Sử dụng các công cụ của phần mềm 3D Spark, nhóm đã phân tích nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chi phí sản xuất. Một số yếu tố liên quan đến từng bộ phận cụ thể, trong khi những yếu tố khác lại liên quan đến toàn bộ quy trình. Ví dụ, cần định hướng các bộ phận để giảm thiểu giá đỡ và tối đa hóa diện tích bề mặt có thể in được.
Bằng cách mô phỏng các lực tác động tại bản lề, các công cụ này có thể loại bỏ vật liệu có tác dụng rất nhỏ. Điều này dẫn đến giảm trọng lượng 35%. Ít vật liệu hơn cũng đồng nghĩa với thời gian in nhanh hơn, giúp giảm chi phí hơn nữa.
Thành thật mà nói, những gì họ đang làm không có gì mới mẻ đối với bất kỳ ai tham gia vào lĩnh vực in 3D. Việc sắp xếp các bộ phận một cách hợp lý là điều dễ hiểu. Chúng ta đã thấy việc loại bỏ vật liệu thừa trong in 3D và sản xuất truyền thống. Điều thú vị nhất là sử dụng các công cụ giúp tự động hóa quá trình tối ưu hóa này. Chúng ta không biết phần mềm này sẽ có giá bao nhiêu, và chúng tôi đoán rằng nó không nhắm đến thị trường in 3D dành cho người chơi nghiệp dư. Nhưng với những gì có thể làm được, chúng tôi nghi ngờ rằng với một chút khéo léo và sử dụng phần mềm có sẵn, bạn có thể đạt được kết quả tương tự.
Về lý thuyết, bất kỳ công cụ nào có thể thực hiện phân tích phần tử hữu hạn đều có thể xác định được vật liệu cần loại bỏ. Chúng tôi nhận thấy các nhà sản xuất ô tô đang sử dụng công nghệ in 3D.
“Bằng cách mô phỏng các lực tại bản lề, những công cụ này có thể loại bỏ vật liệu mà không gây ra tác động đáng kể. Tôi không phải là kỹ sư, nhưng khi đọc đoạn này, tôi nghĩ đến Phân tích phần tử hữu hạn. Sau đó, tôi thấy bạn xuất hiện ở câu áp chót. Tôi đã đề cập đến nó. Tất nhiên các nhà sản xuất ô tô đã làm điều đó rồi. Chúng ta so sánh như thế nào? Mô hình này có cung cấp lực trong trường hợp khẩn cấp cũng như trong điều kiện sử dụng bình thường không?”
Mỗi cạnh, rãnh và góc bo tròn đều cần thời gian gia công và hao mòn dụng cụ. Có thể cần thay dụng cụ thêm một vài lần, và khi gia công trên bề mặt khác, các chi tiết có thể cần được gia công và gắn lại để đưa chúng về đúng hướng có thể tạo ra nhiều hốc – nếu có thể sử dụng dụng cụ với độ chính xác hợp lý xung quanh.
Tôi nghĩ bạn có thể sử dụng một máy có nhiều bậc tự do hơn để xoay chi tiết đến góc tối ưu nhất… Nhưng cái giá phải trả là bao nhiêu?
Công nghệ in 3D thường không có những hạn chế về hình dạng như vậy, giúp việc chế tạo các bộ phận phức tạp trở nên dễ dàng như các bộ phận đơn giản.
Mặt khác, ưu điểm của gia công cắt gọt truyền thống là vật liệu có xu hướng đẳng hướng, có độ bền như nhau theo mọi hướng, và không có các mặt phẳng bên trong, nên không cần lo lắng về sự liên kết kém do quá trình thiêu kết không tốt. Ngoài ra, cũng có thể cán qua máy cán (một bước không tốn kém) để tạo cấu trúc hạt tốt hơn.
Tất cả các phương pháp in 3D đều có những hạn chế về hình dạng. Ngay cả một số bộ phận của SLM cũng vậy. Như bạn có thể nghĩ, tính chất đẳng hướng của SLM thực sự không quan trọng. Các máy móc và quy trình được sử dụng hàng ngày cho kết quả rất nhất quán.
Tuy nhiên, vấn đề giá cả lại là một chuyện hoàn toàn khác. Trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, việc cạnh tranh thực sự với công nghệ in 3D là rất khó khăn.
Tôi cho rằng ngành công nghiệp hàng không vũ trụ là một trong số ít lĩnh vực mà chi phí in 3D kim loại có thể được оправдано. Chi phí sản xuất ban đầu chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí của một sản phẩm hàng không vũ trụ, và trọng lượng lại rất quan trọng nên việc tìm ra ứng dụng của công nghệ này là hoàn toàn khả thi. So với chi phí đảm bảo chất lượng cao ngất trời đối với các bộ phận composite, một quy trình in ấn chuyên nghiệp và kiểm tra kích thước chính xác có thể mang lại những khoản tiết kiệm chi phí thực sự và một luồng gió mới.
Ví dụ rõ ràng nhất là tất cả những gì được in 3D trong động cơ tên lửa ngày nay. Bạn có thể loại bỏ nhiều điểm không đạt chất lượng trong các đường ống phức tạp, đồng thời giảm tổn thất và trọng lượng của đường hồi lưu. Tôi nghĩ một số vòi phun động cơ được in 3D (có thể là Superdraco?). Tôi nhớ mang máng có tin tức về một loại giá đỡ kim loại được in 3D trên máy bay Boeing.
Các sản phẩm như thiết bị gây nhiễu mới của Hải quân và các phát triển mới khác có thể có nhiều giá đỡ được in 3D. Ưu điểm của các bộ phận được tối ưu hóa về mặt cấu trúc là phân tích độ bền được tích hợp vào quy trình thiết kế và phân tích độ mỏi được liên kết trực tiếp với nó.
Tuy nhiên, sẽ cần một thời gian nữa trước khi những công nghệ như DMLS thực sự phổ biến trong ngành ô tô và sản xuất. Trọng lượng thì không phải là vấn đề quan trọng nhất.
Một ứng dụng mà nó hoạt động tốt là trong các ống góp thủy lực/khí nén. Khả năng tạo ra các rãnh và khoang cong cho màng co rất hữu ích. Ngoài ra, để được chứng nhận, bạn vẫn phải thực hiện kiểm tra độ bền 100%, vì vậy bạn không cần hệ số an toàn lớn (dù sao thì độ bền cũng khá cao).
Vấn đề là nhiều công ty khoe khoang về việc sở hữu máy in SLM, nhưng ít người biết cách sử dụng nó. Những máy in này chỉ được dùng để tạo mẫu nhanh và hầu hết thời gian đều ở trạng thái không hoạt động. Vì đây vẫn được coi là lĩnh vực mới, nên dự kiến ​​máy in sẽ mất giá nhanh chóng và sẽ bị loại bỏ trong vòng 5 năm. Điều này có nghĩa là mặc dù chi phí thực tế có thể rất thấp, nhưng việc có được mức giá hợp lý cho một đơn hàng sản xuất thực sự rất khó khăn.
Ngoài ra, chất lượng in phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của vật liệu, có nghĩa là nhôm có xu hướng tạo ra độ nhám bề mặt có thể dẫn đến hiệu suất mỏi gây khó chịu (mặc dù một bộ phận phân phối không cần điều này nếu bạn thiết kế cho mục đích đó). Hơn nữa, trong khi TiAlV6 in rất tốt và có đặc tính bền tốt hơn nhôm cấp 5 cơ bản, nhôm chủ yếu có sẵn dưới dạng AlSi10Mg, không phải là hợp kim mạnh nhất. T6, mặc dù phù hợp cho việc đúc các vật liệu cùng loại, nhưng không phù hợp cho các bộ phận SLM. Scalmaloy lại rất tuyệt vời nhưng khó cấp phép, chỉ có một số ít nhà cung cấp, bạn cũng có thể sử dụng titan với thành mỏng hơn.
Hầu hết các công ty cũng cần rất nhiều tiền, 20 mẫu thử và cả đứa con đầu lòng của bạn để gia công các bộ phận in 3D. Mặc dù về chức năng, chúng gần như giống hệt với các bộ phận đúc gia công bằng máy móc mà trước đây tốn rất nhiều công sức và tiền bạc để sản xuất, nhưng họ lại cho rằng các bộ phận in 3D là phép thuật và khách hàng nghĩ rằng họ rất giàu có. Hơn nữa, các công ty đạt chứng nhận AS9100 thường không thiếu việc làm và thích làm những gì họ đã làm trong thời gian dài, biết rằng họ có thể kiếm tiền từ đó mà không bị buộc tội gây tai nạn máy bay.
Vậy nên, đúng là ngành công nghiệp hàng không vũ trụ có thể hưởng lợi từ các bộ phận SLM, và một số bộ phận đã làm được điều đó, nhưng những đặc thù của ngành và các công ty cung cấp dịch vụ vẫn còn lạc hậu so với thập niên 70, điều này khiến mọi thứ trở nên khó khăn hơn một chút. Sự phát triển thực sự duy nhất là ở động cơ, nơi kim phun nhiên liệu in 3D đã trở nên phổ biến. Đối với chúng tôi, việc cạnh tranh nguồn cung với ASML là một cuộc chiến đầy gian truân.
Ống xả dùng cho in 3D bằng thép không gỉ cho máy bay P-51D. https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
Các yếu tố khác liên quan đến chi phí gia công bao gồm việc quản lý lượng chất làm mát bị thất thoát do bong tróc và bay hơi. Ngoài ra, cần phải xử lý phôi vụn. Bất kỳ sự giảm thiểu phôi vụn nào trong sản xuất hàng loạt đều có thể dẫn đến tiết kiệm đáng kể.
Điều này thường được gọi là thiết kế cấu trúc liên kết, và như bạn có thể đoán, đó là một cấp độ phân tích khác nằm trên phân tích phần tử hữu hạn (FEA). Nó chỉ thực sự trở nên phổ biến trong vài năm gần đây khi các công cụ trở nên dễ tiếp cận hơn.
Mỗi khi bạn thấy tên Fraunhofer, điều đó có nghĩa là nó đã được cấp bằng sáng chế và cộng đồng những người chế tạo sẽ bị cấm sử dụng nó trong một thời gian rất dài.
Nói cách khác: chúng tôi đã phát minh ra một phương pháp mới để đảm bảo bạn được thay thế xe ngay khi hết hạn bảo hành.
Tôi không thấy mối liên hệ nào giữa bản lề cửa nhẹ hơn và một âm mưu độc ác khiến bạn phải vứt cả chiếc xe của mình vào thùng rác cả?
Phân tích tuổi thọ mỏi là một chuyện; nếu bạn chỉ tối ưu hóa độ bền vật liệu, cuối cùng bạn sẽ có một bộ phận không hoạt động được.
Ngay cả khi họ cố tình thiết kế nó yếu đi như vậy, nó cũng sẽ không bị hỏng sớm sau khi hết hạn bảo hành, nó chỉ là một bản lề, nhưng nó còn mới, và bạn khó có thể phải bỏ cả chiếc xe… sẽ có xe thay thế trong suốt vòng đời của xe, bởi vì nhìn chung xe vẫn tốt, nhưng bộ phận thay thế rẻ/dễ kiếm đó sẽ bị mòn – điều đó chẳng có gì mới…
Trên thực tế, để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn, v.v., nó có thể vẫn được thiết kế lại rất nhiều, giống như hầu hết các khung/thân/ghế ô tô, do những áp lực mà nó sẽ phải chịu trong quá trình sử dụng bình thường. (Lưu ý: Phần cuối câu "point of sale" không liên quan đến nội dung chính và cần được loại bỏ nếu không được giữ nguyên).
“Nó chỉ là một cái bản lề” nhưng nó cũng là một ví dụ về việc thiết kế một bộ phận cho một tuổi thọ cụ thể. Nếu áp dụng cho toàn bộ chiếc xe của bạn, chiếc xe sẽ trở nên cũ kỹ và hỏng hóc theo thời gian.
Vụ bê bối là kết quả của việc họ thường xuyên đăng ký bằng sáng chế (tôi hiểu rồi!) cho định dạng MP3.
Toàn bộ nền kinh tế Mỹ được xây dựng trên một "con chip" như vậy. Theo một số tiêu chuẩn thì nó hoạt động được :-/ .
Viện Fraunhofer đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu khoa học. Không chỉ nghiên cứu ứng dụng mà còn cả nghiên cứu cơ bản. Tất cả đều tốn kém. Nếu muốn thực hiện mà không cần bằng sáng chế và giấy phép, bạn cần phải nhận được nhiều kinh phí hơn từ chính phủ. Với bằng sáng chế và giấy phép, người dân ở các quốc gia khác cũng phải gánh chịu một phần chi phí vì họ cũng được hưởng lợi từ công nghệ đó. Thêm vào đó, tất cả những nghiên cứu này rất quan trọng để duy trì khả năng cạnh tranh của ngành công nghiệp.
Theo trang web của họ, một phần thuế của bạn là khoảng 30% (Grundfinanzierung), phần còn lại đến từ các nguồn thu khác dành cho các công ty. Thu nhập từ bằng sáng chế có thể nằm trong số 70% đó, vì vậy nếu bạn không tính đến khoản này, bạn sẽ hoặc phát triển ít hơn hoặc phải đóng thuế nhiều hơn.
Vì một lý do không rõ, thép không gỉ bị cấm và không được ưa chuộng cho các bộ phận thân xe, động cơ, hộp số và hệ thống treo. Thép không gỉ chỉ có thể được tìm thấy trong một số ống xả đắt tiền, nhưng chất lượng thường kém như thép mactenxit AISI 410. Nếu muốn có một hệ thống ống xả tốt và bền, bạn sẽ phải tự chế tạo bằng thép AISI 304/316.
Vì vậy, tất cả các lỗ trên những bộ phận đó cuối cùng sẽ bị tắc nghẽn bởi đất ẩm và các bộ phận sẽ bắt đầu rỉ sét rất nhanh. Bởi vì bộ phận đó được thiết kế để chịu được trọng lượng nhẹ nhất có thể, bất kỳ sự rỉ sét nào cũng sẽ ngay lập tức làm cho nó quá yếu để thực hiện chức năng của mình. Bạn sẽ may mắn nếu bộ phận đó chỉ là bản lề cửa, hoặc một số thanh giằng hoặc cần gạt bên trong ít quan trọng hơn. Nếu đó là bất kỳ bộ phận nào của hệ thống treo, bộ phận truyền động hoặc những thứ tương tự, bạn sẽ gặp rắc rối lớn.
PS: Có ai biết về một chiếc xe hơi làm bằng thép không gỉ nào đã bị ảnh hưởng bởi hơi ẩm, chất chống đóng băng và bụi bẩn khắp nơi, kể cả phần lớn thân xe không? Tất cả các tay đòn treo, vỏ quạt tản nhiệt, v.v. đều có thể mua được với bất kỳ giá nào. Tôi biết về chiếc DeLorean, nhưng tiếc là nó chỉ có các tấm ốp ngoại thất bằng thép không gỉ chứ không phải toàn bộ cấu trúc thân xe và các chi tiết quan trọng khác.
Tôi sẵn sàng trả giá cao hơn cho một chiếc xe có thân/khung/hệ thống treo/ống xả bằng thép không gỉ, nhưng điều đó đồng nghĩa với việc giá thành sẽ cao hơn. Vật liệu này không chỉ đắt hơn mà còn khó đúc và hàn hơn. Tôi nghi ngờ việc sử dụng khối động cơ và đầu xi-lanh bằng thép không gỉ có thực sự hợp lý hay không.
Điều đó cũng rất khó. Theo tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu hiện nay, thép không gỉ không mang lại lợi ích gì. Sẽ mất hàng thập kỷ để bù đắp chi phí carbon của một chiếc xe được làm chủ yếu bằng thép không gỉ nhằm lấy lại lợi ích về độ bền của vật liệu này.
Tại sao bạn lại nghĩ như vậy? Thép không gỉ có cùng mật độ nhưng lại bền hơn một chút. (AISI 304 – 8000 kg/m^3 và 500 MPa, 945 – 7900-8100 kg/m^3 và 450 MPa). Với cùng độ dày tấm, thân xe bằng thép không gỉ có trọng lượng tương đương với thân xe bằng thép thông thường. Và bạn không cần phải sơn chúng, nên không cần thêm lớp sơn lót/sơn/vecni.
Đúng vậy, một số xe được làm bằng nhôm hoặc thậm chí là titan, nên chúng nhẹ hơn, nhưng chúng chủ yếu thuộc phân khúc thị trường cao cấp và người mua không gặp vấn đề gì khi mua xe mới mỗi năm. Thêm vào đó, nhôm cũng bị gỉ, trong một số trường hợp còn nhanh hơn cả thép.
Thép không gỉ không hề khó đúc và hàn hơn. Nó là một trong những vật liệu dễ hàn nhất, và do độ dẻo cao hơn thép thông thường, nó có thể được đúc thành những hình dạng phức tạp hơn. Hãy để ý đến nồi, bồn rửa và các sản phẩm dập khuôn bằng thép không gỉ khác được bán rộng rãi. Một chiếc bồn rửa lớn bằng thép không gỉ AISI 304 có giá rẻ hơn nhiều và có hình dạng phức tạp hơn bất kỳ tấm chắn bùn trước nào được dập từ loại thép kém chất lượng đó. Bạn có thể dễ dàng tạo hình các bộ phận thân xe bằng thép không gỉ chất lượng cao trên các khuôn thông thường và các khuôn đó sẽ bền hơn. Ở Liên Xô, một số người làm việc trong các nhà máy ô tô đôi khi tự chế tạo các bộ phận thân xe bằng thép không gỉ trên thiết bị của nhà máy để thay thế cho xe của họ. Bạn vẫn có thể tìm thấy chiếc Volga (GAZ-24) cũ với đáy, cốp hoặc chắn bùn được làm bằng thép không gỉ. Nhưng điều này đã trở nên bất khả thi sau sự sụp đổ của Liên Xô. Tôi không biết tại sao và bằng cách nào, và bây giờ không ai đồng ý kiếm tiền từ việc này nữa. Tôi cũng chưa từng nghe nói về việc sản xuất các bộ phận thân xe bằng thép không gỉ tại các nhà máy phương Tây hoặc các nước đang phát triển. Tất cả những gì tôi tìm thấy chỉ là một chiếc xe Jeep bằng thép không gỉ, nhưng theo như tôi nhớ thì các tấm thép không gỉ đó được làm thủ công chứ không phải sản xuất tại nhà máy. Cũng có câu chuyện về những người hâm mộ xe Golf Mk2 ở West Virginia cố gắng đặt mua một lô chắn bùn bằng thép không gỉ từ các nhà sản xuất phụ tùng như Klokkerholm, những người thường làm chúng từ thép thường. Tất cả các nhà sản xuất này ngay lập tức và thô lỗ từ chối mọi cuộc thảo luận về chủ đề này, thậm chí không nói đến giá cả. Vì vậy, bạn thậm chí không thể đặt hàng bất cứ thứ gì trong lĩnh vực này, kể cả đặt hàng số lượng lớn.
Đúng vậy, đó là lý do tại sao tôi không đề cập đến động cơ trong danh sách. Gỉ sét chắc chắn không phải là vấn đề chính của động cơ.
Thép không gỉ đắt hơn, đúng vậy, nhưng vỏ thép không gỉ không cần phải sơn. Chi phí của một bộ phận thân xe được sơn cao hơn nhiều so với chính bộ phận đó. Do đó, vỏ thép không gỉ có thể rẻ hơn vỏ bị gỉ và sẽ bền gần như vĩnh cửu. Chỉ cần thay thế các bạc lót và khớp nối cao su bị mòn trên xe của bạn và bạn sẽ không cần phải mua xe mới. Khi thấy hợp lý, bạn thậm chí có thể thay thế động cơ bằng loại hiệu quả hơn hoặc thậm chí là động cơ điện. Không lãng phí, không gây ô nhiễm môi trường không cần thiết khi sản xuất xe mới hoặc vận hành xe cũ. Nhưng vì một lý do nào đó, phương pháp thân thiện với môi trường này lại không hề nằm trong danh sách của các nhà sinh thái học và nhà sản xuất.
Vào cuối những năm 1970, các nghệ nhân ở Philippines đã chế tạo thủ công các bộ phận thân xe bằng thép không gỉ mới cho xe Jeepney. Ban đầu, chúng được chế tạo từ những chiếc xe Jeep còn sót lại từ Thế chiến II và Chiến tranh Triều Tiên, nhưng khoảng năm 1978, tất cả chúng đều bị cắt bỏ vì có thể kéo dài phần đuôi để chứa được nhiều hành khách. Vì vậy, họ phải chế tạo những chiếc xe mới hoàn toàn và sử dụng thép không gỉ để tránh thân xe bị gỉ sét. Trên một hòn đảo được bao quanh bởi nước mặn, điều này rất có lợi.
Thép không gỉ dạng tấm không có vật liệu nào tương đương với thép HiTen. Điều này rất quan trọng đối với sự an toàn, hãy nhớ lại các bài kiểm tra euroNCAP đầu tiên trên những chiếc xe Trung Quốc không sử dụng loại thép đặc biệt này. Đối với các bộ phận phức tạp, không gì sánh được với gang GS: giá rẻ, có đặc tính đúc cao và khả năng chống gỉ. Điểm mấu chốt cuối cùng chính là giá cả. Thép không gỉ thực sự rất đắt. Họ dùng ví dụ về một chiếc xe thể thao vì lý do chính đáng, nơi mà chi phí không phải là vấn đề, nhưng đối với VW thì hoàn toàn không phải vậy.
Bằng cách sử dụng trang web và dịch vụ của chúng tôi, bạn đồng ý rõ ràng với việc đặt các cookie hiệu suất, chức năng và quảng cáo của chúng tôi. Tìm hiểu thêm