Waarom 3D-printen de industrie niet meer domineert: Uitdagingen en toekomstperspectief

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

Definitie van 3D-printen

3D-printen, ook bekend als Additieve Productie, is een opkomende snelle prototyping-technologie. In tegenstelling tot traditionele subtractieve productieprocessen, is 3D-printen een technologie waarbij materialen laag voor laag worden aangebracht of gelijmd om driedimensionale objecten te construeren op basis van data-ontwerpbestanden.

3D-printtechnologie in de moderne zin werd in de Verenigde Staten in de midden jaren '80 geboren. Charles Hull (oprichter van 3D Systems) en Scott Crump (oprichter van Stratasys) zijn pioniers in 3D-printtechnologie.

In de late jaren '80 ontwikkelde een groep kleine en middelgrote Amerikaanse technologiebedrijven, vertegenwoordigd door 3D Systems en DTM, achtereenvolgens stereolithografie (SLA), selectieve lasersintering (SLS) en smeltdepositiemodellering (FDM). en andere hooftechnische routes, na meer dan 20 jaar neerslag en continue verbetering, is het steeds volwassener geworden.

Het grootste verschil tussen 3D-printen en traditionele productie ligt in het proces van het vormen van producten. In traditionele productie moet het gehele productieproces doorgaans het proces van mouldopenen, gieten of smeden, snijden, en componentmontage doorlopen. 3D-printen elimineert het ingewikkelde proces, geen mould, eenmalige vormgeving. Daarom kan 3D-printen sommige ontwerpen overwinnen die in traditionele productie niet bereikt kunnen worden en meer complexe structuren maken.

Waarom heeft 3D-printen geen massaproductie bereikt?

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

Feitelijk, 20 of 30 jaar geleden, was 3D-printtechnologie in staat om producten te maken van materialen zoals hars. In de laatste jaren heeft het bereik van materialen die door 3D-printen verwerkt kunnen worden, zich uitgebreid tot metallische materialen (lasersinteringstechnologie), en met succes proces-technologieën die decennialang bestonden herschikt, zoals het combineren van informatietechnologie, laserbundels, enz. voor oppervlakteverwerking van producten of onderdelen en additieve productie.

Maar voor zover de huidige ontwikkeling betreft, is de ontwikkeling van 3D-printtechnologie afhankelijk van de continue verbetering van de kwaliteit van sleutelcomponenten zoals lasers en elektronenkanonen.

De toepassing van 3D-printen in de industrie

In industriële productie zijn de hoofptoepassingen 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-printtechnieken kunnen structurele geometrische beperking doorbreken. En daarom, in de verwerking van grote componenten van bepaalde structuren, niet alleen de procesmoeilijkheid wordt verlaagd vergeleken met de traditionele, maar de kosten worden ook verlaagd.

Bijvoorbeeld, de zogenaamde Laser Additieve Productie, traditioneel, is het vliegtuigframe van de F-22 gemaakt van titaniumlegering smedestukken. Vanwege de superpositietechnologie van LAM, bespaart het 90% van erg dure grondstoffen, en vereist geen speciale productie. Voor moulds, de verwerkingskosten, die oorspronkelijk gelijk waren aan 1~2 keer de materiaalkosten, hebben nu slechts 10% van de oorspronkelijke nodig. Het wordt ruwweg geschat dat de kosten van het verwerken van een 1-ton titaniumlegering complexe structuur ongeveer 25 miljoen yuan is, en de kosten van LAM zijn slechts veel lager dan die van het traditionele proces.

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

Het simpelste is militair, het geeft het mechanisch onderhoudsteam om sommige eindproducten ter plekke te verwerken om het onderhoud van het mechanische platform in noodsituaties te garanderen.

In de meeste gevallen, na landslag tanks en gepantserde voertuigen beschadigd zijn, worden meer dan een bepaald percentage direct opgegeven vanwege kostenredenen. 3D-printen kan deze problemen oplossen, natuurlijk tijdens de mars, wanneer de logistiek krap is, niet te spreken over de snelle productie van sommige voorraden.

Bijvoorbeeld, de meest beroemde in het medische veld is het gebruik van 3D-printen om hoge-precisie modellen te printen om de behandeling te ondersteunen. Bijvoorbeeld, Stratasys Solidoodle 2 kan gebruikt worden om modellen van inwendige organen of weefsels van patiënten te printen om de formulering van nauwkeurige chirurgische plannen te ondersteunen. Zonder de noodzaak voor externe ledematen die compatibel zijn met biologisch weefsel, stelt medische 3D-printen diepe aanpassing in staat.

In vitro medische apparaten omvatten medische modellen, medische apparaten zoals prothesen, hoortoestellen, sjablonen voor tandheelkundige chirurgie, enz. Volgens statistieken van de Amerikaanse organisatie Amputee Coalition, gebruiken ongeveer 2 miljoen mensen in de Verenigde Staten momenteel 3D-geprinte prothesen.

Redenen waarom 3D-printen niet kan opschalen

1. De efficiëntie van het productiemodel

De efficiëntie van de geïntegreerde vormgeving van monomeren is zeker niet vergelijkbaar met de efficiëntie van geclassificeerde onderdelen verwerken + montage in de industrie, omdat de laatste de productiecapaciteit van het hele productiesysteem mobiliseert, en de verwerking van half-fabrikaten en classificering de efficiëntie van het proces kan verbeteren. Tot bijna het hoogste, het is equivalent aan de vorming van een productielijn in de hele industrie.

Echter, met de geïntegreerde vormgeving van het enkelvoud, is de werkstroom volledig vast, en kan zo'n industrie-effect niet worden gevormd, en de huidige 3D-printer lichaam kan geen langdurige, hoge-intensieve belasting aan. Daarnaast zijn de onderhoudskosten en moeilijkheid van enkelvoudige productie ver hoger dan het traditionele proces van het gelijkmatig spreiden van de industrieketen.

2. Toepasbaarheid van 3D-printmaterialen

Het eerste is het procesprobleem veroorzaakt door de materiaaltoepassing.

Omdat speciale metaalpoeders van tevoren gemaakt moeten worden; de dichtheid van geprinte metalen producten is laag, tot 98% van de dichtheid van gegieten, en in sommige gevallen lager dan de mechanische eigenschappen van smedestukken, natuurlijk in sommige componenten, zoals grote titaniumlegering componenten (zoals de relatief hete luchtvaartindustrie) kunnen de mechanische eigenschappen volledig voldoen, maar de algehele situatie is betwistbaar; sommige geprinte producten hebben slechte oppervlakkwaliteit en nauwkeurigheid van 2-10μm, wat nabewerking zoals slijpen en polijsten vereist; supportmateriaal is moeilijk te verwijderen bij 3D-printen van onderdelen met complexe gekromde oppervlakken.

3. Hogere kosten dan traditionele CNC-bewerking

Natuurlijk is deze kosten voornamelijk te wijten aan de onderhoudskosten van de enkelvoudige machine die langdurig onder hoge belasting draait, wat resulteert in de hoge kosten van grootschalige productie.

Er is ook de kosten van materialen. Het model van diepe aanpassing van onderdeeltype is eigenlijk geen laag-kosten productiemodel met een brede markt.

Zal 3D-printen ook de productie ontwrichten?

3D-printen kan geen hoofproductiemethode worden vanwege de onmogelijkheid om massaproductie te bereiken. Maar dit betekent niet dat 3D-printen geen beter deel van verwerking en een nieuwe trend in productverwerking in de toekomst zal worden.

Het primaire probleem nu is dat de huidige 3D-printindustrie de markttype en doelgroep van haar producten nauwkeurig moet positioneren, en de markt binnen de industrie promoten. Additieve productie moet een nieuwe wereld ontwikkelen in zijn eigen nieuwe veld. Dat wil zeggen, de voordelen en concepten van volledige additieve productie, hun eigen proprietarie toepassingen en markten ontwikkelen.