Как да постигнем модулно оборудване за автоматизация чрез метален печат?

1. Разбиване през геометрични граници: Отваряне на революцията на свободата на модулния дизайн
При проектирането на традиционните модули за оборудване за автоматизация трябва да се вземе предвид възможността за обработка. Това означава, че важни части като канали на потока, структури на разсейване на топлина и интерфейси за свързване често трябва да работят около границите на механичната обработка. Например, каналът за кръстосано сондиране на тялото на хидравличния клапан трябва да бъде сглобен от няколко части. Това не само прави по -вероятно да изтече, но и затруднява да се направи модулът по -малък. Слой по производство на добавки на слой, илиМетален 3D печат, изцяло заобикаля това затруднение:
Подобряване на сложните канали на потока
Традиционната механична обработка има проблеми с извършването на плавни преходи в канали за извит поток в хидравлични модули. От друга страна, метал 3D печат може да направи биомиметични канали за поток на кожата на акула или ниски - канали за фрактален поток на резистентния поток. Например, италианската компания Aidro е преработила хидравличен блок на клапана, използвайки SLM (селективно лазерно топене) технология. Те замениха традиционния канал на десния ъгъл на потока с извит канал на потока, който намалява загубата на налягане на течността с 25%, обема на блока на клапана с 30%и усвояването на удара и намаляването на шума чрез вътрешна решетъчна структура.
Дизайн на интегриран интерфейс
Най -трудната част от модулния дизайн е да измислите как да свържете частите. Металният 3D печат дава възможност да се правят мулти - канали за поток на ос и вградени конектори наведнъж. Например, Bosch Rexroth в Германия произвежда 3D - отпечатано тяло на хидравличния клапан, което комбинира 10 функционални части (включително поточни канали, сензорни интерфейси и уплътнителни повърхности) в едно парче. Това намалява броя на местата, където течовете могат да се случат с 60%, а времето, необходимо за събранието си със 70%.
Структура за оптимизиране на топологията
Металният 3D печат може да направи най -доброто разпределение на материала, което задоволява нуждите на механичната производителност, като използва както CFD (изчислителна динамика на течността), така и методи за оптимизация на топологията. Например, тялото на ядрената мощност на клапана, което платиновата мощност, направена за CGN, има структура на решетката с променлива плътност, която го прави 15MPa устойчив на налягане и 28% по -лек. Повърхностната грапавост на вътрешния канал на потока също е превъзходна от тази на типичните процедури за обработка.
2. Леката и висока якост може да съществува съвместно, което е голяма стъпка напред в модулната производителност.
Количеството използвана енергия, колко бързо реагира и колко дълго трае, са тясно обвързани с теглото на модулите за автоматично оборудване. Металният 3D печат прави голяма стъпка напред, като използва разпределението на градиента на материала и контрола на микроструктурата, за да „намали теглото, без да намалява здравината“.
Използване на градиентни материали
Можете да промените работата на различни части на един и същ съвместен модул на робота, като промените лазерната мощност или скоростта на сканиране. Например, една компания е направила роботизирана сплав от титаниеви сплави, която използва високо - сканиране на мощност върху площта на уплътняващата повърхност, за да стане по -трудно (HRC по -голям или равен на 45), и ниско - сканиране на захранване на не - товар -} лагерен район на по -нисък остатък. Това прави ставата с 40% по -лека и 20% по -дълга - трайна.
Структура на биомиметична решетка
Металният 3D печат може да направи леки и силни решетъчни модули, като се използват естествените пчелни и порести костни структури. Например, GE Aviation използва концептуалното оборудване за лазерно M2, за да направи ANCONEL 718 Alloy Turbine Blades, които имат якост на добив 1200MPa при висока температура от 650 градуса. Това е възможно поради вътрешния градиентен дизайн на решетката. Остриетата също са с 35% по -леки и помагат на двигателя да използва 5% по -малко гориво.
Печат с повече от един вид материал
Металният 3D печат може да извършва градиентни преходи между различни материали, като използва повече от една лазерна глава или дюза. Например, хибриден модул, направен от определена автомобилна компания, отпечатва твърда сплав (като Stellite 6) върху повърхността на триенето на спирачния диск и леката алуминиева сплав на основното тяло. Това прави спирачния диск три пъти по -издръжлив и по -дълъг - траен.
3. Функционална интеграция: Преминаване от "единичен модул" до "модул на системното ниво"
Традиционният модулен дизайн зависи от съставянето на няколко части. Метален 3D печат, от друга страна, подобрява модулите от "пасивни канали" до "активни системи за управление", като използва нови дизайни като микроканали и изградени - в сензори.
Изработка на микроканали
Металният 3D печат може да направи микроканали с диаметър по -малък от 0,3 мм в модула за разсейване на топлината. Например, компания за медицинско оборудване произвежда 3D отпечатан микрофлуиден чип, който доставя лекарства чрез 0,5 мм микроканали с подобряване на точността ± 2%, което е далеч по -добре от ± 10% грешка в традиционната обработка.
Вградени сензори и задействащи механизми
С метален 3D печат, температурни сензори, сензори за налягане или микро задвижвания могат да бъдат вградени точно в модула. Например, интелигентният модул на хидравличния клапан на Siemens използва пиезоелектрични керамични задвижвания вътре в тялото на клапана, за да постигне реално - време, затворено - Контрол на контура на потока. Времето за реакция се намалява до 10 милисекунди, което е пет пъти по -бързо от типичните соленоидни клапани.
Оптимизация на мулти - физика връзка
Металният 3D печат може да направи модулите да работят по -добре заедно, като се използват динамика на течността, термодинамика и анализ на структурната механика. Например, Samson използва платформата ANSYS Workbench, за да оптимизира разпределението на налягането в прохода на клапана и топлинното напрежение в корпуса на клапана едновременно. Това намали деформацията на тялото на клапана от 0,2 мм до 0,05 мм при налягане 6MPa, което отговаря на изискванията за уплътняване за степента на ядрена енергия.
4. Способността за бързо повтаряне, преминавайки от „месечно развитие“ до „седмична проверка“
Модулизирането на оборудването за автоматизация означава, че трябва да може бързо да се адаптира към промените в търсенето на пазара. Metal 3D печат, от друга страна, ускорява цикъла на развитие, като използва цифрово производство и гъвкаво производство.
Изготвяне на неща без плесени
Изработката на традиционен модул отнема 3 до 6 месеца, защото трябва да премине през цикъл на дизайн, като прави плесен, пробно производство и промени. Нямате нужда от форми за метален 3D печат; Той може да произвежда функциониращи проби направо от CAD модели. Например тялото на клапана на окислител на SpaceX премина от дизайн до първоначално тестване на земята за приблизително 8 седмици, което е 70% по -бързо от нормалните методи.
Проверка на качеството онлайн
Металният 3D печат може да даде реални - обратна връзка за времето за междинни проблеми, като се използват инфрачервени камери или системи за наблюдение на басейна. Например, EOS M 400 - 4 използва динамична лазерна технология за управление на захранването, която намалява размера на зоната, засегната от топлина (HAZ) на тялото на титаниевия сплав от 0,5 мм до 0,2 мм, намалява остатъчния стрес с 40%и повишава успеваемостта на еднократния отпечатък до 95%.
Икономика на малките партиди
Цената на металния 3D печат вече е по -евтина от тази на традиционната обработка на модули, които са необходими по -малко от 5000 пъти годишно. Например, компания, която прави опаковъчното оборудване, използва платината BLT - S400 за отпечатване на die - модули за рязане и горещо щамповане. Това намалява цената на всяко парче с 35% в сравнение с обработката на ЦПУ и позволява на - производството на търсене, което намалява разходите за инвентаризация с 60%.
5. Тенденции и проблеми в индустрията: „Пробив на единична точка“ към „Интеграция на системата“
Металният 3D печат премина от тестване на прототипи до малки - производство на мащаб в сектора на модулно оборудване за автоматизация, но все пак има проблеми с неща като стандартизация и намаляване на разходите.
Пълна система на стандартизация
Международни групи като ISO/ASTM ускоряват процеса на създаване на стандарти за проектиране, изработка и тестване на 3D модули за печат. Серията стандарти ISO/ASTM 52900 например включва цялата гама от бази данни за производителността на материала, оптимизация на параметрите на процеса, не - разрушително тестване и други неща.
Интелигентна интеграция на производствени линии
Металният 3D печат се доближава до производството на "Black Light", като комбинира технологии като автоматизирана обработка на прах, онлайн мониторинг и оптимизация на машинното обучение. Например, фабричното решение на AM, върху което EOS и Siemens са работили заедно, виждат, че използването на оборудване достига до 82% и намалява разходите за труд наполовина.
Нови идеи в публикацията - технология за обработка
За да отстрани проблемите с грубите повърхности и остатъчния стрес върху 3D модулите за печат, индустрията работи върху нови методи за обработка на топлината, обработка и повърхностно обработка. Например, специфична компания е измислила композитен процес, наречен "лазерно укрепване на шока+ниско - температурен азотризъм", което прави повърхностите на 3D отпечатани клапани 60hrc по -трудно и три пъти по -устойчиви на носене.