Новости

Aug 11, 2023

Влияние параметров печати на аддитивное производство металлических деталей: аспекты производительности и устойчивости

Научные отчеты, том 12,

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 19292 (2022) Цитировать эту статью

1331 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании влияние параметров печати на механические свойства металлических деталей, изготовленных аддитивным способом, исследовалось с помощью испытания на растяжение. Образцы из нержавеющей стали 17-4 PH с двумя параметрами печати, включая плотность заполнения и ориентацию рисунка, были изготовлены методом аддитивного производства (АМ) с использованием метода осаждения связанного металла (BMD). Механическими свойствами, рассматриваемыми в этом исследовании, являются модуль Юнга и предел прочности на разрыв. Результаты показывают, что ориентация узора не влияет на модуль Юнга образца-заполнителя с треугольным узором. Напротив, предел прочности значительно варьируется в зависимости от ориентации рисунка, при этом образцы с ориентацией рисунка 0 градусов дают лучший предел прочности. Фактически механические свойства образцов заполнения увеличиваются с увеличением плотности их заполнения. Однако, если учитывать эксплуатационные расходы и время, следовательно, устанавливается индекс для оценки производительности и устойчивости. Связь между нормализованным пределом прочности образца-заполнителя и относительной плотностью определяется как весовая эффективность. Индекс оценки экологически чистого продукта характеризуется соотношением эффективности к устойчивому параметру(ам). Индекс может помочь конечным пользователям выбрать подходящую плотность заполнения для продуктов AM с учетом эксплуатационных затрат и времени. Различные модели затрат, включая затраты только на материалы, прямые затраты и общие затраты, могут быть включены в индексную модель для оценки экологически чистого продукта в конкретном контексте затрат.

Распространение человеческого развития в двадцать первом веке предполагает фундаментальные изменения в технологической революции и человеческой жизни, известные как Четвертая промышленная революция или Индустрия 4.0. Цивилизация находится на пороге новой промышленной революции, которая приведет к повышению глобальной производительности промышленности и улучшению качества жизни во всем мире, чему способствуют современные производственные технологии и информационные системы. Новое поколение производственных систем может обеспечить оптимальные процессы и технологии, например, искусственный интеллект, робототехнику, Интернет вещей и аддитивное производство (АП), для гибкого производства с долгосрочным повышением эффективности и производительности1,2,3. Среди технологических достижений AM считается важнейшим производственным процессом, движущим Индустрии 4.0. AM — это производственная технология изготовления деталей из файла трехмерного (3D) компьютерного проектирования (САПР), также известного как 3D-печать. Он позволяет легко и поэтапно изготавливать сложные детали произвольной формы4. Этот метод требует меньше отходов в производственном процессе, чем традиционные субтрактивные процессы, например, станки с числовым программным управлением (ЧПУ), водоструйная резка и лазерная резка. Поскольку детали AM могут быть спроектированы с большей свободой формы и меньшими производственными отходами, AM может применяться как новый производственный процесс для проектируемых и настраиваемых продуктов, потенциально создавая новую бизнес-модель.

Помимо того, что AM является движущей технологией Индустрии 4.0, его можно рассматривать как устойчивую технологию для окружающей среды, поскольку эта технология обеспечивает меньше отходов и может использовать переработанные материалы в производстве. Это продуктивный процесс, который может значительно сократить глобальные выбросы парниковых газов. Массовое производство сырья в промышленных секторах и его потенциальное воздействие на окружающую среду потенциально могут быть уменьшены с использованием технологий AM. В этом случае АМ может предоставить возможности для повышения экологической устойчивости в различных отраслях. Раньше устойчивость определялась путем подчеркивания экологического аспекта. В настоящее время это определение также включает социальные и экономические аспекты, которые также решаются технологией AM5. Ссылаясь на принципы 6R (сокращение, восстановление, переработка, повторное использование, модернизация и переработка)6, AM предлагает возможность устойчивого развития, улучшая социальные и экономические последствия всего жизненного цикла продукта7,8. АМ позволяет одновременно развивать охрану окружающей среды и экономический рост, тем самым оптимизируя потребление и сохраняя ресурсы для жизни человека. В свете механики экономического развития циркулярная экономика и использование ресурсов существенно связаны. Если потребление материалов и энергии в промышленности можно будет сократить и контролировать, традиционные бизнес-модели вскоре смогут трансформироваться в модели устойчивой экономики замкнутого цикла1,9.