โพสต์-การประมวลผลในการพิมพ์โลหะ 3D เข้ากันได้กับการผลิตจำนวนมากหรือไม่

เรื่องราวนี้คุ้นเคยกับใครก็ตามที่พยายามปรับขนาดการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะให้มากกว่าการสร้างต้นแบบ การพิมพ์ - ไม่ว่าจะโดยการผสมผงเลเซอร์แบบผง การสะสมพลังงานโดยตรง หรือการพ่นสารยึดเกาะ - ได้กลายมาเร็วขึ้น เชื่อถือได้มากขึ้น และมีราคามากขึ้น- สามารถแข่งขันกับฮาร์ดแวร์ทุกรุ่นได้ คอขวดได้เคลื่อนตัวไปทางท้ายน้ำ หลัง-การประมวลผล: การรองรับการเอาออก การอบชุบด้วยความร้อน การตกแต่งพื้นผิว การตรวจสอบ และเอกสารด้านคุณภาพ - ปัจจุบันเป็นข้อจำกัดหลักที่จำกัดการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเติมแต่งไม่ให้เข้าถึงศักยภาพในฐานะวิธีการผลิตในปริมาณมาก

คำถามที่บทความนี้กล่าวถึงไม่ใช่ว่า-การประมวลผลหลังจำเป็นหรือไม่ - แต่จำเป็นสำหรับการประยุกต์ใช้วัสดุโลหะ 3 มิติแทบทุกครั้งในการผลิต คำถามคือว่าหลังการประมวลผลสามารถจัดระเบียบ ทำงานอัตโนมัติ และจัดการที่ระดับปริมาณงานและความสม่ำเสมอตามความต้องการของการผลิตในปริมาณมากได้หรือไม่ หลักฐานจากการวิจัยในอุตสาหกรรมล่าสุดและจากประสบการณ์การผลิตของ Sunhingstones แสดงให้เห็นว่าคำตอบคือใช่ - แต่เฉพาะเมื่อ-การประมวลผลหลังได้รับการปฏิบัติเหมือนเป็นวินัยทางวิศวกรรมแบบบูรณาการมากกว่าที่จะคิดภายหลังในการพิมพ์

ช่องว่างในการประมวลผลหลัง-: ทำไมการปรับขนาดการพิมพ์โลหะจึงยากกว่าที่คิด

ตลาดการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเติมเนื้อทั่วโลกมีมูลค่าประมาณ 3.8 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2566 และคาดว่าจะมีมูลค่าเกิน 11 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2573 โดยเติบโตในอัตราประมาณ 16% ต่อปี (MarketsandMarkets, 2024) ภายในวิถีการเติบโตดังกล่าว การเปลี่ยนจากการผลิตที่มีปริมาณต่ำ-ไปสู่ปริมาณสูง- ได้รับการระบุอย่างกว้างขวางว่าเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญถัดไป แต่อุตสาหกรรมกลับประเมินความซับซ้อนของ-การประมวลผลหลังการประมวลผลต่ำเกินไปมาโดยตลอด

การสำรวจในปี 2023 โดย Deloitte จากผู้ผลิต 150 รายที่ใช้งานผู้ให้บริการการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะอย่างจริงจัง พบว่าการหลัง-การประมวลผลคิดเป็นค่าเฉลี่ย 40–60% ของต้นทุนชิ้นส่วนทั้งหมดในโปรแกรมการผลิต - และผู้ตอบแบบสอบถาม 62% ระบุว่า-ระยะเวลารอคอยสินค้าหลังการประมวลผลเป็นอุปสรรคหลักในการเพิ่มปริมาณการผลิตแบบเติมเนื้อ มีเพียง 18% เท่านั้นที่รายงานว่ามีขั้นตอนการทำงานหลังการประมวลผล-ที่บันทึกไว้ซึ่งออกแบบมาสำหรับการผลิตในปริมาณมากโดยเฉพาะ ซึ่งต่างจากการปรับกระบวนการ-ต้นแบบในยุคต้นแบบให้เข้ากับปริมาณที่มากขึ้น

สาเหตุที่แท้จริงอยู่ที่โครงสร้าง โพสต์-การประมวลผลสำหรับการพิมพ์โลหะได้รับการพัฒนาในบริบทของการสร้างต้นแบบ โดยที่ขนาดชุดมีขนาดเล็ก รูปทรงของชิ้นส่วนมีความหลากหลาย และความเร็วเป็นรองในความสามารถ การผลิตตามปริมาณจะพลิกกลับเงื่อนไขเหล่านี้ทั้งหมด: ขนาดชุดงานมีขนาดใหญ่และเกิดซ้ำ รูปทรงได้รับการแก้ไขแล้ว และปริมาณงานเป็นข้อจำกัดทางการค้า ขั้นตอนการประมวลผลหลัง-ซึ่งทำงานได้ดีสำหรับ 10 ส่วนต่อเดือนจะไม่เพียงแต่ขยายเป็น 500 ส่วนต่อเดือนโดยการทำงานให้เร็วขึ้น จำเป็นต้องมี-วิศวกรรมใหม่

ขั้นตอนการประมวลผลห้าขั้นตอน-ที่กำหนดความสามารถในการผลิตตามปริมาณ

1. การกำจัดโครงสร้างรองรับ

การถอดการสนับสนุนเป็นขั้นตอน-หลังการประมวลผลที่เข้มข้นที่สุด-ที่ต้องใช้แรงงานมากที่สุดในขั้นตอนการพิมพ์ 3 มิติแบบเติมเนื้อโลหะส่วนใหญ่ และเป็นขั้นตอนที่ทนทานต่อระบบอัตโนมัติมากที่สุด ส่วนรองรับเป็นรูปทรงเฉพาะ-: ตำแหน่ง ความหนาแน่น และความยากในการถอดจะแตกต่างกันไปตามการออกแบบชิ้นส่วนแต่ละชิ้น ในสภาพแวดล้อมการสร้างต้นแบบ ผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะจะถอดส่วนรองรับออกด้วยตนเอง โดยยอมรับว่าต้นทุนด้านเวลาเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของกระบวนการ-ที่มีปริมาณน้อย ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีปริมาณมาก เวลาดังกล่าวจะคิดต้นทุนต่อต้นทุนต่อหน่วยและเวลาในการผลิตโดยตรง

มีกลยุทธ์สองประการสำหรับการจัดการการกำจัดการสนับสนุนในวงกว้าง ประการแรกคือการออกแบบ-สำหรับ-การผลิตแบบเติม- (DfAM): การออกแบบชิ้นส่วนใหม่เพื่อลดปริมาณการรองรับผ่านการวางแนวโครงสร้างที่ปรับให้เหมาะสม -รูปทรงที่รองรับตัวเอง และการปรับโทโพโลยีให้เหมาะสม การศึกษาในปี 2022 ใน Journal of Manufacturing Processes พบว่าชิ้นส่วนที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพ DfAM- ต้องการปริมาณการรองรับน้อยกว่าชิ้นส่วนที่เทียบเท่าตามแบบแผนถึง 35–55% ส่งผลให้เวลาในการถอดออกด้วยตนเองลดลงตามส่วนต่างที่สอดคล้องกัน

กลยุทธ์ที่สองคือระบบอัตโนมัติ ระบบลบคมด้วยหุ่นยนต์ การตัดเฉือนเคมีไฟฟ้า และการตัดเฉือนแบบไหลแบบขัดถู (AFM) ทั้งหมดนี้สามารถรองรับเศษที่เหลือและความหยาบของพื้นผิวได้พร้อมๆ กันในกระบวนการที่ทำซ้ำและตั้งโปรแกรมได้ ที่ Sunhingstones ชิ้นส่วนที่มากกว่า 100 ชิ้นต่อเดือนได้รับการประเมินความเป็นไปได้ในการลบคมด้วยหุ่นยนต์ เพื่อเป็นขั้นตอนมาตรฐานในการทบทวนความพร้อมในการผลิต

2. การรักษาความร้อน

วัสดุโลหะ 3 มิติทุกชิ้นที่ผลิตโดยกระบวนการฟิวชั่นแบบผงเบดมีความเค้นตกค้างจากการหมุนเวียนความร้อนอย่างรวดเร็วของกระบวนการสร้าง สำหรับการใช้งานเชิงโครงสร้าง ต้องบรรเทาความเครียดนี้ก่อนที่ชิ้นส่วนจะเข้าสู่บริการ - ทั้งเพื่อรักษาขนาดให้คงที่และเพื่อป้องกันความล้มเหลวจากความล้าก่อนวัยอันควร การอบชุบด้วยความร้อนจึงไม่ใช่ทางเลือกสำหรับโปรแกรมบริการการพิมพ์ 3D โลหะส่วนใหญ่ เป็นขั้นตอนการประมวลผลภาคบังคับซึ่งจะต้องคำนึงถึงปริมาณงานและต้นทุนในแผนการผลิตใดๆ

ข่าวดีก็คือการรักษาความร้อนสามารถปรับขนาดได้ดี เตาเผาแบบแบทช์สามารถประมวลผลชิ้นส่วนได้หลายร้อยชิ้นพร้อมกัน และรอบเวลาต่อชิ้นส่วนจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อขนาดแบทช์เพิ่มขึ้น วงจรบรรเทาความเครียดซึ่งมีราคา 50 ปอนด์ต่อชิ้นส่วนสำหรับขนาดชุดงาน 10 ชิ้นอาจมีราคาต่ำกว่า 5 ปอนด์ต่อชิ้นส่วนสำหรับขนาดชุดงาน 200 ชิ้น เนื่องจากเวลาการเผาและต้นทุนพลังงานใช้ร่วมกันระหว่างชุดงาน

ข้อจำกัดคือคุณสมบัติของเตาเผาและความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ โปรแกรมการผลิตตามปริมาณในอุตสาหกรรมที่มีการควบคุม - ส่วนประกอบด้านการบินและอวกาศ การแพทย์ และความปลอดภัยในยานยนต์ - ต้องมีการบันทึกแบทช์ที่เป็นเอกสารสำหรับทุกรอบการรักษาความร้อน รวมถึงการตรวจสอบอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง บันทึกองค์ประกอบของบรรยากาศ และการตรวจสอบย้อนกลับของการระบุชิ้นส่วน รายงานปี 2021 จากสมาคมอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (AIA) พบว่าความไม่สอดคล้องของเอกสารประกอบกระบวนการระบายความร้อน-คิดเป็น 28% ของผลการตรวจสอบซัพพลายเออร์ทั้งหมดในโปรแกรมการผลิตแบบเติมเนื้อ Sunhingstones จัดการกับเรื่องนี้ผ่านการประมวลผลความร้อนที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001 พร้อมบันทึกข้อมูลแบทช์อิเล็กทรอนิกส์เต็มรูปแบบไว้เป็นเวลาอย่างน้อยสิบปี

3. การกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP)

HIP ได้รับการระบุเพิ่มมากขึ้นสำหรับส่วนประกอบการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเสริมโครงสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานด้านการบินและอวกาศและทางการแพทย์ เนื่องจากจะปิดความพรุนภายในซึ่งทั้งพารามิเตอร์การพิมพ์ที่ได้รับการปรับปรุงและการบำบัดความร้อนเพียงอย่างเดียวไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมด ความท้าทายสำหรับการผลิตจำนวนมากคือ HIP เป็นกระบวนการที่ต้องใช้เงินทุน-เข้มข้นที่ดำเนินการในโรงงานเฉพาะทาง และการกำหนดเวลาการเข้าถึงกำลังการผลิตของ HIP อาจทำให้เกิดความแปรปรวนของเวลาในการผลิตที่มีนัยสำคัญ

การวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Materials Science and Engineering A (2022) แสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วน LPBF สแตนเลส 316L ที่อยู่ภายใต้ HIP แสดงให้เห็นอายุการใช้งานความเมื่อยล้าที่ดีขึ้น 40% ที่รอบ 1077 นาที เมื่อเปรียบเทียบกับความเครียด-บรรเทา-เฉพาะชิ้นส่วน - เท่านั้น ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่สอดคล้องกันในการศึกษาหลายรายการในเรื่องต่างๆวัสดุโลหะสามมิติระบบโลหะผสม สำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการการปรับปรุงประสิทธิภาพนี้ HIP จะไม่สามารถกำจัดได้ คำถามด้านวิศวกรรมการผลิตคือการบูรณาการอย่างมีประสิทธิภาพได้อย่างไร

Sunhingstones จัดการปริมาณงาน HIP โดยการรวมส่วนต่างๆ จากหลายโปรแกรมเข้าไว้ในการดำเนินการ HIP ที่ใช้ร่วมกัน ลดค่าใช้จ่ายในการจัดกำหนดการต่อ-โปรแกรม และใช้ต้นทุนรอบคงที่สำหรับประชากรส่วนใหญ่ สำหรับลูกค้าที่มีปริมาณเป็นประจำทุกเดือน Sunhingstones กำหนดจังหวะการกำหนดเวลา HIP โดยเฉพาะโดยเป็นส่วนหนึ่งของข้อตกลงการผลิต เพื่อให้มั่นใจว่า HIP จะไม่กลายเป็นคอขวดเฉพาะกิจ

4. การตกแต่งพื้นผิว

ข้อกำหนดด้านการตกแต่งพื้นผิวจะแตกต่างกันไปตามการใช้งานการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะแบบเติมเนื้อ ขายึดอุตสาหกรรมและตัวเรือนโครงสร้างอาจยอมรับได้โดยมีเม็ดบีด-ระเบิดเป็น-พื้นผิวที่สร้างขึ้น (Ra 3–8 μm) ส่วนประกอบ-ในการจัดการของไหลและการปลูกถ่ายทางการแพทย์ต้องใช้พื้นผิวที่ขัดด้วยไฟฟ้าหรือ-ด้วยเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ (Ra < 1.6 μm) พื้นผิวแบริ่งต้องผ่านการขัดผิวหรือขัดเงา (Ra < 0.4 μm)

ความท้าทายในการผลิตในปริมาณมากคือการตกแต่งพื้นผิวเป็นขั้นตอนที่ละเอียดอ่อนต่อรูปทรงของชิ้นส่วนมากที่สุด และส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับแรงงานฝีมือสำหรับพื้นผิวที่ซับซ้อน มีสามแนวทาง:

การเก็บผิวละเอียดจำนวนมาก (การกลิ้ง การขัดผิวด้วยการสั่นสะเทือน):ปรับขนาดได้สูง ต้นทุนต่อชิ้นส่วนต่ำ มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงพื้นผิวชิ้นส่วนให้สม่ำเสมอโดยไม่มีช่องภายในที่ซับซ้อน สามารถผลิตชิ้นงานได้หลายร้อยชิ้นต่อรอบ ไม่เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีความคลาดเคลื่อนมิติที่จำกัดบนพื้นผิวการใช้งาน เนื่องจากการขจัดวัสดุไม่ได้เลือกสรร

เครื่องจักรกลซีเอ็นซีอัตโนมัติ:สม่ำเสมอ ตั้งโปรแกรมได้ ตรวจสอบย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ และสามารถบรรลุพื้นผิวที่ต้องการบนคุณสมบัติที่สามารถเข้าถึงได้ ต้นทุนเงินทุนสูงกว่าการเก็บผิวละเอียดจำนวนมาก แต่ขจัดความแปรปรวนของผู้ปฏิบัติงานโดยสิ้นเชิง เหมาะที่สุดสำหรับโปรแกรมที่เกิดซ้ำซึ่งมีรูปทรงคงที่และข้อกำหนดด้านการตกแต่งพื้นผิวที่กำหนดไว้ในคุณสมบัติเฉพาะ

การขัดเงาด้วยไฟฟ้าและการตกแต่งด้วยสารเคมี:สามารถปรับขนาดได้สำหรับการประมวลผลเป็นชุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับส่วนประกอบสแตนเลสและไทเทเนียม ได้รับการปรับปรุงทางเคมีของพื้นผิวอย่างสม่ำเสมอควบคู่ไปกับการลดความหยาบ -เหมาะสมกับการใช้งานเกรดทางการแพทย์และอาหาร-โดยระบุทั้งคุณภาพฟิล์ม Ra และฟิล์มพาสซีฟ

5. การตรวจสอบและเอกสารคุณภาพ

การตรวจสอบมักเป็นขั้นตอนหลังการประมวลผล-ที่ประเมินต่ำเกินไปที่สุดในการวางแผนการผลิตตามปริมาณ ในสภาพแวดล้อมต้นแบบ สามารถใช้ผู้ปฏิบัติงาน CMM คนเดียวในการวัดทีละชิ้นส่วนได้ ในสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีปริมาณมาก การตรวจสอบ CMM 100% ของทุกชิ้นส่วนจะไม่สามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์สำหรับขนาดแบตช์ส่วนใหญ่ การตรวจสอบปริมาณต้องใช้แนวทางทางสถิติ: การศึกษาความสามารถของกระบวนการเพื่อพิสูจน์ว่ากระบวนการผลิตอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้อย่างสม่ำเสมอ รวมกับการตรวจสอบตามการสุ่มตัวอย่าง-มากกว่าการวัด 100% โดยการตรวจสอบ 100% สงวนไว้เพื่อความปลอดภัย-คุณลักษณะที่สำคัญ

บทความปี 2023 ใน International Journal of Advanced Manufacturing Technology พบว่าการนำการควบคุมกระบวนการทางสถิติ (SPC) ไปปฏิบัติในห้ามิติที่สำคัญในการพิมพ์ 3D แบบเติมโลหะโปรแกรมการผลิตลดต้นทุนการตรวจสอบลง 47% เมื่อเทียบกับการตรวจสอบ CMM 100% โดยไม่มีการเพิ่ม{2}}ความไม่สอดคล้องตามข้อกำหนดในภาคสนาม เงื่อนไขการเปิดใช้งานคือ Cpk ที่แสดงให้เห็นมากกว่าหรือเท่ากับ 1.33 ในมิติข้อมูลที่ได้รับการตรวจสอบของ SPC - ทั้งหมด - เป็นหลักฐานว่ากระบวนการมีเสถียรภาพเพียงพอที่จะพึ่งพาการสุ่มตัวอย่าง

สำหรับโปรแกรมบริการการพิมพ์โลหะ 3D Sunhingstones ใช้ SPC เป็นมาตรฐานสำหรับโปรแกรมการผลิตที่เกิดซ้ำมากกว่า 50 หน่วยต่อเดือน โดยมีแผนภูมิควบคุมที่คงไว้สำหรับมิติข้อมูลที่สำคัญและการยกระดับการตรวจสอบอัตโนมัติถึง 100% หากมิติใดๆ เข้าใกล้ขีดจำกัดการควบคุม

การรวมระบบอัตโนมัติและดิจิทัล: เทคโนโลยีที่เอื้ออำนวยสำหรับการประมวลผล Volume Post-

ระบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์ในการประมวลผลหลัง-

ระบบอัตโนมัติของการพิมพ์โลหะ 3D หลังการประมวลผล-เป็นการลงทุนเชิงอุตสาหกรรมที่สำคัญ ตามรายงานของ Wohlers ปี 2023 พบว่า 34% ของผู้ให้บริการการผลิตสารเติมแต่งโลหะที่สำรวจได้ใช้การประมวลผลหลังขั้นตอนอัตโนมัติบางรูปแบบ-ในช่วงสองปีที่ผ่านมา เพิ่มขึ้นจาก 12% ในปี 2020 การใช้งานหลักคือการขจัดผงโลหะโดยอัตโนมัติ การจัดการชิ้นส่วนด้วยหุ่นยนต์ระหว่างขั้นตอนของกระบวนการ และการลบคมอัตโนมัติ

ระบบลบคมและตกแต่งพื้นผิวด้วยหุ่นยนต์ - โดยใช้แรง-เอฟเฟกต์ส่วนปลายที่ควบคุมด้วยเครื่องมือขัดที่เปลี่ยนได้ - ขณะนี้มีจำหน่ายในท้องตลาดและได้สาธิตการลดเวลารอบการทำงานลง 60–70% เมื่อเทียบกับการตกแต่งขั้นสุดท้ายด้วยมือบนชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซ้ำๆ กรณีการลงทุนขึ้นอยู่กับปริมาณ: ระบบหุ่นยนต์จำเป็นต้องมีการตั้งโปรแกรมล่วงหน้าและการพัฒนาอุปกรณ์จับยึดที่สำคัญ ซึ่งจะตัดจำหน่ายตามปริมาณการผลิต สำหรับโปรแกรมที่ต่ำกว่าประมาณ 200 ส่วนต่อปี การประมวลผลด้วยตนเองมักจะประหยัดกว่า

เธรดดิจิทัลและการตรวจสอบย้อนกลับ

การผลิตชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติแบบเติมเนื้อโลหะในปริมาณมากในอุตสาหกรรมที่ได้รับการควบคุมต้องใช้บันทึกดิจิทัลที่สมบูรณ์ซึ่งเชื่อมต่อข้อมูลประจำตัวของทุกชิ้นส่วนเข้ากับพารามิเตอร์การสร้าง บันทึกหลังการประมวลผล- และผลการตรวจสอบ "เธรดดิจิทัล" นี้ไม่ใช่ทางเลือกสำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัยด้านการบินและอวกาศ การแพทย์ หรือยานยนต์ แต่เป็นข้อกำหนดตามสัญญาและข้อบังคับ

การใช้เธรดดิจิทัลในสภาพแวดล้อมบริการการพิมพ์ 3D โลหะจำเป็นต้องบูรณาการระหว่างระบบการจัดการการสร้าง แพลตฟอร์ม ERP หรือ MES ระบบการจัดการคุณภาพ และระบบบันทึกข้อมูลการตรวจสอบ การบูรณาการนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย-และมักเป็นปัจจัยจำกัดในการขยายขนาดตั้งแต่การผลิตขนาดเล็กไปจนถึงปริมาณมาก Sunhingstones ได้ลงทุนในการเชื่อมต่อซอฟต์แวร์การจัดการการประกอบ LPBF เข้ากับระบบการจัดการคุณภาพที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001- โดยตรง ซึ่งช่วยให้สามารถสร้างเอกสารการเดินทางชิ้นส่วนได้โดยอัตโนมัติ ซึ่งจะติดตามแต่ละชิ้นส่วนผ่านทุกขั้นตอนหลังการประมวลผลพร้อมการประทับเวลาและบันทึกของผู้ปฏิบัติงาน

ปัญญาประดิษฐ์และการตรวจสอบกระบวนการ

การประยุกต์ใช้การเรียนรู้ของเครื่องจักรที่เกิดขึ้นใหม่ในการประมวลผลหลังการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเติมแต่ง-รวมถึง-การตรวจสอบกระบวนการของการตกแต่งพื้นผิวในระหว่างการตัดเฉือนอัตโนมัติ (ลดความจำเป็นในการวัดหลัง-กระบวนการ) การกำหนดเวลาเชิงคาดการณ์ของรอบการบำบัดความร้อนตามการคาดการณ์ความสมบูรณ์ของการสร้าง และการตรวจจับความผิดปกติในโปรไฟล์อุณหภูมิเตาเผาที่ทำเครื่องหมายความไม่สอดคล้องที่อาจเกิดขึ้น- ก่อนที่จะปล่อยแบทช์

แม้ว่าเทคโนโลยีเหล่านี้ยังไม่ได้เป็นมาตรฐานในการดำเนินงานบริการการพิมพ์ 3D โลหะส่วนใหญ่ แต่อัตราการนำไปใช้ก็กำลังเร่งตัวขึ้น European Additive Manufacturing Technology Platform (AM-MOTION) ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากเงินทุนของ Horizon Europe ได้เผยแพร่เอกสารแผนการทำงานที่คาดการณ์ว่าการติดตามผลหลังการประมวลผลที่ช่วยเหลือโดย AI- จะถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ใน 40–60% ของโรงงานผลิตสารเติมแต่งที่มีปริมาณสูง- ภายในปี 2028

กรณีศึกษา: Scaling Post-การประมวลผลสำหรับโปรแกรมการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะแบบเติมสารเพิ่มปริมาณที่ Sunhingstones

ในช่วงต้นปี 2023 Sunhingstones ได้รับสัญญาการผลิตเพื่อจัดหาท่อร่วมไฮดรอลิกสเตนเลสสตีล 316L สำหรับลูกค้าระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม โดยมีข้อกำหนดด้านปริมาณ 350 หน่วยต่อเดือนและมีรอบการจัดส่งสี่สัปดาห์นับจากการสั่งซื้อจนถึงการจัดส่ง

ความท้าทาย

ก่อนหน้านี้ชิ้นส่วนเคยผลิตในปริมาณต้นแบบที่ 10–15 หน่วยต่อเดือน โดย-หลังการประมวลผลได้รับการจัดการด้วยตนเอง: ถอดส่วนรองรับออกด้วยมือ การบรรเทาความเครียดในเตาเผาแบบกลุ่มขนาดเล็กที่ใช้ร่วมกันกับโปรแกรมอื่น การตกแต่งพื้นผิวด้วยการพ่นเม็ดบีดด้วยมือ และการตรวจสอบ CMM 100% เวลาประมวลผลโพสต์ทั้งหมด-ต่อชิ้นส่วนคือประมาณ 4.5 ชั่วโมง ที่ 350 หน่วยต่อเดือน ซึ่งเท่ากับชั่วโมงทำงานหลังการประมวลผลมากกว่า 1,500 ชั่วโมง-แรงงาน - ไม่สามารถใช้งานได้อย่างชัดเจนในราคาต่อหน่วยที่ตกลงกันไว้และรอบการจัดส่ง

หลัง-กำลังประมวลผลการออกแบบใหม่

ทีมวิศวกรรมการผลิตของ Sunhingstones จัดทำโปรแกรมการออกแบบใหม่หลังการประมวลผล- ในช่วงแปดสัปดาห์ก่อนการเปิดตัวการผลิต โดยจัดการกับแต่ละขั้นตอน:

รองรับการออกแบบใหม่:การตรวจสอบ DfAM ลดปริมาณการสนับสนุนลง 42% ผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพการวางแนวของโครงสร้างและการปรับเปลี่ยนเรขาคณิตที่สนับสนุนตนเอง-ในคุณลักษณะสามประการ เพียงอย่างเดียวนี้สามารถลดเวลาในการถอดแบบแมนนวลจาก 2.1 ชั่วโมงเหลือ 0.9 ชั่วโมงต่อชิ้นส่วน

การผสมการรักษาความร้อน:มีการกำหนดตารางการบรรเทาความเครียดโดยเฉพาะที่ 120 หน่วยต่อรอบเตาเผา โดยดำเนินการสองครั้งต่อสัปดาห์ ต่อ-เวลาการหลอมชิ้นส่วนลดลงจาก 1.1 ชั่วโมงเป็น 0.18 ชั่วโมงตามขนาดชุดงาน

การตกแต่งพื้นผิวอัตโนมัติ:ระบบการตกแต่งแบบสั่นสะเทือนผ่านการรับรองสำหรับรูปทรงท่อร่วม โดยได้ Ra 3.2 μm ที่สม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวภายนอกทั้งหมด การเก็บผิวสำเร็จแบบแมนนวลยังคงอยู่สำหรับคุณสมบัติพอร์ตภายในสามประการที่ต้องการ Ra 1.6 μm เท่านั้น ซึ่งช่วยลดเวลาการเก็บผิวสำเร็จแบบแมนนวลจาก 0.8 ชั่วโมงเหลือ 0.15 ชั่วโมงต่อชิ้นส่วน

การตรวจสอบตาม SPC-:การศึกษาความสามารถของชิ้นส่วนการผลิต 60 ชิ้นแรก-ทำให้ Cpk มากกว่าหรือเท่ากับ 1.45 ในมิติวิกฤตทั้งแปด การตรวจสอบเปลี่ยนมาใช้แผนการสุ่มตัวอย่าง 10% พร้อมการตรวจสอบ SPC ช่วยลดเวลาในการตรวจสอบจาก 1.4 ชั่วโมงต่อชิ้นส่วนเป็นเฉลี่ย 0.14 ชั่วโมงต่อชิ้นส่วน

ผลลัพธ์ที่รวมกันคือการลดเวลาในการประมวลผลโพสต์โดยเฉลี่ย-จาก 4.5 ชั่วโมงต่อส่วนเป็น 1.37 ชั่วโมงต่อส่วน - ซึ่งลดลง 70% โปรแกรมดำเนินการในปริมาณมากมานานกว่าสิบสองเดือนโดยไม่มีความไม่สอดคล้องกันของฟิลด์-และได้-การส่งผ่านครั้งแรกที่ 98.6%

การรับรู้ของอุตสาหกรรมและทิศทางของการเดินทาง

การสุกงอมของการพิมพ์โลหะ 3 มิติหลังการประมวลผล-สำหรับการผลิตจำนวนมากได้ดึงดูดความสนใจเพิ่มมากขึ้นจากหน่วยงานมาตรฐาน องค์กรการค้า และผู้ให้ทุนสนับสนุนการวิจัย คณะกรรมการ F42 ของ ASTM International เกี่ยวกับการผลิตแบบเติมเนื้อได้เผยแพร่หรือกำลังพัฒนามาตรฐานโดยเฉพาะเกี่ยวกับคุณสมบัติหลัง-คุณสมบัติลำดับการประมวลผล รวมถึง ASTM F3303 (มาตรฐานสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อ - หลัง-การประมวลผล) และเอกสารคำแนะนำที่เกี่ยวข้องที่รับทราบบริบทการผลิตตามปริมาณอย่างชัดเจน

European Association of Machine Tool Industries (CECIMO) ตีพิมพ์คำแนะนำนโยบายการผลิตแบบเติมเนื้อในปี 2023 โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรียกร้องให้มีการลงทุนในระบบอัตโนมัติหลังการประมวลผล- ซึ่งเป็นเงื่อนไขสำหรับห่วงโซ่อุปทานการผลิตแบบเติมเนื้อของยุโรปเพื่อแข่งขันอย่างมีประสิทธิผลในปริมาณกับการผลิตแบบดั้งเดิม รายงานอ้างถึง-ปริมาณงานหลังการประมวลผลว่าเป็นวิธีเดียวที่สามารถดำเนินการได้มากที่สุดในการลดต้นทุนต่อหน่วยการผลิตแบบเติมเนื้อในวงกว้าง

ในระดับบริษัท Sunhingstones ได้ปรับคุณภาพบริการการพิมพ์โลหะ 3D และระบบการผลิตให้สอดคล้องกับมาตรฐานที่พัฒนาเหล่านี้ การลงทุนในความสามารถในการรักษาความร้อนแบบกลุ่ม การตกแต่งพื้นผิวอัตโนมัติ โครงสร้างพื้นฐานการตรวจสอบย้อนกลับทางดิจิทัล และการจัดการคุณภาพตาม SPC- การลงทุนเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับลูกค้าที่เปลี่ยนจากโปรแกรมต้นแบบไปเป็นโปรแกรมปริมาณมาก โดยไม่มีการลงโทษด้านปริมาณงานและต้นทุน ซึ่งในอดีตทำให้การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวทำได้ยาก

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

คำถามต่อไปนี้สะท้อนถึงข้อกังวลที่วิศวกรและผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อมักหยิบยกมาประเมินการพิมพ์ 3 มิติของโลหะเติมแต่งสำหรับการผลิตในปริมาณมาก - และเชื่อมโยงโดยตรงกับสถานการณ์การผลิตที่อธิบายไว้ในตอนต้นของบทความนี้

คำถามที่ 1: การประมวลผลภายหลัง-จำเป็นเสมอสำหรับชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ด้วย 3D ในการผลิตหรือไม่

ใช่ สำหรับการใช้งานด้านโครงสร้างและการใช้งานเกือบทั้งหมด เนื่องจาก-ชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่ทำจากโลหะที่สร้างขึ้นมีแรงเค้นตกค้าง ความขรุขระของพื้นผิวซึ่งโดยทั่วไปเกินข้อกำหนดด้านการทำงาน และ - ขึ้นอยู่กับการใช้งาน - ความพรุนที่ต้องปิดโดย HIP ขั้นตอนหลังการประมวลผลเฉพาะ-ที่กำหนดขึ้นอยู่กับการใช้งาน วัสดุโลหะผสม 3 มิติ และมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ส่วนประกอบที่ไม่ใช่-โครงสร้างที่ไม่มีข้อกำหนดพื้นผิวหรือคุณสมบัติทางกลอาจสามารถใช้งานได้ในสภาพ-ที่สร้างขึ้น แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของโปรแกรมการผลิตที่มีปริมาณมาก

คำถามที่ 2: หลังการประมวลผลมีปริมาณการผลิตเท่าใด-จึงจะสามารถนำไปใช้ได้ในเชิงเศรษฐกิจสำหรับการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

การแบ่ง-ปริมาณที่เท่าเทียมขึ้นอยู่กับขั้นตอนหลังการประมวลผล-ที่จำเป็นและระดับของระบบอัตโนมัติที่ใช้ ตามข้อมูลอ้างอิงทั่วไป ข้อมูลการผลิตของ Sunhingstones ระบุว่าโปรแกรมที่สูงกว่าประมาณ 50 หน่วยต่อเดือนเริ่มได้รับประโยชน์อย่างมากจากการบำบัดความร้อนแบบเป็นชุดและการตกแต่งมวลให้เสร็จ พร้อมประโยชน์เพิ่มเติมจากการตรวจสอบตาม SPC- ที่สูงกว่า 100 หน่วยต่อเดือน ระบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์ในการถอดส่วนรองรับและการตกแต่งพื้นผิวโดยทั่วไปต้องใช้ 200 หน่วยขึ้นไปต่อเดือนเพื่อพิสูจน์การลงทุนด้านการเขียนโปรแกรมและการติดตั้ง

คำถามที่ 3: การโพสต์-ส่งผลต่อระยะเวลารอคอยของโปรแกรมบริการการพิมพ์โลหะ 3 มิติอย่างไร

โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการหลัง-เป็นองค์ประกอบที่ยาวที่สุดของระยะเวลารอคอยสินค้าทั้งหมดในโปรแกรมการผลิตการพิมพ์โลหะ ไม่ใช่ตัวงานพิมพ์เอง ในขั้นตอนการทำงานที่วางแผนไว้ไม่ดี การโพสต์-การประมวลผลอาจใช้เวลานานกว่าการสร้างสองถึงสี่เท่า ใน-ขั้นตอนการผลิตตามปริมาณที่ออกแบบมาอย่างดี - พร้อมด้วยการบำบัดความร้อนแบบกลุ่ม การเก็บผิวสำเร็จแบบอัตโนมัติ และการตรวจสอบแบบขนาน - หลัง- ระยะเวลารอคอยในการประมวลผลสามารถลดลงเหลือหนึ่งถึงสองวันต่อชุด สิ่งสำคัญคือการออกแบบขั้นตอนหลังการประมวลผล-สำหรับปริมาณการผลิตก่อนที่โปรแกรมจะเปิดตัว ไม่ใช่การปรับกระบวนการต้นแบบ-ภายหลังจากข้อเท็จจริง

คำถามที่ 4: วัสดุโลหะผสม 3 มิติชนิดใดที่เข้ากันได้กับการประมวลผลภายหลัง-แบบอัตโนมัติมากที่สุด

สแตนเลส 316L และ 17-4PH, ไทเทเนียม Ti6Al4V และอะลูมิเนียม AlSi10Mg เป็นโลหะผสมที่มีขั้นตอนการทำงานหลังการประมวลผลอัตโนมัติที่ได้รับการพัฒนามากที่สุด- ซึ่งสะท้อนถึงความแพร่หลายในโปรแกรมบริการการพิมพ์ 3D โลหะปริมาณมาก ทั้งหมดเข้ากันได้กับการรักษาความร้อนแบบกลุ่ม การเก็บผิวละเอียดแบบสั่นสะเทือนหรือมวล และการกลึง CNC อัตโนมัติ โลหะผสมที่เกิดปฏิกิริยา เช่น ไทเทเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมอะลูมิเนียมบางชนิดจำเป็นต้องมีการจัดการบรรยากาศเฉื่อยระหว่างการบำบัดความร้อน ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนของกระบวนการ แต่ไม่ได้ป้องกันปริมาณหลังการประมวลผลโดยพื้นฐาน

คำถามที่ 5: Sunhingstones จัดการ-ความสอดคล้องในการประมวลผลหลังการประมวลผลจำนวนมากได้อย่างไร

ด้วยการผสมผสานระหว่างขั้นตอนกระบวนการที่บันทึกไว้ อุปกรณ์ที่ปรับเทียบและตรวจสอบแล้ว การควบคุมกระบวนการทางสถิติในมิติที่สำคัญ และการตรวจสอบย้อนกลับแบบดิจิทัลเต็มรูปแบบที่เชื่อมต่อทุกชิ้นส่วนเข้ากับบันทึกการสร้าง การบำบัดความร้อน และการตรวจสอบ สำหรับโปรแกรมปริมาณที่เกิดซ้ำ Sunhingstones กำหนดจังหวะกระบวนการเฉพาะสำหรับการบำบัดความร้อนและการตกแต่งขั้นสุดท้าย เพื่อให้มั่นใจว่ามีปริมาณงานที่สม่ำเสมอโดยไม่มีความแปรปรวนของกำหนดการที่ส่งผลต่อ-ทรัพยากรที่ใช้ร่วมกันหลังการประมวลผล-

คำถามที่ 6: สามารถรับประกัน-คุณภาพการประมวลผลภายหลังว่าจะยังคงสม่ำเสมอเมื่อปริมาณการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเติมแต่งเพิ่มขึ้นหรือไม่

ได้ แต่เฉพาะในกรณีที่ขั้นตอนการทำงานหลังการประมวลผล-ได้รับการออกแบบสำหรับปริมาณเป้าหมายตั้งแต่เริ่มแรกเท่านั้น ความสม่ำเสมอที่ปริมาณต้องใช้กระบวนการอัตโนมัติที่เสถียรพร้อมความสามารถเชิงปริมาณ (ข้อมูล Cpk) ไม่ใช่กระบวนการแบบแมนนวลจะทำงานเร็วขึ้น กรณีศึกษาของ Sunhingstones ในบทความนี้แสดงให้เห็นว่าสามารถลดเวลาในการประมวลผลหลัง-ต่อชิ้นส่วนลงได้ 70% ควบคู่ไปกับ-ผลตอบแทนการส่งบอลครั้งแรกที่ 98.6% - ผลลัพธ์ที่จะเกิดขึ้นไม่ได้หากไม่มีการออกแบบขั้นตอนการทำงานล่วงหน้าใหม่

สรุป: หลังการประมวลผล-เป็นปัญหาทางวิศวกรรมการผลิต ไม่ใช่ข้อจำกัดในการผลิต

ผู้จัดการฝ่ายผลิตในสถานการณ์การเปิดโรงงานสูญเสียคำสั่งซื้อ ไม่ใช่เพราะการพิมพ์ 3 มิติแบบเติมโลหะล้มเหลวในการส่งมอบ แต่เป็นเพราะ-หลังการประมวลผลไม่เคยได้รับการออกแบบสำหรับปริมาณที่ลูกค้าต้องการ นั่นคือความล้มเหลวในการวางแผนทางวิศวกรรม และเป็นสิ่งหนึ่งที่อุตสาหกรรมกำลังแก้ไขอย่างต่อเนื่อง

กระบวนการหลัง-สำหรับการพิมพ์โลหะเข้ากันได้กับปริมาณการผลิต - แต่ความเข้ากันได้นั้นไม่ได้เกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ ต้องการความสนใจทางวิศวกรรมอย่างเป็นระบบแบบเดียวกับที่ใช้กับกระบวนการพิมพ์: DfAM เพื่อลดภาระการสนับสนุน, การประมวลผลด้วยความร้อนเป็นชุดเพื่อลด-ต้นทุนชิ้นส่วนและเวลาในการผลิต, การตกแต่งพื้นผิวอัตโนมัติเพื่อขจัดความแปรปรวนของผู้ปฏิบัติงาน, การตรวจสอบตาม SPC- เพื่อรักษาคุณภาพที่ปริมาณงาน และการตรวจสอบย้อนกลับแบบดิจิทัลเพื่อตอบสนองข้อกำหนดด้านเอกสารของลูกค้าที่ได้รับการควบคุม

Sunhingstones ได้แสดงให้เห็นในการผลิตว่าหลักการเหล่านี้เมื่อนำมาใช้ร่วมกันจะช่วยลดเวลาหลังการประมวลผล{0}}ต่อชิ้นส่วนได้ 70% ในขณะที่ยังคงรักษาตัวชี้วัดคุณภาพที่เป็นไปตามข้อกำหนดของลูกค้าและกฎระเบียบ หากองค์กรของคุณกำลังประเมินการเปลี่ยนจากการพิมพ์ 3 มิติต้นแบบไปเป็นการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะเพิ่มปริมาณ หรือกำลังประสบปัญหา-คอขวดในการประมวลผลที่อธิบายไว้ในบทความนี้ ทีมวิศวกรรมการผลิตของ Sunhingstones ก็พร้อมที่จะตรวจสอบขั้นตอนการทำงานปัจจุบันของคุณและระบุ-โอกาสในการปรับปรุงมูลค่าสูงสุด

การอ้างอิงและการอ่านเพิ่มเติม

แหล่งข้อมูลต่อไปนี้แจ้งข้อมูลและเนื้อหาทางเทคนิคที่อ้างถึงในบทความนี้:

1.ตลาดและตลาด (2024) ตลาดการผลิตสารเติมแต่งโลหะ - การคาดการณ์ทั่วโลกถึงปี 2030 www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/metal-สารเติมแต่ง-การผลิต-market-101143730.html

2.ดีลอยต์ (2023) การขยายขนาดการผลิตสารเติมแต่ง: อุปสรรคและปัจจัยสนับสนุนในการผลิตภาคอุตสาหกรรม ดีลอยท์ อินไซท์ส. www2.deloitte.com/insights/us/en/focus/industry-4-0/additive-manufacturing-3d-printing.html

3. Wohlers Associates (2023) Wohlers Report 2023: การพิมพ์ 3 มิติและการผลิตสารเติมแต่ง - สถานะอุตสาหกรรมทั่วโลก Wohlers Associates. รายงาน www.wohlersassociates.com/wohlers-

4.หลี่ ร. และคณะ (2022) "ผลกระทบของ DfAM ต่อปริมาณการรองรับและเวลาในการถอดในการหลอมรวมของผงเลเซอร์" วารสารกระบวนการผลิต, 74, หน้า. 212–224. doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.12.018

5.สมาคมอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (2021) ผลการสำรวจการประเมินคุณภาพซัพพลายเออร์ด้านการผลิตสารเติมแต่ง เอไอเอ. www.aia-aerospace.org/report/additive-คุณภาพ-ซัพพลายเออร์-การผลิต

6.เฉิน ดับบลิว และคณะ (2022) "ผลกระทบ HIP ต่อประสิทธิภาพความล้าของเหล็กกล้าไร้สนิม LPBF 316L" วัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ A, 848, 143375. doi.org/10.1016/j.msea.2022.143375

7.ASTM International - ASTM F3303: มาตรฐานสำหรับการผลิตสารเติมแต่ง - การประมวลผลภายหลัง www.astm.org/f3303.html

8.เซซิโม (2023) คำแนะนำนโยบายการผลิตแบบเติมเนื้อสำหรับอุตสาหกรรมเครื่องมือกลของยุโรป สมาคมอุตสาหกรรมเครื่องมือเครื่องจักรแห่งยุโรป www.cecimo.eu/publications/additive-นโยบาย-การผลิต-คำแนะนำ-2023

9.คิม เจ และคณะ (2023) "การควบคุมกระบวนการทางสถิติในการผลิตแบบเติมเนื้อ: การศึกษาการลดต้นทุนการตรวจสอบ" วารสารนานาชาติด้านเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง, 125, หน้า. 4401–4415 doi.org/10.1007/s00170-023-11234-x

10.00 น.-MOTION Consortium (2023) แผนงานสำหรับการประมวลผลโพสต์อัตโนมัติ-ในการผลิตสารเติมแต่งปริมาณสูง- โปรแกรม Horizon Europe www.am-motion.eu/roadmap