Wie hoch sind die Wartungskosten für 3D-Druckformen aus Metall?

一, Kosten für die Wartung der Ausrüstung: Vollinvestition von der Hardware bis zur Software
1. Verschleiß und Belastung wichtiger Teile und Wertminderung der Ausrüstung
3D-Druckgeräte aus Metall, wie z. B. Geräte mit SLM- und EBM-Technologie, sind sehr teuer. Die besten Modelle können Millionen von Yuan kosten und die Abschreibungskosten machen einen großen Teil der Wartungskosten aus. Beispielsweise verfügt der Platinum BLT-S800 über 8 Laser, hochpräzise Spiegel, Vakuumkammern und andere wichtige Teile. Laser (die etwa 20.000 Stunden halten) und Spiegel (die etwa 50.000 Stunden halten) sind zwei wichtige Teile, die nach längerem Gebrauch regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Eine Fallstudie eines Herstellers von Luftfahrtteilen zeigt, dass der Austausch von Kernteilen 40 % der jährlichen Wartungskosten eines Geräts und der Austausch von Lasern mehr als 60 % der Gesamtkosten aller Teile kostet.

2. Intelligente Verwaltung und Wartung, die Probleme verhindern, bevor sie auftreten
Unternehmen müssen ein vorbeugendes Wartungssystem einrichten, um Verluste durch plötzliche Ausfälle, die zu Ausfallzeiten führen, zu reduzieren. Beispielsweise können IoT-Sensoren die Temperatur, Vibration, Leistung und andere Faktoren eines Geräts in Echtzeit im Auge behalten, und KI-Algorithmen können diese Daten nutzen, um zu erraten, wann Probleme auftreten könnten. Ein bestimmtes Unternehmen, das Formen für Autos herstellt, konnte durch den Einsatz dieser Technik die Anzahl der Ausfälle seiner Ausrüstung um 35 % und die Wartungskosten um 20 % senken. Auch das Wachstum von Systemen zur Gerätefreigabe, wie etwa dem On-Demand-Manufacturing-Netzwerk von 3D Systems, hat es einfacher gemacht, die Kosten für die Wartung einzelner Geräte durch die Zusammenführung von Wartungspersonal zu teilen.

3. Software aktualisieren und Daten sicher aufbewahren
Für den Metall-3D-Druck sind Designsoftware (wie SolidWorks oder Magics) und Slicing-Software (wie Autodesk Netfabb) erforderlich. Der Preis für die Lizenzierung und Aktualisierung dieser Programme sollte im Wartungsbudget enthalten sein. Eine Fallstudie eines Unternehmens, das medizinische Implantate herstellt, zeigt, dass die Kosten für Software-Upgrades etwa 15 % der gesamten jährlichen Wartungskosten ausmachen. Nach der Modernisierung kann jedoch durch die Verbesserung des Druckprozesses der Materialverbrauch um 10 % gesteigert werden, wodurch ein Teil der Kosten gedeckt werden kann. Gleichzeitig sind die Ausgaben für den Datenschutz (z. B. verschlüsselte Übertragung und Cloud-Backup) auch implizite Kosten, die nicht übersehen werden dürfen, insbesondere in Bereichen, in denen viel Sicherheit erforderlich ist, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt.

2. Kosten für die Materialverwaltung: Den gesamten Prozess vom Einkauf bis zum Recycling so effizient wie möglich gestalten
1. Der Preis und die Stabilität der Metallpulver-Lieferkette
Das Hauptmaterial für die Herstellung von 3D-Druckformen ist Metallpulver. Sein Preis wird stark von Veränderungen auf dem Rohstoffmarkt, den Produktionsmethoden und den Reinheitskriterien beeinflusst. Beispielsweise könnte Titanlegierungspulver zehnmal teurer sein als normale Kunststoffmaterialien. Auch Änderungen der Partikelgrößenverteilung und der Fließfähigkeit verschiedener Lieferanten können zu unterschiedlichen Druckqualitäten führen. Eine Fallstudie zu einem bestimmten Projekt zur Formung von Flugzeugtriebwerksschaufeln zeigt, dass der Abschluss langfristiger Verträge mit Lieferanten, die Festlegung von Pulverpreisen und die Optimierung der Beschaffungschargen die Materialkosten um 18 % senken konnten.

2. Die Geschwindigkeit, mit der Pulver verwendet wird, und die Technologie zu dessen Recycling
Vor dem Recycling muss das ungeschmolzene Pulver, das im Metall-3D-Druck verwendet wird, gesiebt, getrocknet und auf andere Weise behandelt werden. Durch mehrmaliges Recycling werden die Partikel jedoch größer und fügen mehr Sauerstoff hinzu, was die Qualität des Drucks beeinträchtigen kann. Ein bestimmter Hersteller von Verbindungsformen für die Automobilindustrie verwendet ein geschlossenes Pulvermanagementsystem, das den Pulverstatus in Echtzeit überwacht und die Recyclingquote automatisch ändert. Dadurch steigt der Pulverausnutzungsgrad von 75 % auf 92 % und die Materialkosten für eine einzelne Form sinken um 25 %. Außerdem können neue Verfahren zur Herstellung von Pulvern, wie etwa die Gaszerstäubung, Pulver kugelförmiger machen, was die Spritzerbildung beim Drucken verringert und sie noch besser macht.

3. Kosten für den Hilfsgas- und Energieverbrauch
Um zu verhindern, dass Metall rostet, muss der 3D-Druck in einer Inertgasumgebung wie Argon erfolgen. Die Kosten für Argongas machen 5 bis 15 % der gesamten Druckkosten aus, und wie viel Sie davon verbrauchen, hängt vom Druckverfahren und davon ab, wie gut die Ausrüstung versiegelt ist. Durch die Änderung der Druckeinstellungen, wie z. B. dünnere Schichten und schnellere Scangeschwindigkeit, konnte bei einem bestimmten Aluminiumlegierungsformprojekt der Argongasverbrauch um 30 % gesenkt werden. Gleichzeitig kann der Einsatz energiesparender Geräte wie EBM-Drucker mit Energierückgewinnungssystemen dazu beitragen, die Energiekosten zu senken. Eine Fallstudie zeigt, dass die Energieverbrauchskosten einer einzelnen Form im Vergleich zu herkömmlichen Geräten um 40 % gesenkt werden.

3, Kosten der Prozessoptimierung: Lean Management von der Änderung von Parametern bis zur Qualitätskontrolle
1. Finden der besten Prozessparameter und Aufwand zum Ausprobieren
Qualität und Kosten des 3D-Drucks mit Metall werden direkt von Faktoren wie Laserleistung, Scangeschwindigkeit und Schichtdicke beeinflusst. Zu Beginn eines Projekts zur Herstellung einer Form für eine Flugzeugturbinenscheibe lag die Fehlerquote beim Druck bei bis zu 30 %, da die Parameter nicht korrekt festgelegt wurden. Jeder Versuch und Irrtum einer Form kostete mehr als 50.000 Yuan. Durch den Einsatz von KI-Prozessoptimierungslösungen wie dem Figure 4 Production System von 3D Solutions konnte das Unternehmen die Trial-and-Error-Kosten auf weniger als 5 % senken. Gleichzeitig ist die Druckeffizienz um 20 % gestiegen.

2. Die Kosten für die Nachbearbeitung und Aktualisierung der Automatisierung
Metallformen für den 3D-Druck müssen häufig nach ihrer Herstellung behandelt werden, was Wärmebehandlung, CNC-Präzisionsbearbeitung und Polieren umfassen kann. Diese Schritte können die Gesamtkosten der Form um 15 bis 30 % erhöhen. Ein Unternehmen, das Spritzgussformen für Autos herstellt, hat die Zeit, die für die Fertigstellung der Formen benötigt wird, von 72 Stunden auf 24 Stunden verkürzt und die Arbeitskosten um 60 % gesenkt, indem es automatisierte Nachbearbeitungslinien wie fünf{9}Achsen-CNC-Werkzeugmaschinen und Roboterpoliersysteme hinzugefügt hat. Mit In-{11}}In-situ-Überwachungstechnologien wie Infrarotkameras und Schmelzbadsensoren können Druckfehler auch sofort erkannt werden, was den Bedarf an Nacharbeiten nach der Verarbeitung verringert.

3. Kosten für Prüfung und Qualitätskontrolle
Um die Qualität von 3D-Druckformen aus Metall zu überprüfen, benötigen Sie sehr genaue Werkzeuge wie CT-Scans und Koordinatenmessgeräte. Diese Werkzeuge machen 10 bis 20 % der gesamten Wartungskosten aus. Für ein spezifisches medizinisches Implantatformprojekt wurde ein digitales Qualitätsmanagementsystem (z. B. QMS-Software) eingerichtet. Dieses System sammelt und analysiert automatisch Erkennungsdaten, was den Prozess um 50 % beschleunigt. Auch die statistische Prozesskontrolle (SPC) hat die Fehlerquote von 2 % auf 0,5 % gesenkt.

4, Kosten der Umweltkontrolle: Investitionen in die Einhaltung von Vorschriften, von der Aufrechterhaltung stabiler Temperatur und Luftfeuchtigkeit bis hin zur Müllentsorgung
1. Anforderungen an die Produktionsumgebung und Investitionen in Anlagen
Für den Metall-3D-Druck sind ganz bestimmte Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Sauberkeit erforderlich. Es braucht auch Werkstätten mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit sowie Luftreinigungsgeräte. Ein High-End-Unternehmen für kundenspezifische Automobile führte eine Fallstudie durch und stellte fest, dass die Kosten für die Umweltkontrolle seiner 3D-Druckwerkstatt 12 % der gesamten jährlichen Wartungskosten ausmachen. Durch die Optimierung des Werkstattlayouts (z. B. durch den Einsatz lokaler Reinigungseinheiten) und intelligente Temperaturkontrollsysteme konnte der Energieverbrauch jedoch um 25 % gesenkt werden.

2. Müll entsorgen und Umweltregeln befolgen
Um die Umweltvorschriften einzuhalten, müssen die Abfälle aus dem Metall-3D-Druck, wie ungeschmolzenes Pulver und Stützstrukturen, sortiert und recycelt werden. Ein bestimmter Hersteller von Flugzeugformen hat einen Mechanismus eingerichtet, um 95 % des Metallpulvers und 80 % der tragenden Komponenten zu recyceln und wiederzuverwenden. Darüber hinaus arbeitet das Unternehmen mit spezialisierten Umweltschutzunternehmen zusammen, um gefährliche Abfälle zu beseitigen, wodurch die Compliance-Kosten jedes Jahr um 30 % gesenkt werden.