以目前的熱源形式來分,金屬3d列印可分為雷射(單模)slm、雷射(多模)lens、電子束(粉末)ebm、電子束(絲材)ebff和電弧waam。
星海集團利用自主研發的雷射技術,目前主要採用slm和lens技術,材料都是採用粉末形式。
以目前的設備型號來看,可以製造1000mm*800mm*600mm的零件,如果想加大零件尺寸並不難,增加導軌長度即可,不過,精度會有一定的影響。
一直以來,全球金屬3d列印的發展似乎並未達到預期中的革命性發展,以世界金屬3d增材代表企業velo3d公司為例,
主要有三個因素影響。
第一,材料組織較差,一直達不到鍛件水平。
也許構件的某些性能達到了同成分鍛件水平,但材料組織依然達不到。
目前,星海集團已經解決了這個關鍵問題。
第二,製造效率問題。
一般來說,slm技術的每小時製造效率為5-20立方厘米,如果是lens(材料組織較差),可以到達10-80立方厘米,甚至可以達到300立方厘米。
以製造鋼鐵為例,鋼材的密度為85克\/立方厘米。
也就是說,金屬3d增材的每小時製造效率,slm技術大概是40-160克,而lens則為80-2400克,每天24小時持續製造,最多也就五十多公斤。
如果是鈦合金和鋁合金,由於密度更小,單位生產的重量更低。
製造效率越高,相應地成形精度也會低許多。
所以,這項技術只適合於製造複雜程序非常高,而且批量少的結構件。
對於傳統的機械製造(如車銑刨磨鑽)而言,零件的製造成本隨複雜程度的提升指數級的增長,且與製造的批量有關係,批量小於3000件時,成本非常高。
而零件的複雜程度對增材製造的成本影響很小,增材製造過程幾乎不受零件複雜程度的影響,其成本主要決定於製造該零件所需要的時間。
因此對於單件小批量生產和具有較高几何複雜性的零件,增材製造具有顯著的競爭優勢。
如今,星海集團在slm和lens技術上有很大進步,單槍數量的效率比同行頂尖設備要快3倍-5倍。
這方面的原因,主要是設備空行更快、掃描速度、多通道送粉、多雷射束、熔化效率更快等優勢。
而且,星海集團的設備可以配置多槍同步進行,最多可配3把噴槍。
多加槍就意味著多加軸,占用空間,這還不是最重要的,主要是需要解決同步運行時的算法問題。
所以,運用3槍的設備,可比同行頂尖設備的效率要快5-15倍。♢♦ 6➈รHuˣ.𝕔όᵐ 👽♢
如果計算加工價格,差異就非常大。
在2022年之前,在缺乏專門設計的零件的情況下,增材製造生產成本會十分高昂,而工業增材製造系統也價值不菲,並且部分生產速度十分緩慢。
目前能夠生產金屬零件的增材製造系統和設備的總成本大約在50萬美刀到100多萬美刀之間。
如果以全年80%的運行時間計算,那麼金屬3d列印系統每年運作的時間約為7000小時。
對於高科技設備,兩年的投資回報期(roi)是成本計算的合理平均值,這也就意味著根據設備價值不同,每小時的設備運行成本(也可以說是設備折舊成本)為每小時37美刀到每小時90美刀不等。
電費能耗、惰性氣體氬氣成本倒不是很大,每小時10塊錢左右,相對於設備的折舊成本就極低了。
如果加工一個不鏽鋼304結構件,重量為1公斤,粉末材料成本為500元。
按照國際上的金屬3d增材設備,假如設備每小時運行成本為400元。
要求精度最高,最慢加工時間約為25小時,成本為=25*400+500+25*10=元!
要求精度一般,加工時間約為5小時,成本為=5*400+500+5*10=2550元。
換作星海集團的設備,假如設備價格和原材料價格相同,加工時間可能只需要5小時,甚至最快只需要半小時就可以,成本在800-3050元,而且精度更高。
但不管再怎麼樣便宜,成本依然比傳統製造要高。
第三,表面粗糙度和後續加工問題。
3d增材設備畢竟是堆焊材料的方式,表面粗糙度肯定比精機加工差一些。
一般表面粗糙度在ra5-50!
一般來說,搖臂鑽床所鑽出來的孔,孔壁粗糙度在5左右,用手摸還可以摸到紋路。
好點的,可以加工到3,跟粗銑、粗車差不多了。
如果是ra25-50,跟火焰切割出來的切割面一樣,非常粗糙了。
如果還採用後續加工,採用3d增材設備就沒啥意義了。
而星海集團的設備,如果採用lens,每小時製造效率為200-1000立方厘米情況下,就可以達到3,如果要求不高,根本不需要再加工了。
如果採用slm,把每小時製造效率為50-100立方厘米情況下,表面粗糙度ra可以達到8!
半精銑和半粗車的狀況了,絕大情況下,不需要再進行後續加工。🐍🐝 ➅➈丂卄𝔲ⓧ.cσᗰ ♝☜
就憑以上三個優勢,星海集團的金屬3d增材技術可以說是黑科技了,高出世界頂尖水平太多了,已經可以普遍應用了。
一些急用的小批量產品,都可以採用金屬3d增材技術生產了。
所需要的,只要有3d圖數據就可以。
當然,這個3d軟體必須具備3d切片功能。
所謂的切片,這是因為金屬3d增材生產過程就是一層一層地疊加。
星海集團的ad軟體,新增加的功能,可以支持三維模型到列印成型,擁有增材製造切片軟體的全部功能。
而且,在輕量化設計填充模塊中,增加網格、內六角、立方體、鋸齒狀、交叉、螺旋二十四面體等晶格鏤空圖案,並且可根據設置實時顯示已選擇的晶格的元素數量,如角度、節點、體積,孔隙率等,晶格圖案及參數可自主調節,不需要另外設計,設計更快。
也就是說,如果別人偷到星海集團的金屬3d設備,如果ad軟體沒有增加星海集團的3d切片功能系統,用起來也是非常麻煩的。
軟體與設備,就是相互匹配。
可以說,星海集團的生產製造能力上升了一個大台階,產生革命性的變化。
今後,只要是金屬材料製造,不管多複雜的設計,只要是設備的尺寸製造範圍內,都能夠製造出來。
自從去年6月份開始,先研發軸承、絲杆等核心零部件的特種鋼材,接著伺服電機、數控系統等等,才真正轉入金屬3d增材設備的研發。
一年多時間,真的很快,也是在星海集團強悍的研發能力和製造能力上。
每每有新的研發項目,需要用到加工某個零部件時,都要優先進行生產,只要有圖紙,原材料備好,一般兩三天內,甚至一兩個小時內就能加工出來,效率非常快。
除去研發成本,星海集團金屬3d增材設備的製造成本不算高,估計就是二三十萬一台就行了。
原材料粉末也是自己生產加工的,假如是不鏽鋼粉末,用不著五六百塊錢一公斤,每公斤150元就足夠了。
也就是說,每加工一公斤不鏽鋼重的零部件,實際成本只需要兩三百元而已。
若能夠大批量製造,成本還會降低,研發成本均攤到每台設備上後,綜合成本也不會很高。
別的廠家加工一公斤不鏽鋼成本在2500-元,真正代加工價還要加倍,達到5000元以上,這個價格不是一般公司能夠承受得了。
昂貴的加工價格,加工效率慢,也是阻礙了金屬3d增材技術的發展。
當然,就算星海集團的金屬3d增材設備牛比,也是無法代替傳統機加工業,只有加工複雜結構產品時,它才有價值。
7月4日,沐陽處理完月初的文件後,來到金屬3d增材實驗室。
一台金屬3d增材設備前,玻璃隔窗內,三個雷射槍在快速地移動,沒有干涉,槍頭那噴出幾道金黃色的雷射線。
如果熟悉金屬3d增材設備,會發現星海集團的設備在加工過程中竟然沒有什麼火花。
沐陽走進來觀察,設備旁邊的幾個員工看到他後紛紛打招呼。
「董事長,您好!」
「嗯,裡面加工的是什麼東西?」
一名員工恭敬地回道:「李剛說市場上製造的嬰兒車不怎麼樣,要不太重,要不太輕強度不夠,於是我們設計了一個嬰兒車,骨架和輪轂用高強度鈦合金材料製造,強度足夠,然後再定製一些材料,做成一個可以放兩個孩子的電動助力嬰兒車,送給董事長。」
「哦,有心了,謝謝。」沐陽點頭微笑,「市場上的嬰兒車的確不怎麼樣。」
「嘿嘿,就怕董事長你不喜歡,而且製造成本也不低。」
「沒事,也可以多弄點航空上有用的產品。從電機項目部門拿圖紙優化一下,一些結構用3d列印,看看能減輕多少重量。我們製造這個設備也是為了結構輕量化,只有不斷地嘗試製造不一樣的產品,才會發現問題。」沐陽不阻止員工瞎搞這些,只要有意義,把工作做完就行。
沐陽觀察了一會,項目經理看到他,走過來跟他匯報情況,也有一些技術問題問他。
「c919的加工進行得怎麼樣?」沐陽問道,他有一段時間沒有關注c919了。
「尺寸不大於1米的零部件,這個月就能加工完成,尺寸過大的,目前在組裝一台加工範圍達到5米長4米寬3米高的設備,估計月底能調試好就不錯了,想要加工完成剩餘的部件,估計得8月底了。」
項目經理帶沐陽來到一台更大的設備面前,幾名員工正在組裝調試。
「董事長,我們負責c919的任務,鈦合金代加工報價多少?」研發項目經理有必要知道報價情況,知道他們自己研發的東西到底值不值錢,更要知道成加成本問題,知道從哪些細節進行優化,降本增效。
「第一台就不要錢了,就當為國家做貢獻,我們也希望c919能夠量產;
如果c919未來批量生產,我們就算想為國家做貢獻,也要賺錢,鈦合金每公斤加工價格三千塊,鋁合金兩千,奧氏體不鏽鋼一千,對外報價上浮一些,具體報價還得讓報價部門詳細核算一下,你這邊也統計一下數據和加工成本。」
沐陽只是大概算了下,鋁合金和鈦合金的加工難度大一些,而且密度太小,按照重量收費有些不划算。
鈦合金金屬3d增材加工的市場價格,精度越高是越貴,但也不能貴得太離譜。
而且金屬3d增材,並不是沒有代替品,太貴了沒有客戶願意代工,寧願採用傳統加工方式。
如果沒法加工,那就改變結構設計。
所以,沐陽不打算按照市場價格來,直接按照自己公司的情況,有錢賺就行。
也只有「廉價」,客戶才願意拋棄傳統加工方式,為了效率,轉為金屬3d增材製造。
比如按照c919的空機總重量約1噸,金屬結構重量占25%-30%,其中鋁合金和鈦合金估計占15%-20%,有必須採用金屬增材製造的鋁合金和鈦合金重量大概有3-5噸。
如果按照星海集團給上飛公司的金屬3d增材加工報價,這架飛機的金屬3d增材代加工成本就需要750萬-1250萬元。
而c919報價為9億美刀,折合6億多,相對售價而言,近千萬不算多,但也不算少了,主要是生產效率快。
只需要三五台設備,如果生產無故障的話,一個月時間內就能完成製造任務,而且優化設計後,重量可輕10%以上。
若是採用傳統製造方法,半年時間內都不一定能搞定。
採用金屬3d增材製造方法,可以大大縮短生產周期,那幾百萬近千萬元的加工費,根本不是事兒。
只要星海集團願意降低加工價格,這個市場規模就非常大,只要產能足夠,光搞代加工,一年隨隨便便拿下一百億美刀的訂單。
沒錯,就是一百億美刀以上!
按照沐陽給上飛公司的報價,就相當於4萬噸金屬材料的加工量!
僅需要500-1000台金屬增材3d設備,幾千名員工。
當然,這只是沐陽的理想估算,或者說,他低估了這個市場,反正有很大搞頭。
如果他這麼搞,全球所有從事金屬3d增材設備的企業多半要倒閉。
賣設備?
在前期,那是不可能的,賣貴了沒有客戶願意買,而且買的客戶,肯定是同行買回來拆解研究。
每台設備可以產出一千萬美刀的產值,賣便宜了,沐陽也不樂意,而且,別人有了這一類設備,加工實力發生質的提升,這類設備就跟光刻機一樣,最好自己壟斷。
想到這點,沐陽回辦公室,讓戰略部門再好好調研一下。
同時,公司研發金屬3d增材設備成功,可以轉到下一個研發重點:頂尖數控工具機!
工業母機,是時候搞一搞了。
而且,伺服電機和編碼器的研發成功,也是時候攻研工業機器人了。
這章節有些硬核,如果發現數據有錯,請提出來,老農立刻修改。
今天有驗廠工作,事情比較多,耽誤了更新
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