter maken van onderdelen

Door strategisch materiaal van onderdelen en componenten te verwijderen om hun totale gewicht te verminderen, kunnen fabrikanten profiteren van een aantal bijkomende voordelen, waaronder een grotere efficiëntie van onderdelen, aanzienlijke kostenbesparingen en uitgebreide materiaalkeuzes.

Hoewel het in het verleden werd gebruikt om de brandstofefficiëntie van voertuigen te verbeteren, profiteren meer marktsectoren dan ooit van de praktijk - in feite wordt verwacht dat de markt voor lichtgewicht materialen tegen 2023 $ 243 miljard waard zal zijn. Vooral de markt voor verpakte consumentengoederen kan profiteren van lichtgewicht maken — en mogelijk zelfs helpen bij het ondersteunen van doelen zoals het verminderen van het gebruik van plastic voor eenmalig gebruik.

Het proces van lichtgewicht maken kan echter een hoge mate van technische expertise vereisen - wat betekent dat productteams die kosten willen besparen en de efficiëntie willen maximaliseren door lichtgewichten, er goed aan doen om samen te werken met een team van ervaren ontwerpers en ingenieurs zoals die van Fast Radius.

Ons team van experts staat klaar om productteams te helpen bij het vinden van de meest efficiënte, betaalbare en betrouwbare methoden om het onderdeel te produceren dat ze in gedachten hebben. Van ontwerp tot uitvoering, Fast Radius is de vertrouwde oplossing voor alle on-demand productiebehoeften. Neem vandaag nog contact met ons op om aan de slag te gaan.

Ontdek meer over de verschillende materialen die beschikbaar zijn voor gebruik bij processen zoals CNC-bewerking, kunststofspuitgieten en meer in het Fast Radius-resourcecentrum.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?