Bagaimana biaya cetakan pencetakan 3D logam dibandingkan dengan produksi tradisional?

1. Biaya Bahan: Perubahan dari "Pengurangan Limbah Bahan" menjadi "Siklus Aditif"
Saat membuat cetakan dengan cara-kuno, metode subtraktif digunakan, yang berarti banyak material yang hilang selama pemotongan, pemesinan pelepasan listrik, dan langkah lainnya. Misalnya, cetakan injeksi mungkin menggunakan kurang dari 60 kilogram bahan untuk membuat cetakan setelah melalui beberapa tahap. 40% sampah lainnya dapat didaur ulang, namun memerlukan biaya lebih besar untuk memilah, melelehkan, dan memprosesnya kembali. Selain itu, pengerjaan tradisional membutuhkan material yang sangat murni, dan baja cetakan berkualitas tinggi harganya mahal, sehingga membuat material menjadi lebih mahal.

Pencetakan 3D logam adalah proses manufaktur aditif yang membuat cetakan dengan melebur dan melapisi partikel logam di atas satu sama lain, sehingga hampir tidak ada limbah. Anda dapat menyaring dan mendaur ulang bubuk yang tidak Anda gunakan, dan lebih dari 90% bahannya terpakai. Misalnya, dengan menggunakan cetakan paduan titanium, biaya bahan dalam teknik tradisional kira-kira 35%, namun dengan pencetakan 3D, biaya tersebut dapat dipotong hingga kurang dari 20%. 3Pencetakan D bahkan lebih baik karena dapat mencetak lebih dari satu bahan sekaligus. Misalnya, Anda dapat meletakkan lapisan paduan tembaga dengan konduktivitas termal tinggi pada permukaan cetakan sementara struktur utamanya terbuat dari-paduan titanium berkekuatan tinggi. Teknologi kontrol antarmuka material memungkinkan untuk menghubungkan material bersama-sama tanpa jahitan. Hal ini tidak hanya memenuhi kebutuhan fungsional tetapi juga menurunkan biaya secara keseluruhan.

2. Biaya pemrosesan: perubahan dari "kolaborasi-multiproses" menjadi "integrasi-peralatan tunggal"
Membuat cetakan dengan cara-kuno membutuhkan banyak langkah, seperti pemotongan, pelepasan muatan listrik, pemotongan kawat, dan pemolesan. Ia juga membutuhkan lebih dari sepuluh mesin, seperti pusat permesinan CNC, mesin pelepasan listrik, dan penggiling. Siklus pemrosesan mungkin memakan waktu berminggu-minggu atau bahkan berbulan-bulan. Misalnya, untuk membuat sirkuit air pendingin internal untuk cetakan-pengecoran, Anda perlu mengebor dan mengelas. Saat merancang sirkuit air yang rumit, Anda sering kali harus mencoba dan mengganti cetakan yang berbeda, sehingga menambah biaya pemrosesan.

Pencetakan 3D logam menggabungkan semua proses ke dalam satu perangkat, yang membuatnya lebih mudah untuk mengubah model digital menjadi cetakan nyata. Misalnya, untuk membuat cetakan saluran air pendingin konformal, metode tradisional memerlukan banyak pengeboran dan pengelasan untuk mendapatkan pola saluran air. Dengan pencetakan 3D, Anda dapat membuat struktur saluran air berliku tiga dimensi sekaligus tanpa harus melakukan pekerjaan apa pun lagi. Sebuah studi kasus pada perusahaan tertentu mengungkapkan bahwa penggunaan cetakan pendingin konformal cetak 3D mengurangi biaya pemrosesan sebesar 40% dibandingkan dengan metode standar dan memberi desainer lebih dari tiga kali kebebasan untuk membuat saluran air.

3. Biaya siklus produksi: Beralih dari "siklus coba-coba yang panjang" ke "verifikasi berulang yang cepat"
Siklus pembukaan cetakan berlarut-larut dalam pembuatan cetakan tradisional. Hal ini terutama berlaku selama tahap produksi percobaan penelitian dan pengembangan, ketika modifikasi pada desain berarti cetakan harus dibuat ulang, yang menghabiskan banyak waktu dan uang. Misalnya, membuat cetakan interior mobil memerlukan 6 hingga 8 putaran percobaan cetakan, dengan setiap putaran menghabiskan biaya sekitar 50.000 yuan dan memerlukan waktu 3 hingga 6 bulan untuk menyelesaikannya. Jika ada masalah dengan desain, investasi awal bisa hilang sama sekali.

Pencetakan 3D logam memudahkan untuk menjalani siklus "pengoptimalan uji cetak desain" dengan cepat. Desainer dapat melakukan perubahan pada cetakan dan mencetaknya kembali dalam beberapa jam, sehingga mengurangi siklus percobaan cetakan menjadi 1-2 minggu. Sebuah perusahaan kendaraan energi baru tertentu telah memangkas waktu yang diperlukan untuk mengembangkan produk dari 6 bulan menjadi 3 minggu dengan mencetak cetakan kotak baterai 3D. Mereka juga meningkatkan desain sirkuit air pendingin melalui 5 putaran iterasi, yang memotong siklus pencetakan injeksi sebesar 30% dan meningkatkan tingkat kualifikasi produk menjadi 99%. Konsep "kegagalan cepat, koreksi cepat" ini sangat menghemat biaya siklus produksi.

4. Biaya Kualitas: Beralih dari "Remediasi Pasif" ke "Pencegahan Aktif"
Sistem pendingin cetakan konvensional mudah digunakan, namun mungkin menimbulkan masalah seperti pendinginan yang tidak merata dan deformasi produk. Untuk produk cetakan injeksi besar, tingkat kesalahan produksi cetakan tradisional bisa mencapai 15%. Namun, sirkuit air pendingin konformal dapat menurunkan tingkat kerusakan hingga kurang dari 5%. Sebuah perusahaan tertentu mengatakan bahwa biaya kualitas satu produk (termasuk kehilangan sisa, biaya pengerjaan ulang, dll.) telah turun dari 8 yuan menjadi 2 yuan sejak mereka mulai menggunakan cetakan pendingin konformal cetak 3D. Hal ini menghemat lebih dari 10 juta yuan per tahun.

Selain itu, desain optimasi topologi dapat membuat cetakan pencetakan 3D lebih ringan namun tetap kuat. Misalnya, cetakan bilah turbin pada mesin penerbangan dibuat lebih ringan, sehingga mengurangi bobot sebesar 20% namun memperpanjang umur kelelahan sebesar 15%. Fitur "penurunan berat tanpa penurunan kualitas" ini membuat biaya pemeliharaan semakin rendah seiring berjalannya waktu.

5. Manfaat-jangka panjang: perubahan dari "biaya per unit yang tinggi" menjadi "keuntungan dalam alokasi batch"
Biaya awal pembuatan cetakan pencetakan 3D logam lebih tinggi dibandingkan metode tradisional (misalnya, cetakan paduan titanium harganya 30% hingga 50% lebih mahal per unitnya), namun manfaatnya sangat penting terutama untuk produksi-skala kecil dan multi-variasi. Misalnya, sebuah perusahaan menggunakan pencetakan 3D untuk membuat cetakan mahkota gigi paduan kromium kobalt khusus. Hal ini memotong biaya setiap bagian sebesar 35% dibandingkan dengan metode tradisional dan memperpendek siklus pencetakan injeksi dari 120 detik menjadi 45 detik melalui desain pendinginan konformal, yang meningkatkan kapasitas produksi tahunan sebanyak empat kali lipat.

Keuntungan biaya cetakan cetak 3D menjadi jelas seiring berjalannya waktu. Umur kelelahan termal cetakan telah meningkat lebih dari 30% dengan memperbaiki sirkuit dan struktur air pendingin internal. Biaya cetakan untuk setiap die casting juga berkurang 20%. Sebuah perusahaan penerbangan tertentu mengatakan bahwa meskipun biaya awal penggunaan cetakan kepala silinder mesin cetak 3D 40% lebih tinggi, total biaya selama lima tahun adalah 18% lebih rendah dibandingkan metode tradisional karena cetakannya bertahan lebih lama dan memberikan hasil yang lebih baik.

6. Pendaratan industrialisasi: lompatan dari “mungkin secara teknis” ke “mungkin secara ekonomi”
Keseragaman batch cetakan pencetakan 3D logam pada awalnya merupakan masalah besar yang membuatnya tidak dapat digunakan dalam industri. Industri ini telah mencapai kontrol akurasi dimensi dalam ± 10 μm, yang memenuhi kebutuhan manufaktur kelas atas. Hal ini dimungkinkan dengan meningkatkan stabilitas perangkat keras (misalnya, melalui pencetakan kolaboratif multi-laser dan kontrol energi loop tertutup), mengoptimalkan proses (misalnya, melalui pustaka parameter dan simulasi, masukan pemantauan online), dan membangun sistem ketertelusuran yang berkualitas (misalnya, melalui digital twins dan tautan data proses penuh).

Cetakan cetak 3D logam kini banyak digunakan di berbagai sektor termasuk dirgantara, otomotif, kedokteran, dan banyak lagi. Misalnya, topologi saluran pendingin regeneratif telah meningkatkan ruang dorong roket SpaceX, memotong siklus pencetakan dari 6 bulan menjadi 3 minggu dan memungkinkan 500 pengujian siklus termal dilakukan tanpa kegagalan. COMAC C929 menggunakan teknologi SLM untuk mencetak braket sayap paduan titanium, mencapai deviasi ukuran Kurang dari atau sama dengan ± 15 μm dalam kumpulan 200 buah, memotong berat sebesar 15% saat lulus uji kelelahan.