Bagaimana cara mencapai peralatan otomatisasi modular melalui pencetakan logam?

1. Melanggar Batas Geometris: Membuka Revolusi Kebebasan Desain Modular
Saat merancang modul peralatan otomatisasi tradisional, kemungkinan pemrosesan harus diperhitungkan. Ini berarti bahwa bagian -bagian penting seperti saluran aliran, struktur disipasi panas, dan antarmuka koneksi sering harus bekerja di sekitar batas pemrosesan mekanis. Misalnya, saluran aliran pengeboran silang dari tubuh katup hidrolik perlu disatukan dari beberapa bagian. Ini tidak hanya membuatnya lebih mungkin bocor, tetapi juga membuatnya lebih sulit untuk membuat modul lebih kecil. Lapisan demi lapisan manufaktur aditif, atauPencetakan 3D logam, sepenuhnya melewati bottleneck ini:
Meningkatkan saluran aliran yang rumit
Pemrosesan mekanis tradisional mengalami kesulitan membuat transisi yang lancar dalam saluran aliran melengkung dalam modul hidrolik. Di sisi lain, pencetakan 3D logam dapat membuat saluran aliran kulit hiu biomimetik atau saluran aliran fraktal resistensi rendah-. Misalnya, perusahaan Italia AIDRO telah mendesain ulang blok katup hidrolik menggunakan teknologi SLM (selektif laser laser). Mereka mengganti saluran aliran sudut kanan tradisional dengan saluran aliran melengkung, yang memotong kehilangan tekanan cairan sebesar 25%, volume blok katup sebesar 30%, dan penyerapan guncangan dan pengurangan kebisingan melalui struktur kisi internal.
Desain Antarmuka Terpadu
Bagian tersulit dari desain modular adalah mencari cara menghubungkan bagian -bagiannya. Pencetakan 3D logam memungkinkan untuk membuat saluran aliran sumbu multi - dan konektor tertanam sekaligus. Misalnya, Bosch Rexroth di Jerman menghasilkan 3D - bodi katup hidrolik dicetak yang menggabungkan 10 bagian fungsional (termasuk saluran aliran, antarmuka sensor, dan permukaan penyegelan) menjadi satu bagian. Ini mengurangi jumlah tempat di mana kebocoran mungkin terjadi 60% dan waktu yang dibutuhkan untuk menyatukannya sebesar 70%.
Struktur untuk mengoptimalkan topologi
Pencetakan 3D logam dapat membuat distribusi materi terbaik yang memenuhi kebutuhan kinerja mekanis dengan menggunakan CFD (dinamika fluida komputasi) dan metode optimasi topologi. Misalnya, badan katup tenaga nuklir yang dibuat oleh daya platinum untuk CGN memiliki struktur kisi kepadatan variabel yang membuatnya tahan 15MPA terhadap tekanan dan 28% lebih ringan. Kekasaran permukaan saluran aliran internal juga lebih unggul daripada prosedur pemesinan yang khas.
2. Kekuatan ringan dan tinggi dapat hidup berdampingan, yang merupakan langkah besar ke depan dalam kinerja modular.
Jumlah energi yang digunakan, seberapa cepat meresponsnya, dan berapa lama semuanya terkait erat dengan berat modul peralatan otomatisasi. Pencetakan 3D logam membuat langkah besar ke depan dengan menggunakan distribusi gradien material dan kontrol mikrostruktur untuk "mengurangi berat badan tanpa mengurangi kekuatan."
Menggunakan bahan gradien
Anda dapat mengubah kinerja berbagai bagian dari modul gabungan robot yang sama dengan mengubah daya laser atau kecepatan pemindaian. Misalnya, sebuah perusahaan telah membuat sendi lengan robot paduan titanium yang menggunakan pemindaian daya - yang tinggi pada area permukaan penyegelan untuk membuatnya lebih sulit (HRC lebih besar dari atau sama dengan 45), dan pemindaian daya yang lebih rendah - {{5} {5} rendah. Ini membuat gabungan 40% lebih ringan dan 20% lebih lama - berlangsung.
Struktur kisi biomimetik
Pencetakan 3D logam dapat membuat modul kisi yang ringan dan kuat dengan menggunakan sarang lebah alami dan struktur tulang berpori. Misalnya, GE Aviation menggunakan peralatan konsep laser M2 untuk membuat blade turbin paduan 718 Inconel yang memiliki kekuatan luluh 1200MPA pada suhu tinggi 650 derajat. Ini dimungkinkan karena desain kisi gradien internal. Pisau juga 35% lebih ringan dan membantu mesin menggunakan bahan bakar 5% lebih sedikit.
Mencetak dengan lebih dari satu jenis bahan
Pencetakan 3D logam dapat membuat transisi gradien antara bahan yang berbeda dengan menggunakan lebih dari satu kepala laser atau nozzle. Misalnya, modul hybrid yang dibuat oleh perusahaan mobil tertentu mencetak paduan keras (seperti stellite 6) pada permukaan gesekan cakram rem dan paduan aluminium ringan pada tubuh utama. Ini membuat cakram rem tiga kali lebih tahan lama dan lebih panjang - berlangsung.
3. Integrasi Fungsi: Bergerak dari "Modul Tunggal" ke "Modul Level Sistem"
Desain modular tradisional tergantung pada menyusun beberapa bagian. Pencetakan 3D logam, di sisi lain, meningkatkan modul dari "saluran pasif" menjadi "sistem kontrol aktif" dengan menggunakan desain baru seperti microchannels dan dibangun - dalam sensor.
Membuat saluran mikro
Pencetakan 3D logam dapat membuat saluran mikro dengan diameter kurang dari 0,3mm dalam modul disipasi panas. Misalnya, perusahaan peralatan medis menghasilkan chip mikrofluida cetak 3D yang memberikan obat melalui microchannels 0,5mm dengan peningkatan akurasi ± 2%, yang jauh lebih baik daripada kesalahan ± 10% dari pemesinan tradisional.
Sensor dan aktuator dibangun
Dengan pencetakan 3D logam, sensor suhu, sensor tekanan, atau aktuator mikro dapat dibangun langsung ke dalam modul. Misalnya, modul katup hidrolik cerdas Siemens menggunakan aktuator keramik piezoelektrik di dalam tubuh katup untuk mencapai - waktu yang nyata ditutup - kontrol loop aliran. Waktu reaksi dipotong menjadi 10 milidetik, yang lima kali lebih cepat dari katup solenoid tipikal.
Optimalisasi Multi - Koneksi Fisika
Pencetakan 3D logam dapat membuat modul bekerja lebih baik bersama dengan menggunakan dinamika fluida, termodinamika, dan analisis mekanika struktural. Sebagai contoh, Samson menggunakan platform Workbench ANSYS untuk mengoptimalkan distribusi tekanan di saluran katup dan tegangan termal pada badan katup pada saat yang sama. Ini memotong deformasi badan katup dari 0,2mm menjadi 0,05mm pada tekanan 6MPA, yang memenuhi persyaratan penyegelan untuk tingkat tenaga nuklir.
4. Kemampuan untuk mengulangi dengan cepat, beralih dari "pengembangan bulanan" ke "verifikasi mingguan"
Modularisasi Peralatan Otomasi berarti bahwa ia harus dapat dengan cepat beradaptasi dengan perubahan permintaan pasar. Pencetakan 3D logam, di sisi lain, mempercepat siklus pengembangan dengan menggunakan manufaktur digital dan produksi fleksibel.
Membuat sesuatu tanpa cetakan
Membuat modul tradisional memakan waktu 3 hingga 6 bulan karena harus melalui siklus desain, membuat cetakan, produksi percobaan, dan perubahan. Anda tidak perlu cetakan untuk pencetakan 3D logam; Ini dapat memproduksi sampel yang berfungsi langsung dari model CAD. Misalnya, badan katup oksidizer SpaceX beralih dari desain ke pengujian tanah awal dalam waktu sekitar 8 minggu, yang 70% lebih cepat dari metode normal.
Memeriksa kualitasnya secara online
Pencetakan 3D logam dapat memberikan umpan balik waktu - yang nyata tentang masalah interlayer dengan menggunakan kamera inframerah atau sistem pemantauan kolam lebur. Misalnya, EOS M 400 - 4 menggunakan teknologi manajemen daya laser dinamis, yang memotong ukuran zona yang terkena panas (HAZ) dari tubuh katup paduan titanium dari 0,5mm menjadi 0,2mm, menurunkan stres residual sebesar 40%, dan meningkatkan tingkat keberhasilan pencetakan satu kali menjadi 95%.
Ekonomi Batch Kecil
Biaya pencetakan 3D logam sudah lebih murah daripada permesinan tradisional untuk modul yang dibutuhkan kurang dari 5000 kali setahun. Misalnya, perusahaan yang membuat peralatan pengemasan menggunakan platinum BLT - S400 untuk mencetak die - Modul pemotongan dan stamping panas. Ini memotong biaya masing -masing bagian sebesar 35% dibandingkan dengan pemesinan CNC dan memungkinkan untuk produksi permintaan -, yang memotong biaya inventaris sebesar 60%.
5. Tren dan Masalah dalam Industri: "Terobosan Titik Tunggal" untuk "Integrasi Sistem"
Pencetakan 3D logam telah berubah dari pengujian prototipe ke manufaktur skala kecil - di sektor peralatan otomatisasi modular, tetapi masih memiliki masalah dengan hal -hal seperti standardisasi dan menjaga biaya tetap rendah.
Sistem standardisasi penuh
Grup internasional seperti ISO/ASTM mempercepat proses menciptakan standar untuk merancang, membuat, dan menguji modul pencetakan 3D. Seri standar ISO/ASTM 52900, misalnya, mencakup seluruh jajaran database kinerja material, optimasi parameter proses, pengujian destruktif non-, dan hal -hal lainnya.
Integrasi Cerdas dari Jalur Produksi
Pencetakan Logam 3D semakin dekat dengan pembuatan "Black Light Factory" dengan menggabungkan teknologi seperti pemrosesan bubuk otomatis, pemantauan online, dan optimasi pembelajaran mesin. Misalnya, solusi pabrik AM yang dikerjakan EOS dan Siemens bersama -sama telah melihat penggunaan peralatan naik hingga 82% dan memotong biaya tenaga kerja menjadi dua.
Ide Baru di Post - Teknologi Pemrosesan
Untuk memperbaiki masalah dengan permukaan yang kasar dan tekanan sisa pada modul pencetakan 3D, industri ini sedang mengerjakan perlakuan panas, permesinan, dan metode perawatan permukaan yang baru. Misalnya, perusahaan tertentu telah menghasilkan proses gabungan yang disebut "penguatan guncangan laser+rendah - nitriding suhu" yang membuat permukaan tubuh katup cetak 3D 60HRC lebih keras dan tiga kali lebih tahan untuk dipakai.