צוות שיתופי מהמעבדה הלאומית של Oak Ridge פתר את הבעיה של שרשרת האספקה ​​של כלי מכונות. השלב הראשון: הדפסת תלת מימד של הליהוק הגדול ביותר.

במעבדות מרוחקות, מדענים ומהנדסים המייצגים חברות ציבוריות ופרטיות פועלים לשקם ולייצב את הדומיננטיות של הייצור האמריקאי. המטרה היא לא לפתור את הבעיות של שרשרת האספקה ​​בארה"ב, אלא להאיץ את גילוי הבעיות הקיימות בתעשיית הכלים המקומית שלנו. במילים אחרות, השתמש בכלים ובטכנולוגיות שיש לנו כעת כדי להחזיר לעצמנו יתרון תחרותי.

מרכז המבצע ממוקם במעבדה הלאומית Oak Ridge (ORNL) בטנסי, מרכז מחקר ופיתוח מדעי וטכנולוגי במימון פדרלי בחסות משרד האנרגיה האמריקאי (DOE). כ-10 קילומטרים מחוץ לקמפוס הירוק של ORNL, תמצאו את מתקן הדגמה לייצור של DOE, מתקן פתוח גדול שנועד "להדגים במהירות טכנולוגיות ייצור מוקדמות של מו"פ ולייעל תהליכי מפתח."

לאחרונה התפרסם דיווח על תוכנית שקודמה באמצעות ORNL, שמטרתה להגדיל את התפוקה של בסיס מכונות CNC הקיים בארצות הברית. עם זאת, טכנולוגיית הליבה שמדענים במתקן ההדגמה של ORNL מנסים לפתח היא ייצור תוסף (AM).

גם הפרסום וגם כתב העת Additive Manufacturing כתבו רבות על איך עיבוד CNC וייצור תוסף הופכים יותר ויותר משולבים. הנפוץ ביותר הוא להשתמש בכלי הדפסה תלת מימדיים כדי לקצר מאוד את זמן האספקה ​​ולהפחית עלויות, במיוחד עבור חלקים בעלי ערך גבוה בייצור באצווה קטנה. עם זאת, המטרות של הניסוי האחרון של מדעני אוק רידג' גבוהות בהרבה מאשר ג'יג'ים מודפסים בתלת מימד. מתקנים.

מה המטרה שלו? למיטת מדפסת תלת מימד עצמה, או לפחות המרכיב הגדול ביותר שלה.

פרויקט המעבדה הלאומית של Oak Ridge

ליד תבנית הבסיס של מיטת מדפסת תלת מימד במעבדה הלאומית של Oak Ridge, עומדת בתוך מכונת סינסינטי BAAM. מקור תמונה: Oak Ridge National Laboratory

אל תפר את הכללים

ACE מייצג את תוכנית "Forefront" בארצות הברית, המייצגת שיתוף פעולה חדש בין DOE ותוכניות הניתוח והקיימות התעשייתי של DOD. ACE מורכבת מסדרה של פרויקטים המהווים תגובה קולקטיבית לירידה ביכולות כלי המכונה בארה"ב בעשורים האחרונים, ומשרד ההגנה רואה בתופעה זו איום על הביטחון הלאומי. הסיבה לירידה היא הירידה בחלקה של ארה"ב בשוק כלי המכונות העולמי (מ-23.2% ב-1998 ל-6.2% ב-2010) וההבדל בין הוצאות היבוא של ארה"ב על מכונות (8.6 מיליארד דולר ב-2018) ) ומכירות יצוא. (4.2 מיליון דולר).

לדברי טוני שמיץ, פרופסור באוניברסיטת טנסי נוקסוויל וחבר סגל משותף של ORNL, כאשר תוכנית ה-ACE הושקה, מספר שותפים בתעשייה: המשרד למדיניות תעשייתית של משרד ההגנה, תוכנית ניתוח בסיסי תעשייתי ותחזוקה, ORNL , Advanced Composite Manufacturing Innovative Company ואוניברסיטת טנסי נוקסוויל דנו יחד ברעיון של שימוש בהדפסת פולימר בפורמט גדול של Oak Ridge לייצור תבניות בסיסיות עבור כלי בטון.

הסיבה פשוטה: לרוב כלי המכונות יש רכיבים יצוקים, ותשתית היציקה בארה"ב שעונה על הצרכים הללו ירדה בחדות בעשורים האחרונים. שמיץ אמר, למשל, ב-1987 היו 774 מתקני ברזל יצוק בארצות הברית. בשנים האחרונות, מספר זה ירד לפחות ממחצית, או 330. שמיץ אמר כי לרבים מהמתקנים הנותרים הללו אין קנה מידה וקנה מידה לייצר יציקות עבור מכונות גדולות. התוצאה היא מעבר בקנה מידה גדול למקורות זרים של יציקות מכונות גדולות.

צוות ACE מאמין כי פריסה מחדש של תשתית כלי מכונות תביא את היתרונות הבאים: צמיחת הכלכלה האמריקאית וכוח העבודה היצרני, תמיכת משרד ההגנה, וקיצור שרשרת האספקה ​​ומרחק התחבורה בין יצרני יציקה גדולים יצרני OEM של מכונות. בהתבסס על הניסיון של Oak Ridge בהדפסת תלת מימד פולימר בפורמט גדול, היא מאמינה שתבניות פולימר מודפסות בתלת מימד מלאות בבטון יכולות לספק אלטרנטיבה טובה יותר מיציקות מתכת מסורתיות.

המכונה שהצוות בונה היא למעשה כלי היברידי, שילוב של מרכז עיבוד CNC אנכי בעל שלושה צירים ומדפסת תלת מימד קשתית, ועומס העבודה שלה יכול לעשות אותה רק בטווח הגודל הבינוני של VMC טיפוסי. עם זאת, תבנית ההדפסה התלת-ממדית המשמשת לבסיס המכונה היא גדולה מאוד: 3 אינץ' x 3 אינץ' x 156 אינץ', הכל מודפס ב-Oak Ridge באמצעות מערכת BAAM של סינסינטי, תוך שימוש בחלקיקי ABS של 78% סיבי פחמן להמסה ולהתפשטות לשכבות מרובות. . עובי הדופן המחושב יכול לעמוד בלחץ הבא שהוכנס: 96 פאונד של בטון יצוק.

מבנה החיזוק המותאם אישית הונמך בתבנית המודפסת בתלת מימד. לפני תחילת יציקת הבטון, החיישן מקובע על מוט הפלדה.

(הערה לגבי השימוש במונח "תבנית" כאן: המהנדסים שבנו את המכונה ההיברידית ב-ORNL החליטו לשמור על המבנה המודפס בתלת-ממד, מה שהפך את הרכיב ליותר קליפה מאשר תבנית. עם זאת, הם גם מציינים כי אין צורך להשאיר את הקליפה במקומה כלל. במקרה זה, המונח "עובש" מתאים יותר.)

בספטמבר יצקה ORNL בטון לתוך התבנית. לאחר שהתבנית הוצבה בחוץ, הצוות הוריד את מבנה הפלדה המוכן כך שיתאים למידותיו הפנימיות. מבנה מחוזק זה לא רק משפר את החוזק, אלא גם משמש כאזור זמני ליחידות חישה מרובות כולל רושטי טמפרטורה ומדדי תאוצה תלת צירים.

כאשר הבטון ממלא את החלל תוך 30 דקות, יש לו חיישנים מרובים משובצים בבסיס, אליהם ניתן לגשת דרך מזין חוטים הממוקם מחוץ למכונה. כאשר המהנדסים חישבו שהלחץ הצפוי בתוך התבנית הוא 3.8 מגה-פסקל, הם תכננו את המבנה כך שיעמוד בחוזק תפוקה של 16.4 מגה-פסקל בכיוון האנכי, וכיוון השכבה של חומר ההדפסה מייצג את החוזק הנמוך ביותר של העיצוב.

לאחר המזיגה, הציוד עדיין בחוץ ככל שהאיפוי מתקדם. החיישן עקב אחר עליית הטמפרטורה הפנימית ל-150 מעלות צלזיוס (טמפרטורה זו אינה נגרמת על ידי חום הקיץ בטנסי, אלא תגובה אקסותרמית כשהבטון מתחיל להתמצק). העובש נשאר בחוץ במשך 20 הימים הבאים.

כאשר הבטון מתרפא לחלוטין, היחידה כולה הופכת ב-90 מעלות ומועברת במתקן ההדגמה של הייצור. קבוצת הבדיקות הבאה תשתמש במד תאוצה המוטבע בבסיס בטון.

מהנדסים ביצעו בדיקות פגיעה באזור שבו נמצא שולחן העבודה של המכונה כדי למדוד דינמיקה מבנית לפני התקנת הבקר. מאוחר יותר, כאשר המכונה תסיים לפעול, תדרים טבעיים אלה, ערכי קשיחות מודאלית ויחס שיכוך ישפיעו על ביצועי המכונה, וחיישנים משובצים יסייעו לנטר את הרטט של המכונה ולהודיע ​​על בחירת המהירות וההזנה הכוללת. אבל השלב הבא (בקרוב) יהיה התקנת לפיד הריתוך (שישמש בתהליך המקוון arc AM) ואת ציר הכרסום.

כאשר כל זה נעשה, וכאשר המערכת שולבה עם CNC, הירח נחת.

עם זאת, נקבע לפחות ניגוד חד אחד בין בסיס המכונה המסורתי לבין בסיס המכונה המודפסת/בטון התלת-ממדית. עלות הבטון היא כ-3 דולר לחצר מעוקב, או 100 סנט לפאונד. שמיץ אמר כי למרות שהעלות של ברזל יצוק תלויה תמיד ביחס הצף של גודל חלק, מורכבות ואיכות, העלות האופיינית של יציקות שנשלחות מאסיה לארצות הברית היא בין 2.5 סנט ל-75 דולר לפאונד. העלות של חומר תבנית להדפסת תלת מימד היא 2.50 דולר לפאונד, ויש לו את היכולת לעשות שימוש חוזר ולמחזר את החומר. אתה עדיין יכול להשתמש בתבניות הדפסה תלת מימדיות ובטון כדי לחסוך בעלויות רבות. שיקולים אלה הם כולם חלק מהיתרונות הכוללים שצוות ACE חזה עבור הפרויקט.

שמיץ אמר: "אנחנו מנסים לבצע תוכנית נחיתה על הירח במתקן הדגמה של ייצור שבדרך כלל מיושר עם IMTS". "תפקידו באמת להרחיב את החשיבה והדמיון של חוקרים העובדים זה לצד זה עם התעשייה כדי להבין אם אנחנו יכולים מעבר למה שנחשב לגבול. זו רק דוגמה אחת לדברים מסוג זה".

ד"ר לוני לאב, מנהיג צוות מחקר מערכות הייצור של ORNL, אמר: "הלחץ באמת גדול". "אתה יודע, עבור הפרויקט הזה, פיתחנו חומרים חדשים, תהליכים חדשים ואמצעי בקרה חדשים. התוצאה הסופית היא לא שפתרנו את כל הבעיות. אבל זה מאיץ את הזיהוי שלנו של הבעיות האמיתיות שאנחנו צריכים להבין ."

קישור למאמר זה: צוות שיתופי לפתרון בעיות שרשרת האספקה ​​של כלי מכונות: הדפסת תלת מימד עשויה להיות הבחירה הראשונה

הצהרה מחודשת: אם אין הוראות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. אנא ציין את המקור להדפסה חוזרת: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

מתכת, בריליום, פלדת פחמן, מגנזיום, הדפסת 3D, שירותי עיבוד שבבי CNC מדויקים לציוד כבד, בנייה, חקלאות ותעשיות הידראוליות. מתאים לפלסטיק ונדיר עיבוד סגסוגות. זה יכול להפוך חלקים בקוטר של עד 15.7 אינץ'. תהליכים כוללים עיבוד שבבי שוויצרי,שפשוף, חריטה, כרסום, משעמם והשחלה. הוא מספק גם ליטוש מתכת, צביעה, שחיקה משטח ו פיר שירותי יישור. טווח הייצור הוא עד 50,000 חתיכות. מתאים לבורג, צימוד, מֵסַב, משאבה, ציודבית קופסה, מייבש תוף והזנה סיבובית שסתום applications.PTJ תתכנן איתך אסטרטגיה כדי לספק את השירותים המשתלמים ביותר כדי לעזור לך להגיע ליעד שלך, ברוכים הבאים ליצור איתנו קשר ( sales@pintejin.com ) ישירות לפרויקט החדש שלך.