المقدمة: القلق بشأن استهلاك الطاقة في ظل الإنتاج واسع النطاق
تمتلك إحدى شركات تصنيع قطع غيار الطائرات 25 طابعة ثلاثية الأبعاد من الدرجة الصناعية ويبلغ حجم الطباعة السنوي أكثر من 500000 قطعة. ومع ذلك، فإن تكلفة الطاقة السنوية تصل إلى 1.8 مليون يوان، وهو ما يمثل 15-20% من إجمالي تكلفة الإنتاج. والأمر الأكثر خطورة هو أنه مع زيادة حجم الطلب، ترتفع تكاليف استهلاك الطاقة بشكل خطي، مما يؤدي إلى تآكل هوامش الربح بشكل خطير. هذه ليست حالة معزولة - وفقًا لبيانات أبحاث الصناعة، أصبح استهلاك الطاقة ثاني أكبر بند إنفاق بعد تكاليف المواد في إنتاج الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع.
بالمقارنة مع التصنيع الطرحي التقليدي، يبدو أن استهلاك الطاقة للوحدة في التصنيع الإضافي أقل (لا يتطلب كمية كبيرة من سائل القطع ونظام التبريد)، ولكن لا يمكن تجاهل استهلاك الطاقة التراكمي للتسخين المستمر على المدى الطويل وتشغيل الليزر عالي الطاقة والتسخين المسبق للمسحوق والروابط الأخرى. بأخذ عملية SLS كمثال، يمكن أن تصل طاقة جهاز واحد إلى 3-5 كيلووات، ومتوسط التشغيل اليومي هو 16 ساعة، واستهلاك الطاقة اليومي هو 48-80 كيلووات ساعة، وتتجاوز فاتورة الكهرباء الشهرية 10000 يوان. أصبحت كيفية تحسين استهلاك الطاقة مع ضمان جودة الطباعة مشكلة أساسية لشركات الطباعة ثلاثية الأبعاد لتقليل التكاليف وزيادة الكفاءة.
1. تحليل متعمق لتوزيع استهلاك الطاقة: خصائص استهلاك الطاقة للعمليات الثلاث الرئيسية
يختلف تكوين استهلاك الطاقة في عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد المختلفة اختلافًا كبيرًا. إن فهم أنماط توزيعها هو الخطوة الأولى لتحسين الحفاظ على الطاقة. من خلال تحليل البيانات المقاسة للعمليات الثلاث الرئيسية وهي FDM، وSLS، وSLA، وجدنا أن استهلاك الطاقة يتركز بشكل أساسي في الوحدات الرئيسية الثلاث لنظام التدفئة، ونظام الحركة، والنظام المساعد.
1. تكوين استهلاك الطاقة لعملية FDM
يأتي استهلاك الطاقة لمعدات FDM (نمذجة الترسيب المنصهر) بشكل أساسي من تسخين الفوهة وتسخين الطبقة الساخنة وأنظمة الحركة. إذا أخذنا طابعة FDM من الدرجة الصناعية كمثال، فإن تكوين الطاقة النموذجي هو:
- فوهة السخان: 40-60 وات (درجة حرارة التشغيل 200-260 درجة مئوية)
- سخان السرير الساخن: 150-300 واط (درجة حرارة التشغيل 60-110 درجة مئوية)
- نظام الحركة (محرك متدرج): 20-40 واط
- مكونات التحكم الإلكترونية: 15-25 واط
- المروحة والنظام المساعد: 5-15 وات
تظهر بيانات القياس الفعلية أن تسخين السرير الساخن يمثل 50-65% من إجمالي استهلاك الطاقة، ويمثل تسخين الفوهة 20-30%، ونظام الحركة يمثل 10-15% فقط. وهذا يعني أن التحكم في درجة حرارة قاعدة التسخين هو رابط رئيسي في تحسين توفير الطاقة باستخدام FDM. بأخذ طباعة مادة النايلون PA12 كمثال، يجب الحفاظ على درجة حرارة الطبقة الساخنة عند 110 درجة مئوية ± 5 درجة مئوية. إذا كانت درجة الحرارة المحيطة 25 درجة مئوية، فإن سخان الطبقة الساخنة يحتاج إلى إخراج طاقة تبلغ حوالي 200 واط بشكل مستمر للتعويض عن فقدان الحرارة.
2. خصائص استهلاك الطاقة لعملية SLS
يعد هيكل استهلاك الطاقة لمعدات SLS (التلبيد الانتقائي بالليزر) أكثر تعقيدًا، بما في ذلك بشكل أساسي:
- نظام الليزر: 30-200 واط (يتم تعديله حسب المواد المختلفة)
- نظام التسخين المسبق للمسحوق: 1.5-3 كيلو واط (درجة حرارة التسخين قريبة من نقطة انصهار المادة، PA12 حوالي 170 درجة مئوية)
- تدفئة غرفة البناء: 500-1000 واط (للحفاظ على درجة حرارة غرفة الطباعة)
- نظام الحركة والتحكم: 100-200 واط
النتائج الرئيسية: يبلغ استهلاك الطاقة في نظام التسخين المسبق للمسحوق ما يصل إلى 60-70%. تتطلب عملية SLS تسخين المسحوق مسبقًا إلى 10-20 درجة مئوية تحت نقطة انصهار المادة لتقليل تشوه الإجهاد الحراري أثناء التلبيد. بالنسبة للمواد PA12، قم بالتسخين المسبق
أرسل نموذجاً أو رسمة أو صورة أو ملاحظات مكتوبة. سيقوم المهندسون بمراجعة المادة والعملية والتشطيب والتسليم بناءً على الاستخدام الفعلي.