บทนำ: ความวิตกกังวลในการใช้พลังงานภายใต้การผลิตขนาดใหญ่
บริษัทผู้ผลิตชิ้นส่วนการบินและอวกาศแห่งหนึ่งมีเครื่องพิมพ์ 3D ระดับอุตสาหกรรม 25 เครื่อง โดยมีปริมาณการพิมพ์มากกว่า 500,000 ชิ้นต่อปี อย่างไรก็ตาม ต้นทุนพลังงานต่อปีสูงถึง 1.8 ล้านหยวน คิดเป็น 15-20% ของต้นทุนการผลิตทั้งหมด สิ่งที่ร้ายแรงยิ่งกว่านั้นคือเมื่อปริมาณการสั่งซื้อเพิ่มขึ้น ต้นทุนการใช้พลังงานก็จะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง ส่งผลให้อัตรากำไรลดลงอย่างมาก นี่ไม่ใช่กรณีที่แยกจากกัน ตามข้อมูลการวิจัยอุตสาหกรรม การใช้พลังงานกลายเป็นรายการค่าใช้จ่ายที่ใหญ่เป็นอันดับสอง รองจากต้นทุนวัสดุในการผลิตการพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่
เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตแบบหักลบแบบดั้งเดิม ดูเหมือนว่าการใช้พลังงานต่อหน่วยของการผลิตแบบเติมเนื้อจะต่ำกว่า (ไม่จำเป็นต้องใช้น้ำมันตัดและระบบทำความเย็นจำนวนมาก) แต่การใช้พลังงานสะสมของการทำความร้อนอย่างต่อเนื่องในระยะยาว การทำงานของเลเซอร์กำลังสูง การอุ่นผงสี และการเชื่อมโยงอื่นๆ ไม่สามารถละเลยได้ ยกตัวอย่างกระบวนการ SLS โดยพลังของอุปกรณ์เพียงเครื่องเดียวสามารถสูงถึง 3-5kW การทำงานเฉลี่ยต่อวันอยู่ที่ 16 ชั่วโมง การใช้พลังงานต่อวันอยู่ที่ 48-80kWh และค่าไฟฟ้าต่อเดือนเกิน 10,000 หยวน วิธีเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานพร้อมรับประกันคุณภาพการพิมพ์กลายเป็นประเด็นหลักสำหรับบริษัทการพิมพ์ 3 มิติในการลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพ
1. การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับการกระจายการใช้พลังงาน: ลักษณะการใช้พลังงานของกระบวนการหลัก 3 กระบวนการ
องค์ประกอบการใช้พลังงานของกระบวนการพิมพ์ 3D ที่แตกต่างกันมีความแตกต่างกันอย่างมาก การทำความเข้าใจรูปแบบการกระจายสินค้าเป็นขั้นตอนแรกในการเพิ่มประสิทธิภาพการอนุรักษ์พลังงาน จากการวิเคราะห์ข้อมูลที่วัดได้ของกระบวนการหลักสามกระบวนการของ FDM, SLS และ SLA เราพบว่าการใช้พลังงานส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในโมดูลหลักสามโมดูล ได้แก่ ระบบทำความร้อน ระบบการเคลื่อนไหว และระบบเสริม
1. องค์ประกอบการใช้พลังงานของกระบวนการ FDM
การใช้พลังงานของอุปกรณ์ FDM (การสร้างแบบจำลองการสะสมหลอมละลาย) ส่วนใหญ่มาจากการทำความร้อนด้วยหัวฉีด การทำความร้อนเตียงร้อน และระบบการเคลื่อนไหว ยกตัวอย่างเครื่องพิมพ์ FDM ระดับอุตสาหกรรม การกำหนดค่าพลังงานโดยทั่วไปคือ:
- เครื่องทำความร้อนหัวฉีด: 40-60W (อุณหภูมิใช้งาน 200-260°C)
- เครื่องทำความร้อนเตียงร้อน: 150-300W (อุณหภูมิใช้งาน 60-110°C)
- ระบบการเคลื่อนที่ (สเต็ปเปอร์มอเตอร์): 20-40W
- ควบคุมส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์: 15-25W
- พัดลมและระบบเสริม: 5-15 วัตต์
ข้อมูลการวัดจริงแสดงให้เห็นว่าการให้ความร้อนของเตียงร้อนคิดเป็น 50-65% ของการใช้พลังงานทั้งหมด การให้ความร้อนที่หัวฉีดคิดเป็น 20-30% และระบบการเคลื่อนไหวคิดเป็น 10-15% เท่านั้น ซึ่งหมายความว่าการควบคุมอุณหภูมิเตียงทำความร้อนเป็นส่วนสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการประหยัดพลังงาน FDM ยกตัวอย่างการพิมพ์วัสดุไนลอน PA12 โดยต้องรักษาอุณหภูมิเตียงร้อนไว้ที่ 110°C ± 5°C หากอุณหภูมิโดยรอบอยู่ที่ 25°C เครื่องทำความร้อนแบบเตียงร้อนจะต้องส่งกำลังไฟประมาณ 200W อย่างต่อเนื่องเพื่อชดเชยการสูญเสียความร้อน
2. ลักษณะการใช้พลังงานของกระบวนการ SLS
โครงสร้างการใช้พลังงานของอุปกรณ์ SLS (selective laser sintering) มีความซับซ้อนมากขึ้น โดยส่วนใหญ่ได้แก่:
- ระบบเลเซอร์: 30-200W (ปรับตามวัสดุที่แตกต่างกัน)
- ระบบอุ่นผง: 1.5-3kW (อุณหภูมิอุ่นใกล้กับจุดหลอมเหลวของวัสดุ PA12 อยู่ที่ประมาณ 170°C)
- สร้างความร้อนในห้อง: 500-1000W (เพื่อรักษาอุณหภูมิห้องพิมพ์)
- ระบบการเคลื่อนไหวและการควบคุม: 100-200W
ข้อค้นพบหลัก: การใช้พลังงานของระบบอุ่นด้วยผงมีสัดส่วนสูงถึง 60-70% กระบวนการ SLS กำหนดให้ผงได้รับความร้อนที่อุณหภูมิ 10-20°C ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุ เพื่อลดการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความเครียดจากความร้อนในระหว่างการเผาผนึก สำหรับวัสดุ PA12 ให้อุ่นก่อน
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง