قابلیت ها و محدودیت های چاپ سه بعدی صنعتی تجزیه و تحلیل شد

اگر تولید تخفیف سنتی شبیه " مجسمه سازی " باشد، پس تکنولوژی چاپ سه بعدی نشان دهنده یک انقلاب مهندسی دقیق است که بر اساس " انباشت " ساخته شده است.,این رویکرد تولید افزودنی (AM) اساساً منحنی های هزینه تولید و کارایی زنجیره تامین را تغییر می دهد.ما باید فراتر از واژه های بازاریابی حرکت کنیم تا سه ابعاد مهم را بررسی کنیم.: اصول فنی، ارزش تجاری و محدودیت های ذاتی.

چاپ سه بعدی یک فرآیند تک نفره نیست بلکه یک مجموعه پیچیده تکنولوژیکی است که اشیاء را لایه به لایه از داده های CAD می سازد.کاربردهای صنعتی فعلی عمدتاً بر اساس شکل مواد و مکانیسم های جامد شدن به این دسته بندی ها می رسند:

این روش مواد ترموپلاستیک را از طریق یک نوزل گرم برای قرار دادن لایه به لایه بیرون می کشد. مزایای آن شامل هزینه های کم تجهیزات و عملکرد کاربر پسند است.آن را برای نمونه های اولیه مفهومی و تأیید عملکردی ایده آل می کند.

با استفاده از پرتو لیزر برای درمان لایه به لایه رزین فوتوپلیمر مایع، SLA در تولید قطعات با دقت بالا با سطوح پیچیده منحنی و پایان سطح برتر برجسته است.

این تکنیک مواد پودری (مانند نایلان) را با پرتوهای لیزر سینتر می کند، بدون نیاز به ساختارهای پشتیبانی و تولید قطعات کاربردی با هندسه های داخلی پیچیده است.

MJF با استفاده از مواد اتصال دهنده و جذب کننده های حرارتی و سپس گرمایش مادون قرمز، تولید نمونه های اولیه سریع با بهره وری تولید استثنایی و عملکرد قطعات مکانیکی را به دست می آورد.

این فرآیند فیوژن لیزری با انرژی بالا برای پودرهای فلزی در بخش های هوافضا و ایمپلنت های پزشکی ضروری شده است.ایجاد کانال های داخلی و ساختارهای سبک با ماشین آلات معمولی غیرممکن است.

از منظر تولید مبتنی بر داده، چاپ سه بعدی ارزش تجاری را در چهار ابعاد کلیدی ارائه می دهد:

• تکرار چابک و نمونه سازی سریع:چرخه های طراحی را از هفته ها به ساعت ها فشرده می کند، به طور چشمگیری هزینه های توسعه محصول را کاهش می دهد.
• آزادی هندسی:بر محدودیت های سنتی تولید قالب غلبه می کند، ساختارهای پیچیده شبکه، طرح های بیومیمیتیک و ادغام عملکردی با کاهش وزن را امکان پذیر می کند.
• غیرمتمرکز سازی زنجیره تامین:مدل های چاپ بر اساس تقاضا بار موجودی را به حداقل می رسانند در حالی که تولید توزیع شده را قادر می سازد تا هزینه های لجستیک و انبار را کاهش دهد.
• بهره وری از منابع:در مقایسه با ضایعات مواد 50٪ تا 80٪ ماشینکاری CNC، AM مزایای زیست محیطی مشخصی را نشان می دهد، به ویژه در پردازش فلز گران قیمت.

در حالی که تولید افزودنی در تولید دسته های کوچک برجسته است، داده های تحلیلی چندین محدودیت مهم را نشان می دهد:

• محدودیت های مادی:علیرغم گسترش گزینه های مواد، AM هنوز هم از نظر خواص مکانیکی، مقاومت در برابر دما و طول عمر خستگی عقب مانده است.
• اقتصاد مقیاس معکوس:برای تولید انبوه، هزینه های ثابت در هر واحد AM به طور معمول از ابزار سنتی فراتر می رود. فراتر از نقاط قطع معادل، قابلیت اقتصادی آن به شدت کاهش می یابد.
• الزامات پس از پردازش:تکمیل چاپ برابر با کالاهای آماده نیست، شنبایی، درمان حرارتی و حذف پشتیبانی اغلب ۳۰ تا ۵۰ درصد از کل زمان تولید را مصرف می کنند، که اغلب هزینه های پنهان را نادیده می گیرند.
• نگرانی های مربوط به قابلیت اطمینان ساختاریضخامت لایه و انقباض مواد، خواص ذاتی آنزیوتروپ ایجاد می کند، که نیاز به تأیید شبیه سازی دقیق برای اجزای مواجه با بار فشارهای پیچیده دارد.

این تکنولوژی از تأیید نمونه اولیه ساده به تولید قطعات کاربردی در صنایع مختلف تکامل یافته است:

تولیدکنندگان خودرو از AM برای براکت های سبک وزن و لوازم سفارشی استفاده می کنند. در مراقبت های بهداشتی، ایمپلنت های خاص بیمار که مستقیماً از اسکن های CT تولید می شوند، به استاندارد بالینی تبدیل شده اند.صنعت هوافضا از DMLS برای نوزل های سوخت و مبادله گرما استفاده می کند که عملکرد بی سابقه ای را به دست می آوردبه عنوان تجهیزات به طور فزاینده ای شبکه شده و هوشمند، خوشه های چاپگر در مقیاس صنعتی در حال حاضر واحدهای تولیدی انعطاف پذیر ضروری را در اکوسیستم های مدرن تولید هوشمند تشکیل می دهند.