ພູມທັດທີ່ກຳລັງພັດທະນາຂອງໂລຫະສົມບູຮັນໄທເທເນຽມໃນການຜະລິດແບບເພີ່ມເຕີມ

ໂລຫະອັລລອຍທີເຕນຽມ ໄດ້ຖືກເບິ່ງວ່າເປັນພື້ນຖານທີ່ບໍ່ມີໃຜທຳມາຊ້ຳໄດ້ມາດົນນານໃນການຜະລິດຂັ້ນສູງ, ທີ່ຖືກຍົກຍ້ອງຈາກຄຸນສົມບັດທີ່ຫາຍາກທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນແຕກຕ່າງຈາກໂລຫະອື່ນໆ: ອັດຕາສ່ວນຄວາມແຂງແຮງຕໍ່ນ້ຳໜັກຂອງມັນດີກວ່າເຫຼັກ 40% ໃນຂະນະທີ່ມີນ້ຳໜັກເບົາກວ່າ 45%, ມັນຕ້ານທານຕໍ່ການກັດກ່ອນ ເຖິງແມ່ນໃນສະພາບແວດລ້ອມທາງທະເລ ຫຼື ເຄມີທີ່ຮຸນແຮງ, ແລະ ຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ກັບຮ່າງກາຍຂອງມະນຸດຂອງມັນອະນຸຍາດໃຫ້ມັນເຊື່ອມຕິດກັບເນື້ອເຍື່ອຂອງມະນຸດໂດຍບໍ່ກໍ່ໃຫ້ເກີດການຕອບສະໜອງຂອງລະບົບການຄຸ້ມກັນ. ສຳລັບຫຼາຍທົດສະວັດ, ຄຸນລັກສະນະເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ເຮັດໃຫ້ມັນກາຍເປັນສິ່ງທີ່ບໍ່ສາມາດແທນທີ່ໄດ້ໃນຂົງເຂດທີ່ສຳຄັນຕໍ່ພາລະກິດ: ວິສະວະກອນດ້ານການບິນ ແລະ ອາວະກາດ ພຶ່ງພາໂລຫະອັລລອຍທີເຕນຽມ ເຊັ່ນ Ti-6Al-4V ສຳລັບໃບພັດເຄື່ອງຈັກຍົນທີ່ຕ້ອງຮັບມືກັບອຸນຫະພູມທີ່ເກີນ 500°C ແລະ ຄວາມເຄັ່ງຕຶງທາງກົນຈັກທີ່ຮຸນແຮງ, ໃນຂະນະທີ່ ແພດດ້ານການຜ່າຕັດດ້ານກະດູກ ພຶ່ງພາຄວາມເປັນກາງຂອງມັນ ສຳລັບການຜ່າຕັດແທນຂໍ້ເຂົ່າ ແລະ ຂໍ້ເອວ ທີ່ສາມາດຢູ່ໄດ້ 20 ປີ ຫຼື ຫຼາຍກວ່ານັ້ນໃນຮ່າງກາຍມະນຸດ. ແຕ່ການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງຂອງມັນກໍຖືກຂັດຂວາງດ້ວຍອຸປະສັກທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນແບບຊັບຊ້ອນ: ວິທີການປຸງແຕ່ງແບບດັ້ງເດີມ—ເຊັ່ນການຕີ, ການຫຼໍ່, ແລະ ການກັດດ້ວຍ CNC—ສ້າງຂີ້ເຫຍື້ອຂອງວັດສະດຸເຖິງ 70-80%. ໂລຫະດິບທີເຕນຽມ, ທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນຊື່ rutile, ຕ້ອງການການກຳຈັດສິ່ງປະສົມທີ່ໃຊ້ພະລັງງານສູງເພື່ອຜະລິດ titanium sponge ທີ່ບໍລິສຸດ, ແລະ ການຂຶ້ນຮູບນີ້ໃຫ້ເປັນຊິ້ນສ່ວນສຳເລັດຮູບມັກຈະກັດວັດສະດຸອອກສ່ວນໃຫຍ່. ຄວາມບໍ່ມີປະສິດທິພາບນີ້, ຮ່ວມກັບການຂາດແຄນໂລຫະທີເຕນຽມທົ່ວໂລກ ທີ່ຖືກຂັບເຄື່ອນຈາກຄວາມຕ້ອງການດ້ານການບິນ ແລະ ອາວະກາດທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ໄດ້ເຮັດໃຫ້ຕົ້ນທຶນຢູ່ໃນລະດັບສູງເຖິງ 30 ໂດລາ ຕໍ່ປອນ, ຈຳກັດໃຫ້ໂລຫະນີ້ຢູ່ໃນຂົງເຂດທີ່ມີຄວາມຊຳນິຊຳນານ ແລະ ເຮັດໃຫ້ອຸດສາຫະກຳອື່ນໆ ເຊັ່ນ ເຕັກໂນໂລຊີຜູ້ບໍລິໂພກ, ລົດໄຟຟ້າ (EV), ແລະ ພະລັງງານທີ່ກໍ່ໃໝ່ ບໍ່ສາມາດເຂົ້າເຖິງປະໂຫຍດຂອງມັນ.

ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການຄົ້ນພົບໃໝ່ໆ ໃນການຜະລິດແບບເພີ່ມ (AM) ກໍກໍາລັງປ່ຽນແປງຮູບແບບດັ້ງເດີມນີ້. ເຕັກໂນໂລຊີການພິມ 3D—ໂດຍສະເພາະແມ່ນ Selective Laser Melting (SLM) ແລະ Binder Jetting (BJ)—ໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງ ໂດຍອະນຸຍາດໃຫ້ຜະລິດຊິ້ນສ່ວນທີ່ມີຄວາມຊັບຊ້ອນສູງ ແລະ ຮູບຮ່າງໃກ້ຄຽງກັບຮູບຮ່າງສຸດທ້າຍຈາກວັດສະດຸທີ່ເສຍໄປໜ້ອຍທີ່ສຸດ, ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວໜ້ອຍກວ່າ 10%. SLM, ເຊິ່ງເປັນວິທີການ fusion ໃນບ່ອນເກັບຜົງ, ໃຊ້ເລເຊີເສັ້ນໃຍທີ່ມີພະລັງງານສູງ (ໂດຍປົກກະຕິ 200-400 ເວັດ) ເພື່ອລະລາຍຜົງທີເຕນຽມ ແຕ່ລະຊັ້ນຢ່າງເລືອກເອົາ, ເພື່ອສ້າງຊິ້ນສ່ວນທີ່ມີຄວາມຖືກຕ້ອງດ້ານມິຕິພາຍໃນ ±0.1mm. ວິທີການນີ້ເຮັດໄດ້ດີໃນການຜະລິດຊິ້ນສ່ວນທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງ (ສູງເຖິງ 99.9%) ທີ່ມີໂຄງສ້າງພາຍໃນທີ່ຊັບຊ້ອນ, ເຊັ່ນ: ອຸປະກອນຝັງທີ່ມີຮູບຮ່າງຄ້າຍຄືກັບກະດູກ cancellous ຂອງມະນຸດ (ມີຄວາມໜາແໜ້ນ 30-70%) ເພື່ອສົ່ງເສີມການເຊື່ອມຕໍ່ກັບກະດູກ, ຫຼື ບົ່ງນ້ຳມັນໃນອາກາດຍານທີ່ມີຊ່ອງລະບາຍຄວາມຮ້ອນພາຍໃນທີ່ຊັບຊ້ອນເກີນໄປສຳລັບການກົດເຄື່ອງຈັກແບບດັ້ງເດີມ. ໃນຂະນະທີ່ Binder Jetting ໃຫ້ວິທີການທີ່ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້ດີກວ່າ: ມັນຈະເຮັດການປ່ອຍຜູກພັນແບບເຫຼວລົງໄປໃສ່ເຕັກຜົງທີເຕນຽມ ເພື່ອສ້າງຊິ້ນສ່ວນ “ສີຂຽວ”, ຕໍ່ມາຈະຖືກຖອດຜູກພັນອອກ ແລະ ເຜົາໃນເຕົາທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມໜາແໜ້ນສົມບູນ. ຂະບວນການນີ້ມີຄວາມໄວກວ່າ SLM 3-5 ເທົ່າ ແລະ ເໝາະສຳລັບການຜະລິດໃນປະລິມານສູງ, ເຮັດໃຫ້ເໝາະສຳລັບຊິ້ນສ່ວນລົດຍົນ ເຊັ່ນ: ແຜ່ນຢຶດຖັງແບດເຕີຣີ EV ຫຼື ຊິ້ນສ່ວນອາກາດຍານ ເຊັ່ນ: ແຜ່ນຢືດປີກ.

ຄວາມສາມາດນີ້ເປັນບັນທັດຖະໜ້າໂດຍສະເພາະສຳລັບອຸດສາຫະກໍາທີ່ຕ້ອງການການປັບແຕ່ງ, ການຫຼຸດນ້ຳໜັກ, ຫຼື ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງການອອກແບບ. ໃນດ້ານຊີວະແພດ, ບໍລິສັດອຸປະກອນການແພດຂະໜາດໃຫຍ່ຂອງໂລກ Zimmer Biomet ປັດຈຸບັນນຳໃຊ້ SLM ເພື່ອຜະລິດຂໍ້ຂາທຽບທີ່ປັບຕາມຂໍ້ມູນ CT scan ຂອງຜູ້ປ່ວຍແຕ່ລະຄົນ. ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ມີພື້ນຜິວທີ່ຖືກອອກແບບເປັນສ່ວນຕົວເພື່ອສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງກະດູກ, ຊ່ວຍຫຼຸດເວລາຜ່າຕັດລົງ 25% ແລະ ຫຼຸດອັດຕາການເກີດຂໍ້ຜິດພາດຫຼັງຜ່າຕັດລົງເກືອບ 40% ສົມທຽບກັບຂໍ້ຂາທຽບທີ່ມາດຕະຖານ. ໃນດ້ານການບິນອາວະກາດ, Boeing ໄດ້ນຳເອົາເຂົ້າໃນການຜະລິດ 600 ແທ່ນເຫຼັກ titanium ທີ່ພິມ 3D ເຂົ້າໄປໃນຍົນ 787 Dreamliner ຂອງມັນ, ແຕ່ລະອັນມີນ້ຳໜັກໜັກກວ່າຊິ້ນສ່ວນເຫຼັກທີ່ເຊື່ອມກັນທີ່ມັນແທນທີ່ 30%. ການຫຼຸດນ້ຳໜັກນີ້ເຮັດໃຫ້ປະສິດທິພາບນ້ຳມັນເພີ່ມຂຶ້ນ 1.5% - ເປັນການປັບປຸງທີ່ສຳຄັນສຳລັບສາຍການບິນທີ່ປະເຊີນກັບຄ່ານ້ຳມັນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ເຖິງແມ່ນວ່າໃນດ້ານເຕັກໂນໂລຊີຜູ້ບໍລິໂພກ, ຍີ່ຫໍ້ຕ່າງໆກໍກຳລັງຮັບເອົາການປ່ຽນແປງ: ລາຍ G-Shock ຂອງ Casio ປັດຈຸບັນມີນາฬິກາທີ່ມີເຄື່ອງປ້ອງກັນ titanium AM ທີ່ມີນ້ຳໜັກເບົາກວ່າຮຸ່ນເຫຼັກກ້າລ້າສະແຕນເລດ 20% ໃນຂະນະທີ່ມີຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການຂີ້ກັດສູງຂຶ້ນ 30%, ແລະ ບໍລິສັດເຕັກໂນໂລຊີຈີນ Xiaomi ໄດ້ນຳໃຊ້ titanium ທີ່ພິມດ້ວຍ BJ ສຳລັບໂຕຖອກຂອງໂທລະສັບສະມາດຊິ້ນ Mix Fold 3 ຂອງມັນ, ດຸ່ນດ່ຽງຄວາມທົນທານກັບຮູບຮ່າງທີ່ບາງ. ສຳລັບອຸດສາຫະກໍາເຫຼົ່ານີ້, AM ບໍ່ພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ titanium ມີລາຄາຖືກຂຶ້ນ - ມັນຍັງເປີດໂອກາດໃນການອອກແບບທີ່ກ່ອນໜ້ານີ້ບໍ່ເຄີຍເປັນໄປໄດ້.

ປັດໃຈຫນຶ່ງທີ່ສຳຄັນຂອງການປ່ຽນແປງນີ້ແມ່ນການພັດທະນາຂອງຂະບວນການປຸງແຕ່ງເມັດຜົງທີເຕນຽມ - ຊີວິດຂອງ AM. ເມື່ອກ່ອນໜ້ານີ້, ເມັດຜົງທີເຕນຽມມີຮູບຮ່າງທີ່ບໍ່ປົກກະຕິ ແລະ ຂະໜາດເມັດທີ່ບໍ່ສອດຄ່ອງກັນ, ເຮັດໃຫ້ການໄຫຼຜ່ານໄດ້ບໍ່ດີ ແລະ ຜົນການພິມທີ່ບໍ່ສະເໝີກັນ. ປັດຈຸບັນ, ນະວັດຕະກຳເຊັ່ນ: ການແຍກໂດຍພລາດສະມາ ແລະ ການແຍກໂດຍອາຍຸດກາດ ໄດ້ປ່ຽນແປງຂະບວນການຜະລິດເມັດຜົງໃຫ້ມີຮູບກົມຢ່າງສິ້ນເຊີງ, ເຮັດໃຫ້ເມັດຜົງມີຮູບກົມລຽບ ແລະ ໄຫຼຜ່ານເຄື່ອງ AM ໄດ້ຢ່າງສະເໝີກັນ. ເທັກໂນໂລຊີການຈັດປະເພດທີ່ມີຄວາມແນ່ນອນສູງ ບັດນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ສາມາດຄວບຄຸມການແຈກຢາຍຂະໜາດເມັດໄດ້ຢ່າງແໜ້ນຫນາ (ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນ 15–45μm ສຳລັບ SLM), ຮັບປະກັນຄວາມໜາແໜ້ນທີ່ສອດຄ່ອງກັນ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຂໍ້ບົກຜ່ອງໃນການພິມ ເຊັ່ນ: ຄວາມໜາແໜ້ນຕ່ຳ. ພ້ອມກັນນັ້ນ, ການເກີດຂຶ້ນຂອງເມັດຜົງທີເຕນຽມທີ່ຖືກນຳມາໃຊ້ຄືນໃໝ່—ທີ່ມາຈາກຂີ້ເຫຍື້ອຂອງການຂຸດເຈາະ CNC, ຊິ້ນສ່ວນທີ່ຖືກຕັດອອກຈາກອຸດສາຫະກໍາການບິນ ແລະ ເຄື່ອງມືການແພດທີ່ຖືກຖິ້ມໄປ—ໄດ້ຊ່ວຍແກ້ໄຂບັນຫາດ້ານຕົ້ນທຶນ ແລະ ການຍືນຍົງ. ບໍລິສັດຕ່າງໆ ເຊັ່ນ: Kyhe Technology ໄດ້ພັດທະນາຂະບວນການເພື່ອກຳຈັດສິ່ງປົນເປື້ອນຈາກຂີ້ເຫຍື້ອທີ່ນຳມາໃຊ້ຄືນໃໝ່ ເພື່ອຜະລິດເມັດຜົງ AM ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ລົດຕົ້ນທຶນວັດສະດຸລົງ 40–60% ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນປະລິມານໂລຫະທີ່ຖືກຖິ້ມລົງຖັງຂີ້ເຫຍື້ອ, ສອດຄ່ອງກັບແນວທາງດ້ານເສດຖະກິດວົງຈອນໂລກ.

ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສິ່ງທ້າທາຍຍັງຄົງເຫຼືອຢູ່ ທີ່ຂັດຂວາງການຮັບເອົາໂທລະໄຟສະແຕນໄລທີ່ກ້ວາງຂວາງ. ຄວາມເປັນກົດເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງໂທລະໄຟສະແຕນໄລຕໍ່ອົກຊີເຈນໝາຍຄວາມວ່າການພິມຕ້ອງດຳເນີນໃນບັນຍາກາດອາໂຣເຈນຫຼືໄນໂຕຣເຈນທີ່ບໍ່ມີກິດຈະກຳ, ເຊິ່ງຕ້ອງການອຸປະກອນພິເສດທີ່ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງເພື່ອຮັກສາລະດັບອົກຊີເຈນໃຫ້ຕ່ຳຫຼາຍ (ຕ່ຳກວ່າ 0.1%). ການດຳເນີນການຫຼັງຈາກພິມຍັງຄົງເປັນຈຸດກີດຂວາງ: ຊິ້ນສ່ວນໂທລະໄຟສະແຕນໄລ AM ສ່ວນຫຼາຍຕ້ອງຜ່ານການອົບເພື່ອຜ່ອນຄາຍຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ຍັງເຫຼືອ, ຕາມດ້ວຍການກົດເຄື່ອງຈັກ ຫຼື ຂັດເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຜິວພັກທີ່ສຳເລັດ - ຂັ້ນຕອນເຫຼົ່ານີ້ອາດຈະຄິດເປັນ 30-50% ຂອງເວລາ ແລະ ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດທັງໝົດ. ນອກຈາກນັ້ນ, ການຄວບຄຸມຄຸນນະພາບຍັງຄົງສັບສົນ, ເນື່ອງຈາກຂໍ້ບົກຜ່ອງນ້ອຍໆ ເຊັ່ນ: ແຕກນ້ອຍໆ ອາດຈະເຮັດໃຫ້ປະສິດທິພາບຂອງຊິ້ນສ່ວນເສື່ອມໂຊມ, ຕ້ອງການເຄື່ອງມືການກວດກາຂັ້ນສູງເຊັ່ນ: ການສະແກນຄອມພິວເຕີໂທໂມກຣາຟີ (CT).

ຄວາມພະຍາຍາມຂອງອຸດສາຫະກໍາໃນປັດຈຸບັນ ກໍເພື່ອພັດທະນາວິທີການແກ້ໄຂທີ່ລວມເຂົ້າກັນໄດ້ເພື່ອຊ່ວຍໃຫ້ຂະບວນການຜະລິດ AM ສະດວກຂຶ້ນ. ນັກວິທະຍາສາດດ້ານວັດສະດຸ ກໍກໍາລັງສ້າງສັນຍາລັກໂລຫະທີຕາເນຍຍຽມທີ່ມີປັບປຸງປະກອບເຄມີຂອງມັນເພື່ອຫຼຸດຄວາມໄວຕໍ່ອົກຊີເຈນ, ໃນຂະນະທີ່ລະບົບການຕິດຕາມຂະບວນການທີ່ຂັບເຄື່ອນດ້ວຍ AI ກໍໃຊ້ຂໍ້ມູນຈາກເຊັນເຊີໃນເວລາຈິງເພື່ອກວດຈັບ ແລະ ພັດທະນາຂໍ້ບົກຜ່ອງໃນຂະນະທີ່ກໍາລັງພິມ. ບໍລິສັດຕ່າງໆ ເຊັ່ນ: EOS ກໍນຳພາໃນການພັດທະນາວິທີການແກ້ໄຂ 'print-to-part' ທີ່ປະສົມປະສານເຄື່ອງ AM ກັບມົດູນການປຸງແຕ່ງອັດຕະໂນມັດ ເພື່ອສ້າງເສັ້ນຜະລິດທີ່ຕໍ່ເນື່ອງຢ່າງລຽບ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ອົງການດ້ານມາດຕະຖານ ເຊັ່ນ: ASTM International ກໍກໍາລັງເຮັດວຽກເພື່ອກໍານົດມາດຕະຖານທີ່ເປັນເອກະພາບສໍາລັບຜົງ ແລະ ຊິ້ນສ່ວນ titanium AM, ເພື່ອສ້າງຄວາມໝັ້ນໃຈໃຫ້ແກ່ຜູ້ຜະລິດ.

ເສັ້ນທາງດັ່ງກ່າວຊັດເຈນ: ໃນຂະນະທີ່ເຕັກໂນໂລຢີເຫຼົ່ານີ້ພັດທະນາ, ອາລົມໂລຫະໄທເທນຽມຈະເຂົ້າໄປໃນການນຳໃຊ້ຕະຫຼາດມວນຊົນຫຼາຍຂຶ້ນ. ໃນຍານພາຫະນະໄຟຟ້າ (EV), ໄທເທນຽມທີ່ຜະລິດດ້ວຍເຕັກໂນໂລຢີ AM ສາມາດຫຼຸດນ້ຳໜັກຂອງເຄື່ອງຫຸ້ມຖ່ານໄຟ ເຮັດໃຫ້ໄລຍະທາງຂັບຂີ່ໄດ້ຍາວຂຶ້ນໂດຍບໍ່ຕ້ອງແລກກັບຄວາມປອດໄພ. ໃນດ້ານພະລັງງານທີ່ຊົດເຊີຍໄດ້, ມັນສາມາດນຳໃຊ້ຜະລິດສ່ວນປະກອບທີ່ຕ້ານທານການກັດກ່ອນສຳລັບກັງຫານລົມທະເລ. ສິ່ງທີ່ເຄີຍເປັນວັດສະດຸລະດັບສູງ ທີ່ຖືກຈຳກັດໃນອຸດສາຫະກຳຊັ້ນນຳ ກຳລັງກ້າວເຂົ້າສູ່ການກາຍເປັນບັນດາອິດສະຫຼະທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປໃນການຜະລິດທີ່ທັນສະໄໝ—ຖືກເຮັດໃຫ້ເຂົ້າເຖິງໄດ້ງ່າຍຂຶ້ນໂດຍປະສິດທິພາບຂອງການຜະລິດເຕີມເຕັມ (additive manufacturing) ແລະ ຄວາມຍືນຍົງຂອງເສັ້ນໃຍທີ່ນຳກັບມາໃຊ້ໃໝ່. ບົດຕໍ່ໄປຂອງໄທເທນຽມບໍ່ແມ່ນພຽງແຕ່ກ່ຽວກັບຊິ້ນສ່ວນທີ່ດີຂຶ້ນ, ແຕ່ຍັງກ່ຽວກັບການສ້າງລະບົບອຸດສາຫະກຳທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ມີການນຳກັບມາໃຊ້ໃໝ່ຢ່າງວົງຈອນ.