Teilweise werden Druckstrategien und -praktiken in der Massenproduktion kombiniert

Produktionsherausforderungen der Massenanpassung

Während sich die Fertigungsindustrie in Richtung Personalisierung und Individualisierung entwickelt, ist die Produktion kleiner Chargen und mehrerer Sorten zur Norm geworden. Die traditionelle Massenproduktion strebt nach großen Mengen einer einzigen Sorte und senkt die Kosten durch Skaleneffekte. Die maßgeschneiderte Produktion ist genau das Gegenteil. Jede Bestellung hat viele Sorten, kleine Mengen und kurze Lieferzeiten. Die 3D-Drucktechnologie hat sich zu einem idealen Verfahren für die kundenspezifische Massenproduktion entwickelt, da sie keine Formen erfordert und konstante Stückkosten verursacht. Allerdings schränkt die geringe Effizienz des Einzelstückdrucks die Kostenwettbewerbsfähigkeit ein. Es entstand die part-merging-printing-Strategie. Durch die Anordnung mehrerer Teile auf derselben Druckplattform wird der Druckraum voll ausgenutzt und die Produktionseffizienz und Kosteneffizienz deutlich verbessert.

Das Kernprinzip des zusammengeführten Druckens

Der Kern des zusammengeführten Druckens besteht darin, die Nutzung des Druckraums zu optimieren. Die Größe des Arbeitshohlraums von 3D-Druckgeräten ist festgelegt. Der Schlüssel zur Effizienzsteigerung liegt darin, mehr Teile auf begrenztem Raum anzuordnen. Der traditionelle rechteckige Satz ist einfach, benötigt aber nur wenig Platz. Intelligente Satzalgorithmen können je nach Form der Teile ein optimales Layout erstellen und so die Raumausnutzung um 30–50 % steigern. Beim Satz müssen Faktoren wie der Mindestabstand zwischen den Teilen, der Platzbedarf der Tragkonstruktion und der Einflussbereich der thermischen Verformung berücksichtigt werden. Unterschiedliche Materialien weisen unterschiedliche Schrumpfraten auf und beim Satz muss ein entsprechender Sicherheitsabstand eingehalten werden. Auch die Ausrichtung der Teileplatzierung ist sehr wichtig, sowohl um die Druckqualität sicherzustellen als auch um die Raumnutzung zu berücksichtigen. Zusammengeführtes Drucken ist nicht nur ein geometrisches Problem, sondern auch ein Problem der Prozessoptimierung.

Satzalgorithmen und -werkzeuge

Intelligente Satzwerkzeuge sind die zentrale Unterstützung für die Implementierung des zusammengeführten Druckens. Moderne Satzsoftware nutzt fortschrittliche Algorithmen wie genetische Algorithmen, simuliertes Tempern und Partikelschwarmoptimierung, um automatisch nach optimalen Layoutlösungen zu suchen. Benutzer müssen nur Teilemodelle und Mengenanforderungen importieren und die Software berechnet automatisch den besten Layoutplan. Zu den erweiterten Funktionen gehören: Unterstützung für gemischtes Layout verschiedener Teile, automatische Drehung zur Ermittlung der optimalen Ausrichtung, Echtzeitanzeige der Raumnutzung sowie Schätzung der Druckzeit und des Materialverbrauchs. Einige Softwareprogramme unterstützen auch die Chargenplanung und ordnen Teile anhand der Lieferpriorität und der Produktionskapazität automatisch verschiedenen Chargen zu. Die datengesteuerte Satzoptimierung zeichnet historische Satzeffekte auf, setzt das Lernen und die Verbesserung fort und verbessert schrittweise die Satzeffizienz. Der Cloud-Satzdienst überwindet die Beschränkungen lokaler Rechenressourcen und der Satz komplexer Stapel kann in wenigen Minuten abgeschlossen werden.

Optimierung der Prozessparameter

Der Zusammenführungsdruck hat die Prozessbedingungen des herkömmlichen Einzelstückdrucks verändert und die Prozessparameter müssen entsprechend angepasst werden. Die erste ist die Kontrolle der Drucktemperatur. Wenn mehrere Teile gleichzeitig gedruckt werden, erhöht sich der Gesamtwärmeeintrag. Es ist notwendig, die Drucktemperatur entsprechend zu senken oder die Kühlintensität zu erhöhen, um eine Überhitzung und Verformung der Teile zu vermeiden. Der zweite Punkt ist die Gestaltung der Stützstruktur. Beim Zusammenführen und Drucken können sich die Stützen benachbarter Teile gegenseitig stören, und es muss eine effizientere Stützstrategie angewendet werden, z. B. baumförmige Stützen oder konische Stützen. Der dritte Punkt ist die Planung des Druckpfads, die Optimierung der Druckreihenfolge, um Leerlaufzeiten zu reduzieren und die Druckeffizienz zu verbessern. Die vierte Möglichkeit ist die Zeitsteuerung zwischen den Schichten, um sicherzustellen, dass die Abkühlzeit zwischen den Schichten jedes Teils ausreichend ist, um eine schlechte Bindung zwischen den Schichten zu vermeiden. Der fünfte ist die Nachbearbeitungseffizienz. Die Kombination gedruckter Teile erfordert eine Vereinheitlichung des Nachbearbeitungsprozesses, um die Bearbeitungszeit eines einzelnen Teils zu verkürzen. Prozessoptimierung erfordert die Maximierung der Effizienz bei gleichzeitiger Sicherstellung der Qualität.

Kosten-Nutzen-Analyse

Der Kosten-Nutzen des kombinierten Druckens spiegelt sich in vielen Aspekten wider. Die Geräteauslastung wird verbessert und die Anzahl der Teile, die ein einzelnes Gerät pro Tag produzieren kann, steigt um 50–100 %. Die Materialausnutzungsrate wird verbessert, die Layoutoptimierung reduziert die Menge an Stützmaterialien und die Materialkosten werden um 10–20 % gesenkt. Verbesserte Arbeitseffizienz, Reduzierung der Vorbereitungs- und Nachbearbeitungsvorgänge beim Einzelstückdruck und Reduzierung der Arbeitskosten um 30–50 %. Die Energieeffizienz wird verbessert, kontinuierliches Drucken reduziert die Anzahl der Starts und Stopps der Ausrüstung und der Energieverbrauch wird um 15–25 % gesenkt. Nehmen wir als Beispiel ein Unternehmen für kundenspezifische Teile: Nach der Umsetzung der fusionierten Druckstrategie sanken die Produktionskosten eines einzelnen Stücks von 85 Yuan auf 52 Yuan, was einem Rückgang von 38,8 % entspricht. Die Produktionskapazität wurde von 120 Stück auf 210 Stück pro Tag erhöht und die Produktionskapazität um 75 % erhöht. Der Produktionszyklus wurde von durchschnittlich 5 Tagen auf 3 Tage verkürzt und die Kundenzufriedenheit deutlich verbessert. Die Zusammenführung von Druckstrategien ist zur zentralen Wettbewerbsfähigkeit der Massenproduktion geworden.