Met behulp van de tools van de 3D Spark-software analyseerde het team verschillende factoren die van invloed zijn op de productiekosten. Sommige factoren zijn specifiek voor onderdelen, andere voor processen. Een voorbeeld hiervan is het oriënteren van onderdelen om het aantal ondersteuningen te minimaliseren en het bouwbare oppervlak te maximaliseren.
Door krachten bij een scharnier te simuleren, kunnen deze gereedschappen materiaal verwijderen dat weinig effect heeft. Dit resulteert in een gewichtsverlies van 35%. Minder materiaal betekent ook snellere printtijden, wat de kosten verder verlaagt.
Eerlijk gezegd zou wat ze doen niets nieuws moeten zijn voor iedereen die zich met 3D-printen bezighoudt. Het is logisch om het onderdeel op een verstandige manier te positioneren. We hebben al gezien hoe afvalmateriaal wordt verwijderd bij 3D-printen en traditionele productieprocessen. Het meest interessante is het gebruik van tools die deze optimalisatie automatiseren. We weten niet hoeveel de software zal kosten en we vermoeden dat deze niet gericht is op de hobbyistenmarkt voor 3D-printen. Maar we vragen ons af wat er mogelijk is en we denken dat je met wat geduld en modelleerwerk in beschikbare software vergelijkbare resultaten kunt behalen.
Theoretisch gezien zou elk hulpmiddel dat eindige-elementenanalyse kan uitvoeren, het te verwijderen materiaal moeten kunnen bepalen. We hebben gemerkt dat autofabrikanten 3D-printing gebruiken.
“Door krachten bij het scharnier te simuleren, kunnen deze gereedschappen materiaal verwijderen dat geen significante impact heeft. Ik ben geen ingenieur, maar toen ik dit las, dacht ik aan eindige-elementenanalyse. Toen zag ik dat je het in de voorlaatste zin noemde. Natuurlijk doen autofabrikanten dat al. Hoe vergelijken we dat? Levert dit model ook kracht in noodsituaties, net als bij normaal gebruik?”
Elke rand, groef en afronding vereist machinetijd en gereedschapslijtage. Soms zijn extra gereedschapswisselingen nodig, en bij het bewerken van een ander oppervlak moeten onderdelen mogelijk worden bewerkt en opnieuw bevestigd om ze in een oriëntatie te brengen die het mogelijk maakt meerdere uitsparingen te creëren – mits er rondom een ​​geschikt gereedschap beschikbaar is.
Ik denk dat je een machine met meer bewegingsvrijheid zou kunnen gebruiken om het onderdeel in de optimale hoek te draaien... Maar tegen welke kosten?
3D-printen kent doorgaans geen dergelijke vormbeperkingen, waardoor zowel complexe als eenvoudige onderdelen gemakkelijk te maken zijn.
Aan de andere kant is het voordeel van traditionele subtractieve bewerking dat het materiaal de neiging heeft isotroop te zijn, het is in elke richting even sterk, en doordat er geen interne vlakken zijn, hoef je je geen zorgen te maken over slechte hechting als gevolg van slechte sintering. Het is ook mogelijk om het materiaal door een walserij te halen (een goedkope stap) om een ​​goede korrelstructuur te verkrijgen.
Alle 3D-printmethoden hebben beperkingen qua vorm. Zelfs delen van SLM. Zoals je misschien al vermoedt, maakt het isotrope karakter van SLM niet echt uit. De machines en processen die dagelijks worden gebruikt, leveren zeer consistente resultaten op.
De prijsbepaling is echter een heel ander verhaal. In de lucht- en ruimtevaartindustrie is het lastig om met 3D-printing echt concurrerend te zijn.
Ik zou zeggen dat de lucht- en ruimtevaartindustrie een van de weinige sectoren is waar de kosten van 3D-printen met metaal gerechtvaardigd zijn. De initiële productiekosten zijn een fractie van de kosten van een product voor de lucht- en ruimtevaart, en gewicht is zo belangrijk dat er gemakkelijk een toepassing voor te vinden is. Vergeleken met de torenhoge kosten van kwaliteitscontrole voor composietonderdelen, kan een vakkundig printproces en kritische maatinspectie aanzienlijke kostenbesparingen opleveren en een verademing zijn.
Het meest voor de hand liggende voorbeeld is alles wat tegenwoordig in raketmotoren wordt geprint. Je kunt veel onbevredigende kwaliteitspunten in complexe pijpleidingen elimineren, terwijl je tegelijkertijd de verliezen in de retourleiding en het gewicht vermindert. Ik denk dat sommige straalpijpen van motoren 3D-geprint zijn (misschien die van Superdraco?). Ik herinner me vaag nieuws over een soort geprinte metalen beugel op Boeing-vliegtuigen.
Producten zoals de nieuwe stoorzenders van de marine en andere nieuwe ontwikkelingen kunnen veel 3D-geprinte beugels bevatten. Het voordeel van topologie-geoptimaliseerde onderdelen is dat sterkteanalyse in het ontwerpproces is geïntegreerd en vermoeiingsanalyse er direct aan is gekoppeld.
Het zal echter nog wel even duren voordat technologieën zoals DMLS echt aanslaan in de auto-industrie en de maakindustrie. Gewicht speelt een veel minder belangrijke rol.
Een toepassing waar het goed werkt, is in hydraulische/pneumatische verdeelstukken. De mogelijkheid om gebogen kanalen en holtes voor krimpkous te maken is erg handig. Bovendien moet je voor certificeringsdoeleinden nog steeds een 100% stresstest uitvoeren, dus een grote veiligheidsmarge is niet nodig (de belasting is sowieso al vrij hoog).
Het probleem is dat veel bedrijven opscheppen over het bezit van een SLM-printer, maar weinigen weten hoe ze die moeten gebruiken. Deze printers worden alleen gebruikt voor snelle prototyping en staan ​​het grootste deel van de tijd stil. Omdat dit nog steeds een relatief nieuw vakgebied is, wordt verwacht dat de printers snel in waarde dalen en binnen 5 jaar afgedankt moeten worden. Dit betekent dat, hoewel de werkelijke kosten laag kunnen zijn, het erg moeilijk is om een ​​fatsoenlijke prijs te krijgen voor een productieopdracht.
De printkwaliteit is ook afhankelijk van de thermische geleidbaarheid van het materiaal. Aluminium heeft bijvoorbeeld de neiging om oppervlakteruwheid te creëren, wat kan leiden tot vervelende vermoeiingsverschijnselen (hoewel een manifold daar natuurlijk niet op zit te wachten als je daarvoor ontwerpt). Hoewel TiAlV6 uitstekend print en betere sterkte-eigenschappen heeft dan standaardkwaliteit 5, is aluminium meestal verkrijgbaar als AlSi10Mg, wat niet de sterkste legering is. T6 is weliswaar geschikt voor gietstukken van hetzelfde materiaal, maar niet voor SLM-onderdelen. Scalmaloy is wederom een ​​goede optie, maar moeilijk te licentiëren; weinig fabrikanten bieden het aan. Je kunt ook titanium met dunnere wanden gebruiken.
De meeste bedrijven hebben ook een fortuin, twintig proefexemplaren en je eerste kind nodig om het geprinte onderdeel te verwerken. Hoewel het functioneel gezien in wezen hetzelfde is als de machinaal gegoten onderdelen die jarenlang met de hand werden gemaakt, denken ze dat de geprinte onderdelen magisch zijn en dat klanten een flinke portemonnee hebben. Bovendien hebben AS9100-gecertificeerde bedrijven over het algemeen geen gebrek aan opdrachten en doen ze graag wat ze al jaren doen. Ze weten dat ze er geld mee kunnen verdienen en dat ze dat kunnen doen zonder beschuldigd te worden van een vliegtuigongeluk.
Dus ja: de lucht- en ruimtevaartindustrie kan profiteren van SLM-onderdelen, en sommige bedrijven doen dat ook, maar de eigenaardigheden van de industrie en de bedrijven die deze service leveren, zitten vast in de jaren 70, wat de zaken wat lastiger maakt. De enige echte ontwikkeling is de motor, waar geprinte brandstofinjectoren gemeengoed zijn geworden. Voor ons persoonlijk is de strijd om levering via ASML een zware opgave.
Uitlaatpijp voor 3D-printen in roestvrij staal P-51D. https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
Andere factoren die van invloed zijn op de bewerkingskosten zijn het beheersen van koelvloeistofverliezen door afbrokkeling en verdamping. Daarnaast moeten de spanen worden verwerkt. Elke vermindering van de spanenproductie kan aanzienlijke besparingen opleveren.
Dit wordt vaak topologieontwerp genoemd, en zoals je wellicht al vermoedt, is het een extra analyseniveau bovenop FEA. Het is pas de laatste jaren echt populair geworden, doordat de tools toegankelijker zijn geworden.
Wanneer je de naam Fraunhofer ziet, betekent dit dat deze gepatenteerd is en dat het de makersgemeenschap voor zeer lange tijd verboden is om deze te gebruiken.
Met andere woorden: we hebben een nieuwe manier bedacht om ervoor te zorgen dat uw auto wordt vervangen zodra uw garantie is verlopen.
Ik zie het verband niet tussen lichtere deurscharnieren en een kwaadaardig complot waardoor je je hele auto in de vuilnisbak gooit.
Levensduuranalyse bij vermoeiing is één ding; als je alleen de materiaalsterkte optimaliseert, krijg je uiteindelijk een onderdeel dat niet werkt.
Zelfs als ze het opzettelijk zo verzwakt hebben ontworpen, zal het niet snel na het einde van de garantieperiode kapotgaan. Het is immers maar een scharnier, maar het is nieuw en het is onwaarschijnlijk dat je de hele auto moet weggooien... Er zal gedurende de levensduur van de auto wel een vervangende auto beschikbaar komen, want over het algemeen is hij nog steeds goed, maar dat goedkope/makkelijk te vervangen onderdeel slijt – niets nieuws onder de zon...
In de praktijk wordt het, om te garanderen dat het aan de veiligheidsnormen voldoet, waarschijnlijk nog steeds grotendeels opnieuw ontworpen, net als de meeste autocarrosserieën/stoelen, vanwege de spanningen waaraan het bij normaal gebruik wordt blootgesteld. Dit geldt niet voor verkooppunten, tenzij dit wettelijk verplicht is in uw regio.
"Het is maar een scharnier", maar het is ook een voorbeeld van het ontwerpen van een onderdeel voor een specifieke levensduur. Als je dat op de rest van je auto toepast, zal je auto na verloop van tijd een wrak worden.
Het schandaal is het gevolg van hun frequente (MP3, zie ik!) patentbescherming.
De hele Amerikaanse economie is gebouwd op zo'n "chip". Volgens sommige maatstaven werkt het :-/.
Fraunhofer verrichtte veel wetenschappelijk onderzoek. Niet alleen toegepast, maar ook fundamenteel onderzoek. Dat kost allemaal geld. Als je het zonder patenten en licenties wilt doen, heb je meer overheidsfinanciering nodig. Met licenties en patenten dragen mensen in andere landen ook een deel van de kosten, omdat zij ook profiteren van de technologie. Bovendien zijn al deze onderzoeken erg belangrijk voor het behoud van de concurrentiepositie van de industrie.
Volgens hun website bedraagt ​​uw belasting ongeveer 30% (Grundfinanzierung), de rest komt uit bronnen die ook voor andere bedrijven beschikbaar zijn. Octrooi-inkomsten maken waarschijnlijk deel uit van die 70%, dus als u daar geen rekening mee houdt, zal er ofwel minder ontwikkeling zijn, ofwel meer belasting.
Om een ​​onbekende reden is roestvrij staal verboden en impopulair voor carrosserie-, motor-, transmissie- en ophangingsonderdelen. Roestvrij staal is alleen nog te vinden in sommige dure uitlaatpijpen, maar dan is het vaak van slechte kwaliteit, zoals martensitisch AISI 410. Als je een goede, duurzame uitlaat wilt, zul je zelf AISI 304/316 moeten gebruiken om zoiets te maken.
Alle gaten in dergelijke onderdelen zullen uiteindelijk verstopt raken met natte aarde en de onderdelen zullen zeer snel gaan roesten. Omdat het onderdeel is ontworpen voor een zo laag mogelijk gewicht, zal elke vorm van roest het direct te zwak maken voor de functie. Je zou geluk hebben als het slechts een deurscharnier betreft, of een minder belangrijke interne steun of hefboom. Als het om onderdelen van de ophanging, de transmissie of iets dergelijks gaat, zit je in de problemen.
PS: Weet iemand of er een auto van roestvrij staal bestaat die volledig is blootgesteld aan vocht, ontdooimiddel en vuil, inclusief het grootste deel van de carrosserie? Alle draagarmen, radiatorventilatorbehuizingen, enz. zijn voor elke prijs te koop. Ik ken de DeLorean, maar die heeft helaas alleen roestvrijstalen carrosseriepanelen en niet de hele carrosseriestructuur en andere belangrijke onderdelen.
Ik zou meer betalen voor een auto met een carrosserie, chassis, ophanging en uitlaat van roestvrij staal, maar dat betekent wel een prijsnadeel. Het materiaal is niet alleen duurder, maar ook moeilijker te vormen en te lassen. Ik betwijfel of motorblokken en cilinderkoppen van roestvrij staal wel zinvol zijn.
Het is ook erg moeilijk. Volgens de huidige brandstofverbruiksnormen biedt roestvrij staal geen enkel voordeel. Het zal tientallen jaren duren om de CO2-uitstoot van een auto die grotendeels van roestvrij staal is gemaakt, te compenseren en de duurzaamheidsvoordelen van het materiaal terug te verdienen.
Waarom denk je dat? Roestvrij staal heeft dezelfde dichtheid, maar is iets sterker. (AISI 304 – 8000 kg/m³ en 500 MPa, 945 – 7900-8100 kg/m³ en 450 MPa). Bij dezelfde plaatdikte heeft een roestvrijstalen behuizing hetzelfde gewicht als een behuizing van normaal staal. En je hoeft ze niet te schilderen, dus geen extra primer/verf/lak nodig.
Ja, sommige auto's zijn gemaakt van aluminium of zelfs titanium, waardoor ze lichter zijn, maar die bevinden zich meestal in het hogere marktsegment en kopers hebben er geen probleem mee om elk jaar een nieuwe auto te kopen. Bovendien roest aluminium ook, in sommige gevallen zelfs sneller dan staal.
Roestvrij staal is absoluut niet moeilijker te vormen en te lassen. Het is een van de makkelijkst te lassen materialen en, dankzij de hogere ductiliteit in vergelijking met gewoon staal, kan het in complexere vormen worden gegoten. Kijk maar eens naar pannen, spoelbakken en andere roestvrijstalen onderdelen die overal verkrijgbaar zijn. Een grote spoelbak van AISI 304 roestvrij staal kost veel minder en heeft een veel complexere vorm dan welk voorspatbord dan ook, gestanst uit dat armzalige staalfolie. Je kunt gemakkelijk carrosseriedelen vormen met hoogwaardig roestvrij staal in gewone mallen en die mallen gaan langer mee. In de Sovjet-Unie maakten sommige mensen die in autofabrieken werkten soms roestvrijstalen carrosseriedelen met fabrieksapparatuur om hun auto's te vervangen. Je kunt nog steeds de oude Volga (GAZ-24) vinden met een bodem, kofferbak of spatborden van roestvrij staal. Maar dit werd onmogelijk na de val van de Sovjet-Unie. Ik weet niet waarom en hoe, en nu wil niemand er nog geld aan verdienen. Ik heb ook nog nooit gehoord dat er in westerse of ontwikkelingslanden roestvrijstalen carrosseriedelen worden gemaakt. Het enige wat ik kon vinden was een roestvrijstalen jeep, maar voor zover ik me herinner, werden de roestvrijstalen panelen met de hand nagemaakt, niet in de fabriek. Er is ook een verhaal over fans van de Volkswagen Golf Mk2 die probeerden een partij roestvrijstalen spatborden te bestellen bij aftermarketfabrikanten zoals Klokkerholm, die ze normaal gesproken van gewoon staal maken. Al deze fabrikanten kapten onmiddellijk en onbeleefd elk gesprek hierover af, zelfs zonder over de prijs te praten. Je kunt dus in deze regio helemaal niets bestellen, zelfs niet in grote hoeveelheden.
Akkoord, daarom heb ik de motor ook niet in de lijst opgenomen. Roest is absoluut niet het grootste probleem van de motor.
Roestvrij staal is weliswaar duurder, maar een roestvrijstalen behuizing hoeft helemaal niet geverfd te worden. De kosten van een geverfd carrosseriedeel zijn veel hoger dan de prijs van het onderdeel zelf. Een roestvrijstalen behuizing kan dus goedkoper zijn dan een verroeste en gaat vrijwel eeuwig mee. Vervang simpelweg de versleten rubberen bussen en gewrichten van uw auto en u hoeft geen nieuwe auto te kopen. Indien mogelijk kunt u zelfs de motor vervangen door een efficiëntere of zelfs elektrische motor. Geen afval, geen onnodige milieubelasting bij de bouw van nieuwe auto's of het gebruik van oude. Maar om de een of andere reden staat deze milieuvriendelijke methode helemaal niet op de lijstjes van ecologen en fabrikanten.
Eind jaren zeventig maakten ambachtslieden op de Filipijnen met de hand nieuwe carrosseriedelen van roestvrij staal voor jeepneys. Deze werden oorspronkelijk gebouwd van jeeps die overgebleven waren uit de Tweede Wereldoorlog en de Koreaanse Oorlog, maar rond 1978 werden ze allemaal afgezaagd omdat de achterkant verlengd kon worden om meer passagiers te kunnen vervoeren. Daarom moesten ze nieuwe jeeps helemaal opnieuw bouwen en roestvrij staal gebruiken om roestvorming te voorkomen. Op een eiland dat volledig door zout water is omgeven, is dat een groot voordeel.
Roestvrijstalen plaatstaal heeft geen equivalent van HiTen-staal. Dit is cruciaal voor de veiligheid; denk maar aan de eerste euroNCAP-tests met Chinese auto's die dit type speciaal staal niet gebruikten. Voor complexe onderdelen is GS-gietijzer onovertroffen: goedkoop, met hoge gieteigenschappen en roestbestendigheid. De genadeslag is de prijs. Roestvrij staal is erg duur. Ze gebruiken niet voor niets het voorbeeld van een sportwagen, waar de kosten geen rol spelen, maar voor Volkswagen absoluut niet.
Door gebruik te maken van onze website en diensten, stemt u uitdrukkelijk in met het plaatsen van onze prestatie-, functionaliteits- en advertentiecookies. Lees meer