Wird der Metall-3D-Druck zum Mainstream-Verfahren für die Formenherstellung werden?

1. Technologischer Durchbruch: Übergang von der „Prototypverifizierung“ zur „Terminalfertigung“
Die Metall-3D-Drucktechnologie hat einen langen Weg zurückgelegt, seit sie zunächst hauptsächlich zur Überprüfung von Prototypen eingesetzt wurde. Jetzt können Endstücke direkt hergestellt werden. Die Laser-Pulverbett-Schmelztechnologie (LPBF) kann durch das Übereinanderstapeln von Metallpulvern komplizierte Strukturen erzeugen, die mit bestehenden Methoden nur schwer herzustellen sind, wie etwa konforme Kühlwasserkanäle und interne Verstärkungsrippen. Diese Strukturen sind sehr nützlich für die Herstellung von Formen. Beispielsweise kann der konforme Kühlwasserkreislauf den Spritzgießzyklus deutlich verkürzen und das Produkt verbessern; Die inneren Verstärkungsrippen können die Form stärker machen und länger halten.

Der Metall-3D-Druck wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie erfolgreich zur Herstellung wichtiger Teile wie Turbinenschaufeln und Treibstoffdüsen von Triebwerken eingesetzt. Für die Herstellung einer bestimmten Art von Motorkraftstoffdüse auf altmodische -Methode müssen Dutzende Teile zusammengebaut werden. Mit der 3D-Drucktechnologie wird daraus jedoch eine einzige, kompliziertere Struktur hergestellt. Dies macht es nicht nur leichter und langlebiger, sondern verkürzt auch den Produktionszyklus von Monaten auf Wochen. Dieses Paradigma der „designorientierten Fertigung“ verändert die Art und Weise, wie Unternehmen im High-End-Gerätebau miteinander konkurrieren.

2. Kosten-effektivität: der Übergang von der „kostspieligen-Exploration“ zur „groß-Anwendung“
Die Kosten-effektivität des Metall-3D-Drucks wird ihn zu einer gängigen Praxis machen. Die Herstellung von Formen auf die altmodische -Methode umfasst viele Phasen, wie Schneiden, Funkenerosion und Drahtschneiden. Dies erfordert den Einsatz vieler verschiedener Maschinen und Schritte, was den Prozess sehr teuer macht. Der Metall-3D-Druck vereint alle Schritte, die bei der Herstellung eines Gegenstands erforderlich sind. Dies vereinfacht den Prozess und reduziert den Bedarf an Arbeitskräften und Ausrüstung in den Mittelgliedern.

Beispielsweise erforderte die Herstellung einer Gussform für ein bestimmtes Autoteil früher fünf Ausrüstungssätze, drei Bediener und 72 Stunden Bearbeitungszeit, was 12.000 Yuan kostete. Beim Metall-3D-Druck sind jetzt nur noch ein Gerät, ein Bediener und 24 Stunden Druckzeit erforderlich, und die Kosten sind auf 4.000 Yuan gesunken, was einem Rückgang von 67 % entspricht. Außerdem werden beim Metall-3D-Druck mehr als 95 % des Materials verwendet, und nicht verwendetes Metallpulver kann recycelt werden, was die Materialpreise noch weiter senkt.

Die Anschaffungskosten für die Ausrüstung für den Metall-3D-Druck sind hoch und die Druckgeschwindigkeit ist immer noch langsamer als beim herkömmlichen Spritzguss. Aber wenn die Technologie immer besser wird und immer mehr Menschen damit beginnen, sie in großem Umfang zu nutzen, werden die Kosten für die Ausrüstung wahrscheinlich weiter sinken und die Druckeffizienz wahrscheinlich weiter steigen. Beispielsweise muss das Klebstoff-Spritzgussverfahren nach der Verwendung entfettet und gesintert werden, aber es druckt 50- bis 100-mal schneller als LPBF und dürfte für die Produktion in großem Maßstab sehr nützlich sein.

3. Anwendungsszenario: Übergang von „High-End-Anpassung“ zu „Massenproduktion“
Der Metall-3D-Druck entwickelt sich langsam von der High-End-Anpassung zur Massenproduktion im Formenbau. Der Metall-3D-Druck ist zum wichtigsten Verfahren zur Herstellung komplizierter Strukturteile und wesentlicher Teile in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt und Verteidigung geworden. Der Metall-3D-Druck hat nach und nach Einzug in verschiedene Phasen der Formenherstellung in Bereichen wie der Automobil- und Unterhaltungselektronikindustrie gehalten. Dies liegt daran, dass es sich schnell an Designänderungen anpassen und kleine Mengen personalisierter Produkte herstellen kann.

Im Bereich der Unterhaltungselektronik beispielsweise mussten die Formen aufgrund der zunehmenden Geschwindigkeit der Produktiteration flexibler und reaktionsschneller sein. Mit der Metall-3D-Drucktechnologie können Designmodelle schnell in echte Formen umgewandelt werden, und der Spannvorgang nimmt weniger Zeit in Anspruch, wodurch der Formenherstellungszyklus viel kürzer wird. Der Metall-3D-Druck kann die Produktionszykluskosten senken und die Produktion bei der Herstellung kleiner Chargen verschiedener Arten von Spritzgussprodukten effizienter machen.

Auch für die Reparatur und Wiederaufbereitung von Formen hat sich der Metall-3D-Druck als vielversprechend erwiesen. Mithilfe von Methoden wie der gezielten Energieabscheidung (DED) können abgenutzte-Formabschnitte schnell repariert und wiederaufbereitet werden, was die Lebensdauer der Formen verlängert und die Produktionskosten senkt.

4. Zusammenarbeit in der Industriekette: Übergang vom „Single Point Breakthrough“ zum „Ökologischen Aufbau“
Der Metall-3D-Druck muss die Hauptmethode zur Herstellung von Formen sein und es muss ein vollständiges Ökosystem für die Industriekette aufgebaut werden. Das bedeutet, dass vorgelagerte Materiallieferanten, mittlere Ausrüstungshersteller und nachgelagerte Anwendungsdienstleister eng zusammenarbeiten müssen. Es bedeutet auch, dass Standardisierungssysteme aufgebaut und Talente gefördert werden müssen.

Wenn es um Materialien geht, sind hoch-leistungsfähige Metallpulver für Forschung und Verwendung von großer Bedeutung. Mithilfe neuer Technologien zur Zerstäubungspulverproduktion haben inländische Unternehmen erfolgreich Titanlegierungspulver in Luftfahrtqualität mit einem Sauerstoffgehalt unter einem bestimmten Wert hergestellt. Die mechanischen Eigenschaften dieser Pulver entsprechen den Spezifikationen für Schmiedeteile. Der zunehmende Einsatz umweltfreundlicher Materialien trägt ebenfalls zu einer Veränderung der umweltfreundlichen Fertigung bei. Beispielsweise erfreuen sich Polymilchsäure (PLA) und andere biologisch abbaubare biobasierte Materialien bei Verbrauchern zunehmender Beliebtheit.

Auf dem Markt für 3D-Druckgeräte aus Metall in Industriequalität herrscht ein „zweigleisiges Wettbewerbsmuster“, wenn es um Geräte geht. Inländische Unternehmen haben differenzierte Substitutionen in der Militär- und neuen Energieindustrie vorgenommen, indem sie große Ausrüstung hergestellt und die Kosten gesenkt haben. Ein Unternehmen hat einen sehr großen 3D-Metalldrucker gebaut, der erfolgreich das gesamte Gerüst eines bestimmten Typs von Raketentreibstofftanks gedruckt hat. Dies zeigt, dass China bei der Herstellung großer Strukturbauteile weltweit am besten ist.

Die Internationale Organisation für Normung (ISO) hat Standards für additive Fertigungstechnologien festgelegt, die wichtige Bereiche abdecken, darunter das Testen von Materialien, das Kalibrieren von Geräten und die Sicherstellung einer hohen Qualität. Inländische Industriegruppen waren auch für die Entwicklung von Gruppenstandards für den 3D-Dentaldruck verantwortlich, was dazu beigetragen hat, den Markt in Ordnung zu halten und dem Unternehmen zu einem gesunden Wachstum zu verhelfen.