|
"Négy nap alatt 200 zárójelet nyomtattunk ki. Ezután az utó{2}}feldolgozás három hétig tartott. Mire az alkatrészek elkészültek, az ügyfél már beszerzett egy alternatívát. Nem azért vesztettük el a rendelést, mert a fémnyomtatás lassú volt, - hanem azért, mert senki nem tervezte, ami utána jön." - Egy 1. szintű autóipari beszállító gyártási menedzsere, aki leírja az adalékos fém 3D-nyomtatási képesség és az utófeldolgozási -feldolgozási teljesítmény közötti különbséget, 2023 |
Ezt a történetet mindenki ismeri, aki megpróbálta a fém 3D-s nyomtatást a prototípusok készítésén túllépni. Maga a nyomtatás - akár lézeres porágyas fúzióval, irányított energiával történő leválasztással vagy kötőanyag-sugárzással - gyorsabbá, megbízhatóbbá és költségesebbé-versenyképessé vált minden hardvergenerációval. A szűk keresztmetszet lefelé mozdult el. Az utó-feldolgozás: a támogatás eltávolítása, a hőkezelés, a felületkezelés, az ellenőrzés és a minőségi dokumentáció - jelenleg az elsődleges korlát, amely korlátozza az additív fém 3D-nyomtatást abban, hogy kihasználja a mennyiségi gyártási módszerként rejlő lehetőségeket.
Ez a cikk nem azzal a kérdéssel foglalkozik, hogy szükséges-e az utólagos-feldolgozás - a 3D-s fémanyagok szinte minden gyártási alkalmazásához. A kérdés az, hogy az utófeldolgozás{4}szervezhető-e, automatizálható-e és kezelhető-e a mennyiségi gyártás által megkövetelt átviteli és konzisztenciaszinten. A közelmúltban végzett iparági kutatások és a Sunhingstones saját gyártási tapasztalatai azt sugallják, hogy a válasz igen, - de csak akkor, ha az utófeldolgozást integrált mérnöki tudományágként kezelik, nem pedig a nyomdai utólagos gondolkodást.
Az utólagos-feldolgozási hiányosság: Miért nehezebb a fémnyomtatás méretezése, mint amilyennek látszik
A fémadalékos 3D-nyomtatás globális piaca 2023-ban megközelítőleg elérte a 3,8 milliárd USD-t, és az előrejelzések szerint 2030-ra meghaladja a 11 milliárd USD-t, ami éves szinten körülbelül 16%-os növekedést jelent (MarketsandMarkets, 2024). Ezen a növekedési pályán belül széles körben a kis-volumenről a nagy{9}}volumenre való átmenetet tekintik a következő fő inflexiós pontnak. Az iparág azonban folyamatosan alábecsülte a nagyszabású utófeldolgozás{11}}összetettségét.
A Deloitte 2023-as felmérése 150, fém 3D-nyomtatási szolgáltatókat aktívan használó gyártó részvételével megállapította, hogy az utófeldolgozás a gyártási programok teljes alkatrészköltségének átlagosan 40–60%-át - tette ki, és a válaszadók 62%-a az utólagos feldolgozás átfutási idejét jelölte meg az additív gyártási volumen növelésének elsődleges akadályaként. Csak 18%-uk számolt be arról, hogy dokumentált utófeldolgozási munkafolyamattal rendelkezik, amelyet kifejezetten a mennyiségi gyártáshoz terveztek, szemben a prototípus-korszak folyamatainak nagyobb mennyiségekhez való igazításával.
A kiváltó ok strukturális. A fémnyomtatás utófeldolgozását-prototípus-készítési környezetben fejlesztették ki, ahol a kötegméretek kicsik, az alkatrészek geometriája változatos volt, és a sebesség másodlagos volt a képességeknél. A mennyiségi gyártás mindezeket a feltételeket megfordítja: a tételek nagyok és ismétlődőek, a geometriák rögzítettek, és az áteresztőképesség kereskedelmi korlát. A havi 10 alkatrészre jól működő utó-feldolgozási munkafolyamat nem egyszerűen havi 500 részre skálázódik a gyorsabb futtatással. Újra-tervezést igényel.
|
Kulcsfontosságú betekintés: Az utófeldolgozási költség és az átfutási idő{0}nem skálázódik lineárisan a nyomtatási mennyiséggel. A munkafolyamat szándékos újratervezése nélkül egyre aránytalanabbá válnak -, és egyre jobban láthatóvá válnak az ügyfelek számára. |
Az öt{0}}utáni feldolgozási lépés, amely meghatározza a mennyiségi termelés életképességét
1. Tartószerkezet eltávolítása
A támogatás eltávolítása a legtöbb munkaigényes utófeldolgozási lépés a legtöbb additív fém 3D-nyomtatási munkafolyamatban, és a legellenállóbb az automatizálással szemben. A támasztékok geometria--specifikusak: elhelyezkedésük, sűrűségük és eltávolítási nehézségük alkatrész-kialakításonként változik. Prototípus-készítő környezetben a szakképzett kezelők manuálisan távolítják el a támogatásokat, elfogadva az időköltséget, mint egy kis volumenű folyamat szükséges elemét. A mennyiségi termelési környezetben ez az időköltség közvetlenül az egységköltségbe és az átfutási időbe kerül.
Két stratégia jelent meg a támogatás eltávolításának nagyarányú kezelésére. Az első az -additív-gyártáshoz (DfAM) való tervezés: az alkatrészek újratervezése a támogatás mennyiségének minimalizálása érdekében az optimalizált összeállítási orientáció, az ön-geometriák és a topológia optimalizálása révén. A Journal of Manufacturing Processes folyóiratban 2022-ben megjelent tanulmány szerint a DfAM{7}}optimalizált alkatrészek 35–55%-kal kisebb támogatási térfogatot igényelnek, mint a hagyományos orientált megfelelőek, így a kézi eltávolítási idő megfelelő mértékben csökkent.
A második stratégia az automatizálás. A robotsorjázó rendszerek, az elektrokémiai megmunkálás és az abrazív áramlásos megmunkálás (AFM) mind egyszerre kezelhetik a támasztómaradványokat és a felületi érdességeket egy megismételhető, programozható folyamatban. A Sunhingstonesnál a havi 100 egység feletti alkatrészeket a gyártási készenlét felülvizsgálatának standard lépéseként értékelik a robotizált sorjázás megvalósíthatósága szempontjából.
2. Hőkezelés
Minden porágyas fúziós eljárással előállított 3D fémanyag tartalmaz az építési folyamat gyors hőciklusából származó maradék feszültséget. Szerkezeti alkalmazásoknál ezt a feszültséget az alkatrész üzembe helyezése előtt enyhíteni kell - a méretek stabilizálása és az idő előtti kifáradás elkerülése érdekében. A hőkezelés ezért nem kötelező a legtöbb fém 3D nyomtatási szolgáltatási programnál; ez egy kötelező feldolgozási lépés, amelynek áteresztőképességével és költségével minden gyártási tervben számolni kell.
A jó hír az, hogy a hőkezelés jól skálázódik. A szakaszos kemencék több száz alkatrészt tudnak feldolgozni egyidejűleg, és az alkatrészenkénti ciklusidő meredeken csökken a tétel méretének növekedésével. Egy alkatrészenként 50 GBP-ba kerülő feszültségmentesítési ciklus 10 darabos tételszám esetén kevesebb, mint 5 GBP-ba kerülhet alkatrészenként 200 darabos tételnél, mivel a kemence ideje és energiaköltsége megoszlik a tételen belül.
A megkötés a kemence minősítése és a nyomon követhetőség. A szabályozott iparágakban - a repülőgépgyártás, az orvosi és az autóipari biztonsági alkatrészek - mennyiségi gyártási programjai minden hőkezelési ciklushoz dokumentált tételnyilvántartást igényelnek, beleértve a folyamatos hőmérséklet-figyelést, a légkör összetételének nyilvántartását és az alkatrész-azonosítás nyomon követhetőségét. Az Aerospace Industries Association (AIA) 2021-es jelentése megállapította, hogy az additív gyártási programokban tapasztalt beszállítói auditok 28%-át a termikus folyamatok dokumentációjának meg nem felelése{5}} tette ki. A Sunhingstones ezt az ISO 9001 tanúsítvánnyal rendelkező hőkezeléssel oldja meg, és a teljes elektronikus kötegelt nyilvántartást legalább tíz évig megőrzi.
3. Meleg izosztatikus préselés (HIP)
A HIP-et egyre gyakrabban írják elő a szerkezeti adalékos fém 3D nyomtatási alkatrészekhez, különösen a repülőgép- és orvosi alkalmazásokban, mivel lezárja a belső porozitást, amelyet sem a jobb nyomtatási paraméterek, sem a hőkezelés önmagában nem képes teljesen kiküszöbölni. A mennyiségi termelés kihívása, hogy a HIP tőkeigényes folyamat, amelyet speciális létesítményekben hajtanak végre, és a HIP-kapacitáshoz való hozzáférés ütemezése jelentős átfutási időbeli eltéréseket okozhat.
A Materials Science and Engineering A (2022) folyóiratban közzétett kutatás kimutatta, hogy a HIP-nek alávetett LPBF 316L rozsdamentes acél alkatrészek 40%-kal javultak a kifáradási élettartamban 10⁷ ciklusnál a feszültséghez képest,-kizárólag -csökkenti az alkatrészeket -, ami több tanulmányban is konzisztens eredményt mutat.3D fém anyagötvözetrendszerek. Azoknál az alkalmazásoknál, ahol ez a teljesítmény javítása szükséges, a HIP nem küszöbölhető ki. A gyártástechnikai kérdés az, hogyan lehet ezt hatékonyan integrálni.
A Sunhingstones úgy kezeli a HIP átviteli sebességet, hogy több program részeit megosztott HIP-futtatásokká összesíti, minimalizálva a programonkénti ütemezési többletköltséget, és a fix ciklus költségét a populáció nagyobb részének felhasználásával kezeli. Az ismétlődő havi mennyiségekkel rendelkező ügyfelek számára a Sunhingstones külön HIP ütemezési ütemet hoz létre a gyártási megállapodás részeként, biztosítva, hogy a HIP ne váljon ad hoc szűk keresztmetszetté.
4. Felületkezelés
A felületkezelési követelmények jelentősen eltérnek az additív fém 3D nyomtatás alkalmazásaitól függően. Az ipari tartókonzolok és szerkezeti házak elfogadhatók lehetnek épített felületként-fújt peremszel (Ra 3–8 μm). A folyadék-kezelő alkatrészek és az orvosi implantátumok elektropolírozott vagy precíziós{8}}megmunkálású felületeket igényelnek (Ra < 1,6 μm). A csapágyfelületek köszörült vagy csiszolt felületet igényelnek (Ra < 0,4 μm).
A mennyiségi gyártás kihívása az, hogy a felületkezelés a legérzékenyebb lépés az alkatrészek geometriájára, és leginkább a képzett munkaerőtől függ összetett felületek esetén. Három megközelítés áll rendelkezésre:
Tömegsimítás (bömbölés, vibrációs kikészítés):nagymértékben méretezhető, alacsony alkatrészköltség, hatékony az egységes felületjavítás érdekében bonyolult belső csatornák nélküli alkatrészeken. Ciklusonként több száz alkatrész áteresztőképessége elérhető. Nem alkalmas a szűk mérettűréssel rendelkező alkatrészekhez a funkcionális felületeken, mivel az anyageltávolítás nem szelektív.
Automatizált CNC megmunkálás:konzisztens, programozható, teljes mértékben nyomon követhető, és bármilyen szükséges felületi minőséget képes elérni az elérhető funkciókon. Magasabb tőkeköltség, mint a tömeges kikészítés, de teljesen kiküszöböli a kezelői variációt. A legalkalmasabb az ismétlődő programokhoz, amelyek fix geometriájúak és meghatározott felületkezelési követelményekkel rendelkeznek.
Elektropolírozás és vegyi kikészítés:skálázható szakaszos feldolgozáshoz, különösen hatékony rozsdamentes acél és titán alkatrészek esetén. Konzisztens felületi kémiai javulást ér el az érdesség csökkentése mellett. Jól-alkalmas orvosi és élelmiszer--minőségű alkalmazásokhoz, ahol az Ra és a passzív film minősége is meg van adva.
5. Ellenőrzési és minőségi dokumentáció
Az ellenőrzés gyakran az utófeldolgozási{0}}lépés, amelyet leginkább alábecsülnek a mennyiségi gyártás tervezésében. Prototípus-környezetben egyetlen CMM-operátor, aki egyszerre egy alkatrészt mér, elfogadható. Nagymennyiségű gyártási környezetben minden alkatrész 100%-os CMM-ellenőrzése a legtöbb tételméretnél kereskedelmileg kivitelezhetetlen. A térfogatvizsgálat statisztikai megközelítést igényel: a folyamatképesség-vizsgálatok annak megállapítására, hogy a gyártási folyamat következetesen a tűréshatáron belül van-e, kombinálva a 100%-os mérés helyett mintavételen alapuló ellenőrzéssel, 100%-os ellenőrzéssel a biztonsági -kritikus jellemzők számára.
Az International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2023-as tanulmánya megállapította, hogy a statisztikai folyamatvezérlés (SPC) megvalósítása öt kritikus dimenzióbanadditív fém 3D nyomtatása gyártási program 47%-kal csökkentette az ellenőrzési költségeket a 100%-os CMM-ellenőrzéshez képest, anélkül, hogy a helyszíni nem megfelelőség -növekedne. Az engedélyezési feltétel 1,33-nál nagyobb vagy azzal egyenlő bizonyított Cpk volt minden SPC-monitorozott dimenzióban - bizonyíték arra, hogy a folyamat elég stabil volt ahhoz, hogy a mintavételre támaszkodjon.
Fém 3D nyomtatási szolgáltatási programok esetén a Sunhingstones az SPC szabványt alkalmazza a havi 50 egység feletti ismétlődő gyártási programokhoz, a kritikus méretekhez karbantartott vezérlőtáblákkal, és automatikusan 100%-os ellenőrzésre emelve, ha bármely méret megközelíti az ellenőrzési határt.
Automatizálás és digitális integráció: A kötetek{0}}feldolgozását lehetővé tevő technológiák
Robotautomatizálás az utó{0}}feldolgozásban
A fém 3D nyomtatás utófeldolgozásának automatizálása{1}} az ipari beruházások aktív területe. A 2023-as Wohlers-jelentés szerint a megkérdezett fémadalékokat gyártó szolgáltatók 34%-a hajtott végre valamilyen automatizált utófeldolgozást az előző két évben, szemben a 2020-as 12%-kal. Az elsődleges alkalmazások az automatizált poreltávolítás, a robotizált alkatrészkezelés a folyamat lépései között és az automatizált sorjázás.
A kereskedelemben már kaphatók a kereskedelemben kapható robotsorjázó és felületsimító rendszerek -, amelyek erővel-vezérelt végkiegyenlítőket cserélhető csiszolószerszámokkal -, és 60–70%-kal csökkentik a ciklusidőt az ismétlődő geometriájú részek kézi megmunkálásához képest. A beruházási eset a mennyiségtől függ: a robotrendszerek jelentős előzetes programozást és rögzítési fejlesztést igényelnek, ami a gyártási mennyiségen felül amortizálódik. A körülbelül évi 200 alkatrész alatti programok esetében a kézi feldolgozás általában gazdaságosabb marad.
Digitális szál és nyomon követhetőség
A szabályozott iparágakban az adalékos fém 3D-nyomtatási alkatrészek mennyiségi gyártásához teljes digitális nyilvántartásra van szükség, amely minden alkatrész azonosságát összekapcsolja az összeállítási paraméterekkel, az utófeldolgozási feljegyzésekkel és az ellenőrzési eredményekkel. Ez a „digitális szál” nem választható a repülési, orvosi vagy autóipari biztonsági alkalmazásokhoz: ez szerződéses és szabályozási követelmény.
A digitális szál fém 3D nyomtatási szolgáltatási környezetben való megvalósításához integrálásra van szükség a build menedzsment rendszer, az ERP vagy MES platform, a minőségirányítási rendszer és az ellenőrzési adatrögzítő rendszer között. Ez az integráció nem-triviális, és gyakran korlátozó tényező a kis-szériás gyártásról a mennyiségi gyártásra való skálázásban. A Sunhingstones befektetett abba, hogy LPBF összeállítás-felügyeleti szoftverét közvetlenül az ISO 9001-tanúsítvánnyal rendelkező minőségirányítási rendszeréhez csatlakoztassa, lehetővé téve az alkatrész-utazási dokumentumok automatikus generálását, amelyek nyomon követik az egyes alkatrészeket az utófeldolgozás minden szakaszában időbélyeggel és kezelői rekordokkal.
Mesterséges intelligencia és folyamatfigyelés
A gépi tanulás feltörekvő alkalmazásai az additív fém 3D-nyomtatás utó-feldolgozásában: a felületkezelés folyamaton belüli nyomon követése az automatizált megmunkálás során (csökkentve az utólagos-folyamatmérés szükségességét), a hőkezelési ciklusok prediktív ütemezése az építés befejezésének előrejelzésén alapulóan, és anomáliák észlelése a kemence potenciális hőmérséklet-profilja előtt, amely a kemencében előforduló lehetséges eltérések{4}.
Bár ezek a technológiák még nem szabványosak a legtöbb fém 3D-nyomtatási szolgáltatásban, elterjedtségük egyre gyorsul. A Horizon Europe támogatásával támogatott Európai Adalékanyag-gyártási Technológiai Platform (AM{2}}MOTION) ütemtervdokumentumokat tett közzé, amelyek előrejelzése szerint 2028-ra az AI-segített utófeldolgozás-figyelés kereskedelmi forgalomba kerül a nagy mennyiségű adalékanyagot gyártó létesítmények 40–60%-ában.
Esettanulmány: Scaling Post{0}}Térfogat-adalékanyagú fém 3D-nyomtatási program feldolgozása a Sunhingstones-nál
2023 elején a Sunhingstones gyártási szerződést kapott 316 literes rozsdamentes acél hidraulikus elosztótestek szállítására egy ipari automatizálási ügyfél számára, 350 egység havi mennyiségi szükséglettel és négyhetes szállítási ciklussal a megrendeléstől a kiszállításig.
A Kihívás
Az alkatrészeket korábban havi 10–15 egység prototípus-mennyiségben gyártották, az utófeldolgozást kézzel végezték: a támasztékokat kézzel eltávolították, a feszültségmentesítést egy kis szakaszos kemencében más programokkal közösen, a felületkezelést kézi szemcseszórással és a 100%-os CMM-ellenőrzést. A teljes utófeldolgozási idő-részenként körülbelül 4,5 óra volt. Havi 350 egységnél, ami több mint 1500 órányi utó{11}}feldolgozási munkának - egyenértékű a megállapodás szerinti egységár és szállítási ciklus mellett.
Feldolgozás-Újratervezés
A Sunhingstones gyártásmérnöki csapata nyolc héttel a gyártás elindítása előtt egy utó{0}}feldolgozási újratervezési programot hajtott végre, amely minden egyes lépést megvizsgált:
Támogatás újratervezése:A DfAM-felülvizsgálat 42%-kal csökkentette a támogatási mennyiséget a build orientációjának optimalizálása és a három funkció öntámogató geometria{1}}módosítása révén. Ez önmagában a kézi eltávolítási időt 2,1 óráról 0,9 órára csökkentette alkatrészenként.
Hőkezelési adagolás:Egy speciális feszültségcsökkentési ütemtervet állítottak fel 120 egységre kemenceciklusonként, hetente kétszer. A részenkénti kemenceidő 1,1 óráról 0,18 órára csökkent a térfogati tételnél.
Automatizált felületkezelés:Az elosztó-geometriához vibrációs befejező rendszert minősítettek, amely minden külső felületen egyenletes Ra 3,2 μm-t ért el. A kézi simítás csak három belső port-funkciónál maradt meg, amelyek Ra 1,6 μm-t igényeltek, így a kézi befejezési idő 0,8 óráról alkatrészenként 0,15 órára csökkent.
SPC{0}}alapú ellenőrzés:Egy 60 első-gyártási alkatrészen végzett képességtanulmány megállapította, hogy a Cpk 1,45-nél nagyobb vagy egyenlő mind a nyolc kritikus dimenzióban. Az ellenőrzés átállt egy 10%-os mintavételi tervre, SPC-monitorozással, így a vizsgálati idő alkatrészenkénti 1,4 óráról átlagosan 0,14 órára csökkent.
Az összesített eredmény az átlagos utófeldolgozási idő -részenkénti 4,5 óráról 1,37 órára - 70%-os csökkenése volt. A program több mint 12 hónapja nagy mennyiségben fut, nem{6}}nem megfelelőek a mezők, és 98,6%-os első-hozamú.
|
Eredmény: 70%-kal csökken az alkatrészenkénti utófeldolgozási idő{1}}a munkafolyamat szisztematikus újratervezésével. 350 egység havi átviteli sebessége, következetesen a négy-hetes ciklusidőn belül. A mennyiségi gyártás tizenkét hónapja alatt nincs mezőbeli eltérés-. |
Az iparág elismerése és az utazás iránya
A fém 3D nyomtatási utófeldolgozás-nagy mennyiségben történő feldolgozása egyre nagyobb figyelmet keltett a szabványügyi testületek, a kereskedelmi szervezetek és a kutatás finanszírozói körében. Az ASTM International F42 Additív Gyártással foglalkozó Bizottsága olyan szabványokat tett közzé vagy fejleszt ki, amelyek kifejezetten az utólagos-feldolgozási sorozat minősítésére vonatkoznak, beleértve az ASTM F3303-at (Standard for Additive Manufacturing - Post{7}}Processing) és a kapcsolódó útmutató dokumentumokat, amelyek kifejezetten elismerik a mennyiségi gyártás kontextusát.
A Szerszámgépiparok Európai Szövetsége (CECIMO) 2023-ban tette közzé az additív gyártási politikára vonatkozó ajánlásait, amelyek kifejezetten az utófeldolgozás automatizálásába való befektetésre szólítanak fel, amely feltétele annak, hogy az európai adalékanyag-gyártás ellátási láncai hatékonyan versenyezzenek a hagyományos gyártással. A jelentés az utófeldolgozási teljesítményt-említi meg, mint a leginkább használható eszközt az additív gyártási egységköltségek méretarányos csökkentésére.
Vállalati szinten a Sunhingstones hozzáigazította fém 3D-nyomtatási szolgáltatásának minőségét és gyártási rendszereit ezekhez a fejlődő szabványokhoz, és befektet a szakaszos hőkezelési kapacitásba, az automatizált felületkezelésbe, a digitális nyomon követhetőségi infrastruktúrába és az SPC{1}}alapú minőségirányításba. Ezeket a beruházásokat arra tervezték, hogy támogassák az ügyfeleket a prototípusról a volumenprogramokra való átállásban, anélkül, hogy az átviteli teljesítményt és a költségbüntetéseket olyan terhelések nélkülöznék, amelyek korábban megnehezítették az átállást.
Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)
A következő kérdések a mérnökök és beszerzési menedzserek által leggyakrabban felvetett aggodalmakat tükrözik az additív fém 3D-nyomtatást mennyiségi gyártáshoz - értékelve, és közvetlenül kapcsolódnak a cikk elején leírt gyártási forgatókönyvhöz.
1. kérdés: Mindig szükséges az utófeldolgozás{1}}a gyártás során használt fém 3D nyomtatott alkatrészekhez?
Gyakorlatilag minden szerkezeti és funkcionális alkalmazáshoz igen. Mivel-a beépített fém 3D nyomtatási részek maradó feszültséget, felületi érdességet tartalmaznak, amely általában meghaladja a funkcionális követelményeket, és - az alkalmazástól függően - porozitást, amelyet HIP-pel kell lezárni. A szükséges konkrét utófeldolgozási lépések az alkalmazástól, a 3D fémötvözettől és a vonatkozó iparági szabványoktól függenek. A nem-szerkezeti alkatrészek, amelyeknek nincs felületi minősége vagy mechanikai tulajdonságokra vonatkozó követelményei, épített állapotban is használhatók, de ezek a nagy mennyiségű gyártási programok kis részét teszik ki.
2. kérdés: Mekkora gyártási mennyiségnél válik gazdaságilag életképessé az utófeldolgozás-a fém 3D-nyomtatáshoz?
A kiegyenlített mennyiség-a utólagos-feldolgozási lépésektől és az alkalmazott automatizálás mértékétől függ. Általános hivatkozásként a Sunhingstones gyártási adatai azt mutatják, hogy a körülbelül havi 50 egység feletti programok jelentős előnyt jelentenek a szakaszos hőkezelésből és a tömeges befejezésből, valamint további előnyökkel jár a havi 100 egység feletti SPC{4}}alapú ellenőrzés. A támaszték eltávolításának és felületkezelésének robotautomatizálása általában havi 200 vagy több egységet igényel a programozási és rögzítési beruházások indokolásához.
3. kérdés: Hogyan befolyásolja az utófeldolgozás{1} a fém 3D nyomtatási szolgáltatási program átfutási idejét?
A fémnyomtatási gyártási programban általában az utófeldolgozás a teljes átfutási idő leghosszabb eleme, nem maga a nyomat. Egy rosszul megtervezett munkafolyamatban az utófeldolgozás-kétszer-négyszer annyi időt vehet igénybe, mint a felépítés. Egy jól-megtervezett mennyiségi gyártási munkafolyamatban - szakaszos hőkezeléssel, automatizált befejezéssel és párhuzamos ellenőrzéssel, - az utó-feldolgozás átfutási ideje tételenként egy-két napra csökkenthető. A lényeg az, hogy a termelési mennyiség utófeldolgozási folyamatát a program indítása előtt meg
4. kérdés: Mely 3D-s fémötvözetek kompatibilisek leginkább az automatizált utó{2}}feldolgozással?
A rozsdamentes acél 316L és 17{5}}4PH, a titán Ti6Al4V és az alumínium AlSi10Mg a legfejlettebb automatizált utófeldolgozási munkafolyamatokkal rendelkező ötvözetek, ami tükrözi a fém 3D nyomtatási szolgáltatási programjaiban való elterjedtségüket. Mindegyik kompatibilis a szakaszos hőkezeléssel, a vibrációs vagy tömeges megmunkálással és az automatizált CNC megmunkálással. A reaktív ötvözetek, például a tiszta titán és egyes alumíniumötvözetek hőkezelés során inert atmoszférát igényelnek, ami növeli a folyamat bonyolultságát, de alapvetően nem akadályozza meg a térfogati utófeldolgozást.
5. kérdés: Hogyan kezeli a Sunhingstones az utólagos feldolgozás konzisztenciáját{1}} nagy tételekben?
A dokumentált folyamateljárások, a kalibrált és felügyelt berendezések, a kritikus méretekre vonatkozó statisztikai folyamatvezérlés és a teljes digitális nyomon követhetőség kombinációja révén, amely minden alkatrészt összekapcsol a gyártási, hőkezelési és ellenőrzési nyilvántartásokkal. Az ismétlődő volumenű programok esetében a Sunhingstones dedikált eljárási ütemeket hoz létre a hőkezeléshez és a befejezéshez, biztosítva a konzisztens átvitelt a megosztott{1}}erőforrás-utó{2}}feldolgozást befolyásoló ütemezési változatosság nélkül.
6. kérdés: Garantálható-e az utólagos feldolgozás minősége, hogy állandó maradjon az adalékos fém 3D nyomtatási mennyiségének növekedésével?
Igen, de csak akkor, ha az utófeldolgozási{0}}munkafolyamatot kezdettől fogva a célkötethez tervezték. A mennyiségi konzisztencia stabil, automatizált folyamatokat igényel számszerűsített képességgel (Cpk adatok), nem pedig a manuális folyamatok gyorsabban futnak. Az ebben a cikkben szereplő Sunhingstones esettanulmány azt mutatja, hogy az alkatrészenkénti utófeldolgozási idő 70%-os csökkenése -az első -98,6%-os --os hozam mellett sikerült volna, amely eredmény nem lett volna lehetséges a munkafolyamat előzetes áttervezése nélkül.
Következtetés: Az utólagos feldolgozás gyártásmérnöki probléma, nem pedig termelési kényszer
A nyitó forgatókönyv gyártásvezetője nem azért veszített el egy megrendelést, mert az additív fém 3D-nyomtatás sikertelen volt, hanem azért, mert az utófeldolgozást soha nem tervezték az ügyfél által igényelt mennyiséghez{1}. Ez mérnöki tervezési kudarc, és ezt az iparág fokozatosan megoldja.
A fémnyomtatás utólagos-feldolgozása kompatibilis a mennyiségi gyártással -, de ez a kompatibilitás nem automatikus. Ugyanazt a szisztematikus mérnöki figyelmet igényel, mint a nyomtatási folyamatban: DfAM a támogatási terhek minimalizálása érdekében, kötegelt hőkezelés az alkatrészenkénti költség és átfutási idő csökkentése érdekében, automatizált felületkezelés a kezelői változékonyság kiküszöbölése érdekében, SPC-alapú ellenőrzés az átviteli minőség fenntartása érdekében, valamint digitális nyomon követhetőség a szabályozott ügyfelek dokumentációs követelményeinek kielégítése érdekében.
A Sunhingstones a gyártás során bebizonyította, hogy ezek az elvek együttes alkalmazása 70%-kal csökkentheti az alkatrészenkénti utófeldolgozási időt-, miközben megőrzi az ügyfelek és a szabályozási követelményeknek megfelelő minőségi mutatókat. Ha szervezete a prototípusról a kötetadalékos fém 3D-nyomtatásra való átállást vizsgálja, vagy az utófeldolgozás ebben a cikkben leírt szűk keresztmetszete- tapasztalható, a Sunhingstones gyártásmérnöki csapata készséggel áttekinti a jelenlegi munkafolyamatot, és azonosítja a legmagasabb-értéknövelési lehetőségeket.
Hivatkozások és további irodalom
A következő források tájékoztatták a cikkben hivatkozott adatokat és műszaki tartalmat:
1. MarketsandMarkets (2024). Fémadalékanyagok gyártási piaca - Globális előrejelzés 2030-ig. www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/metal-additive{9}}manufacturing{10}}market-101143730.html
2. Deloitte (2023). Méretező additív gyártás: akadályok és lehetőségek az ipari termelésben. Deloitte Insights. www2.deloitte.com/insights/us/en/focus/industry-4-0/additive-manufacturing-3d-printing.html
3. Wohlers Associates (2023). Wohlers-jelentés 2023: 3D nyomtatás és additív gyártás - Az iparág globális helyzete. Wohlers Associates. www.wohlersassociates.com/wohlers{10}}jelentést
4.Li, R. et al. (2022). "A DfAM hatással van a támasztérfogatra és az eltávolítási időre a lézerporágy-fúzióban." Journal of Manufacturing Processes, 74, pp. 212–224. doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.12.018
5. Aerospace Industries Association (2021). Az additív gyártási beszállítói minőségértékelési felmérés eredményei. AIA. www.aia-aerospace.org/report/additive-gyártási-beszállítói{10}minőség
6. Chen, W. et al. (2022). "HIP hatása az LPBF 316L rozsdamentes acél kifáradási teljesítményére." Anyagtudomány és Műszaki A, 848, 143375. doi.org/10.1016/j.msea.2022.143375
7.ASTM International - ASTM F3303: Szabvány az additív gyártáshoz - Utófeldolgozás. www.astm.org/f3303.html
8.CECIMO (2023). Az additív gyártáspolitikai ajánlások az európai szerszámgépipar számára. Szerszámgépiparok Európai Szövetsége. www.cecimo.eu/publications/additive-gyártási-irányelv-ajánlások-2023
9. Kim, J. et al. (2023). "Statisztikai folyamatszabályozás az additív gyártásban: vizsgálati költségcsökkentési tanulmány." International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 125, pp. 4401–4415. doi.org/10.1007/s00170-023-11234-x
10:00-MOTION Consortium (2023). Útiterv az automatizált-postafeldolgozáshoz a nagy-mennyiségű additív gyártásban. Horizont Európa program. www.am-motion.eu/roadmap