Kuinka alumiiniseoksen painevalu parantaa tuotteen kestävyyttä ja suorituskykyä

Johdanto

Nykypäivän yhä kiristyvässä valmistusteollisuudessa yrityksillä on ennennäkemättömät vaatimukset tuotteiden laadulle, suorituskyvylle ja kestävyydelle. Erityisesti korkean teknologian aloilla, kuten autoteollisuudessa, ilmailuteollisuudessa, elektroniikassa ja lääketieteellisissä laitteissa, tuotteilla ei ole ainoastaan ​​erinomaista toiminnallista suorituskykyä, vaan niiden on myös säilytettävä pitkän aikavälin vakaa toimintakyky erilaisissa ankarissa ympäristöissä. Tämän trendin ohjaamana alumiiniseoksen painevalu on tulossa suosituksi metallinmuovausteknologiaksi monille yrityksille ainutlaatuisten materiaaliominaisuuksiensa ja tehokkaan valmistusprosessinsa ansiosta.

Mitä Die Casting on?

Painevalu on metallin muovausprosessi, jossa pääasiassa ruiskutetaan sulaa metallia esivalmistettuun teräsmuottiin (eli muottipesään) korkeassa paineessa ja muodostuu tarvittavat osat jäähdytyksen ja jähmettymisen jälkeen. Perinteiseen hiekkavaluon tai taontaan verrattuna painevalulla voidaan saavuttaa suurempi mittatarkkuus, monimutkaisempia geometrisia muotoja ja tasaisempi pintalaatu, mikä vähentää huomattavasti myöhempiä käsittelyvaiheita.

Painevalutekniikkaa käytetään laajalti massavalmistusskenaarioissa, erityisesti autojen osien, elektroniikkatuotekoteloiden, lämpöpatterien ja lentokoneen rakenneosien aloilla. Tällä tekniikalla on korkea hyötysuhde, korkea johdonmukaisuus ja korkea tarkkuus, ja se on yksi tärkeimmistä tavoista saavuttaa laajamittaista tuotantoa ja kustannusten hallintaa.

Miksi valita alumiiniseos painevalumateriaaliksi?

Painevalussa käytettävien metallien joukossa alumiiniseoksesta on tullut yksi suosituimmista materiaaleista erinomaisen suorituskyvyn ansiosta. Alumiini itsessään on kevytmetalli, jonka tiheys on vain kolmasosa teräksen tiheydestä, mutta sen mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa huomattavasti seostuksen jälkeen. Tavallisilla alumiiniseoksilla, kuten A380, ADC12, A360 jne., ei ole vain hyvä valukyky, vaan niillä on myös erinomainen korroosionkestävyys, lämmönjohtavuus ja rakenteellinen lujuus.

Alumiiniseoksen etuja painevalussa ovat:

Kevyt: Kevyt, joka auttaa vähentämään tuotteen kokonaispainoa, soveltuu erityisesti energiansäästöön ja päästöjen vähentämiseen auto- ja ilmailualalla.

Suuri lujuus: Hyvä myötölujuuden ja sitkeyden ansiosta se sopii rakenneosiin.

Hyvä lämmönjohtavuus: Soveltuu hyvin lämmönpoistokomponenttien, kuten LED-lamppujen, virtalähteiden koteloiden jne., valmistukseen.

Vahva korroosionkestävyys: Luonnollisesti muodostunut oksidikalvo kestää tehokkaasti hapettumista, kosteaa ympäristöä ja kemiallista korroosiota.

Helppo käsitellä ja pintakäsittely: Kätevä myöhempään pintakäsittelyyn, kuten anodisointiin, galvanointiin, ruiskutukseen jne.

Yllä olevien etujen ansiosta alumiiniseospuristusvalut eivät vain täytä lujuus- ja toiminnallisia vaatimuksia, vaan myös saavuttavat kaksi tavoitetta: kevyt rakenne ja kaunis ulkonäkö, minkä vuoksi niillä on yhä tärkeämpi rooli teollisessa valmistuksessa.

Miksi "tuotteen suorituskyky ja kestävyys" ovat niin tärkeitä nykyaikaisessa valmistuksessa?

Maailmanlaajuisten valmistusstandardien parantuessa ja käyttäjien odotusten parantuessa tuotteiden tulee toimia alkuvaiheessa hyvin, mutta niiden on myös säilytettävä toimivuus, turvallisuus ja luotettavuus pitkäaikaisessa käytössä. Erityisesti seuraavilla toimialoilla:

Autoteollisuus: Osien on kestettävä korkeita lämpötiloja, iskuja ja väsymistä ajoturvallisuuden varmistamiseksi.

Ilmailu: Materiaalien lujuus/painosuhde on oltava erittäin korkea ja ne pysyvät vakaina äärimmäisissä ympäristöissä.

Kulutuselektroniikka: Tuotteet päivittyvät nopeasti, mutta käyttäjät odottavat niiltä erinomaista kestävyyttä ja rakennetta pitkäaikaisessa käytössä.

Teollisuuskoneet: Avainkomponenttien vakaus vaikuttaa suoraan koko laitteen käyttötehokkuuteen ja elinkaareen.

Tuotteiden suorituskyvyn ja käyttöiän parantaminen kustannuksia nostamatta on noussut valmistaville yrityksille tärkeäksi ongelmaksi. Alumiiniseoksen painevalu on yksi ihanteellisista prosessiratkaisuista tämän tavoitteen saavuttamiseksi.

Mikä on alumiiniseoksen painevalu?

Painevaluprosessin perusprosessi

Koko painevaluprosessi sisältää yleensä seuraavat päävaiheet:

Muotin suunnittelu ja valmistus: Suunnittele erityinen painevalumuotti tuotteen rakenteen mukaan. Muotti on yleensä valmistettu erittäin lujasta seosteräksestä ja kestää korkeita lämpötiloja ja korkeaa painetta.

Alumiiniseoksen sulatus: Kuumenna alumiiniseosmateriaali sen sulamispisteen yläpuolelle nestemäisen alumiiniseoksen muodostamiseksi. Yleinen sulamislämpötila on yli 660 ℃, mikä vaihtelee hieman eri seoskomponenttien mukaan.

Sulan metallin ruiskuttaminen: Sula alumiiniseos ruiskutetaan muottipesään suurella nopeudella (yleensä useita metrejä sekunnissa) painevalukoneen kautta. Tämä vaihe on suoritettava hyvin lyhyessä ajassa, yleensä vain muutamasta millisekunnista muutamaan sekuntiin.

Jäähdytys ja jähmettyminen: Alumiinineste jäähdytetään ja jähmettyy nopeasti muotin ontelossa halutun valumuodon muodostamiseksi. Nopea jäähdytysnopeus auttaa parantamaan metallirakenteen tiheyttä ja lujuutta.

Muotin avaaminen ja osan irrottaminen: Muotin avaamisen jälkeen painevalu työnnetään ulos ejektorimekanismilla, minkä jälkeen suoritetaan jälkikäsittelytoimenpiteet, kuten salaman ja purseiden poistaminen.

Myöhempi käsittely ja testaus: Jotkin painevalut vaativat toissijaista käsittelyä, kuten porausta, kierteitystä, kiillotusta, galvanointia jne., ja koon ja ulkonäön tarkastus vaaditaan sen varmistamiseksi, että laatu täyttää standardit.

Painevaluprosessit voidaan jakaa kahteen tyyppiin: kylmäkammiopainevalu ja kuumakammiopainevalu. Niiden joukossa alumiiniseoksen painevalussa käytetään enimmäkseen kylmäkammiovalua, koska alumiinilla on korkea sulamispiste ja se on helppo syövyttää suulakekammion materiaalia, mikä ei sovellu kuumakammiomenetelmiin.

Yleisimmät alumiiniseostyypit

Painevalua varten on olemassa monenlaisia alumiiniseoksia, ja eri laaduilla on erilaiset mekaaniset ominaisuudet, käsittelyominaisuudet ja korroosionkestävyys. Seuraavat ovat yleisimmät alumiiniseoslaadut useilla teollisuudenaloilla:

A380 (tai ADC10)

Ominaisuudet: Se on yksi laajimmin käytetyistä alumiinipainevaluseoksista, jolla on hyvä juoksevuus, valuvuus ja korroosionkestävyys, korkea lujuus ja jäykkyys.

Sovellus: Käytetään laajasti autojen osissa, sähkökoteloissa, elektronisissa tuotteissa, lampuissa, mekaanisissa osissa jne.

A360

Ominaisuudet: Sillä on parempi korroosionkestävyys ja suorituskyky korkeassa lämpötilassa sekä parempi juoksevuus, mutta käsittelysuorituskyky on hieman huonompi kuin A380.

Käyttö: Soveltuu kohtauksiin, joissa on korkeat korroosionkestävyyden vaatimukset, kuten ulkovarusteet, laivan osat jne.

ADC12 (vastaa YL113:a Kiinassa)

Ominaisuudet: Japanilaisissa standardeissa yleisesti käytetty alumiiniseos, jolla on hyvä valukyky, lämmönkestävyys, kulutuskestävyys ja käsittelykyky sekä korkea lujuus.

Sovellus: Käytetään yleisesti keski- ja huippuluokan tuotteissa, kuten autonosissa, äänikoteloissa, sähkötyökaluissa ja matkapuhelinkoteloissa.

Muita ovat:

AlSi9Cu3 (EN AC-46000): Euroopassa yleisesti käytetty painevaluseos, jolla on hyvä juoksevuus ja hyvä hitsausteho;

AlSi12 (EN AC-44100): Käytetään monimutkaisiin ohutseinäisiin tuotteisiin, joilla on hyvä taipuisuus;

YL104, ZL101: Yleisesti käytetyt seokset Kiinassa.

Miksi valita alumiini painevalumateriaaliksi?

Alumiiniseoksilla on korvaamattomia etuja painevalusovelluksissa, jotka näkyvät pääasiassa seuraavista näkökohdista:

Kevyt (kevyt)

Alumiinin tiheys on vain 2,7 g/cm³, mikä on noin kolmasosa teräksen tiheydestä. Aloilla, kuten ilmailu-, auto- ja elektroniikkateollisuudessa, tuotteiden kokonaispainon vähentäminen on avain energiankulutuksen vähentämiseen ja suorituskyvyn parantamiseen, joten alumiiniseoksista on tullut suosituin materiaali. Esimerkiksi uusissa energiaajoneuvoissa käytetään suurta määrää alumiiniseoksesta valmistettuja painevaluja koko ajoneuvon painon vähentämiseksi ja kestävyyden parantamiseksi.

Korkea lujuus ja hyvät mekaaniset ominaisuudet

Nykyaikaisilla alumiiniseoksilla ei ole vain korkea ominaislujuus (lujuus/tiheyssuhde), vaan niillä on myös hyvä iskunkestävyys ja väsymiskestävyys. Lämpökäsittelyn ja prosessoinnin optimoinnin jälkeen sen lujuus riittää täyttämään useimpien rakenneosien käyttövaatimukset. Se sopii erityisesti osiin, joiden on kestettävä tiettyjä mekaanisia kuormituksia, kuten moottorin kotelot, kannakkeet, mekaaniset liittimet jne.

Erinomainen korroosionkestävyys

Alumiini muodostaa nopeasti tiheän alumiinioksidisuojakalvon ilmaan estääkseen hapettumisen lisäämisen sisällä. Alumiiniseoksilla on hyvä säänkestävyys, hapettumisenkestävyys ja korroosionkestävyys. Ne voivat myös säilyttää pitkän käyttöiän kosteissa, happamissa sateissa ja muissa ympäristöissä, ja ne sopivat ulko- tai meriympäristöihin.

Hyvä prosessoitavuus ja lämmönjohtavuus

Alumiiniseospuristusvalut voidaan helposti käsitellä jäähdytyksen, kuten sorvauksen, porauksen, kierteityksen jne., jälkeen, eikä käsittelyn aikana synny haitallisia kaasuja. Samalla alumiinilla on hyvä lämmönjohtavuus ja sähkönjohtavuus, minkä ansiosta se toimii hyvin elektroniikkatuotekoteloissa, lämpöpattereissa jne.

Hyvä ulkonäkö ja koristeellisuus

Painevalettujen alumiiniseososien pinnanlaatu on korkea, ja pintakäsittelyt, kuten galvanointi, ruiskutus ja anodisointi, on helppo saavuttaa, ja niistä voidaan tehdä kirkkaita, kauniita ja koristeellisia osia. 3C-kulutuselektroniikkatuotteiden (kuten matkapuhelimien ja kannettavien tietokoneiden) koteloissa alumiinipainevalutuotteet ottavat huomioon sekä rakenteen että estetiikan ja ovat erittäin suosittuja.

Paranna tuotteen kestävyyttä alumiiniseosvaluvalujen avulla

Korkea lujuus-paino-suhde

Yksi alumiiniseoksen painevalujen suurimmista rakenteellisista eduista on niiden korkea lujuus-painosuhde. Toisin sanoen, vaikka alumiiniseoksilla on pieni tiheys ja kevyt paino, niillä voi olla erittäin hyvät mekaaniset ominaisuudet kohtuullisen seostussuunnittelun ja painevaluprosessin jälkeen:

Matala tiheys: Alumiinin tiheys on noin 2,7 g/cm³, mikä on vain noin 1/3 teräksen tiheydestä. Tämä tekee painevaluista kevyitä, mikä vähentää laitteiden tai koko koneen kuormitusta.

Suuri lujuus: Painevalun jälkeen metalliseokset, kuten A380 ja ADC12, voivat saavuttaa yli 300 MPa:n vetolujuuden, mikä riittää tyydyttämään useimpien keskiraskojen ja rakenteellisten sovellusten tarpeet.

Korkea jäykkyys ja väsymiskestävyys: Alumiiniseoksilla on hyvä väsymiskestävyys dynaamisissa kuormituksissa ja ne soveltuvat erittäin hyvin osien, kuten moottorin koteloiden, kiinnikkeiden, liittimien, runkojen jne., valmistukseen.

Tämä ihanteellinen lujuuden ja painon suhde tekee alumiiniseoksesta valmistettujen painevalujen sekä vahvoja että kestäviä, eikä aiheuta lisäkuormitusta järjestelmään, mikä pidentää laitteiden yleistä käyttöikää, ja se soveltuu erityisesti auto-, lento-, robotiikka-, ulkoiluvälineisiin ja muihin aloihin.

Erinomainen lämmön- ja sähkönjohtavuus

Alumiiniseoksilla on myös luonnollisia etuja lämmön ja sähkön johtamisessa, mikä on erityisen tärkeää korkeissa lämpötiloissa, lämpösyklissä tai elektronisissa laitteissa:

Lämmönjohtavuus:

Alumiiniseosten lämmönjohtavuus on yleensä 130-180 W/m·K (seostyypistä riippuen), mikä on paljon korkeampi kuin raudan, teräksen ja muiden materiaalien.

Tämän ominaisuuden ansiosta alumiinivaluvalut voivat haihduttaa lämpöä nopeasti, välttää laitteiden ylikuumenemisen ja parantaa komponenttien kestävyyttä kuumissa ympäristöissä.

Sitä käytetään moottorin jäähdytysjärjestelmissä, LED-jäähdytysalustassa, matkapuhelimen jäähdytyskuoressa, invertterikuoressa ja muilla aloilla, ja se toimii hyvin.

Sähkönjohtavuus:

Vaikka alumiiniseosten sähkönjohtavuus on alhaisempi kuin puhtaan kuparin, se on silti paljon korkeampi kuin useimpien rakennemateriaalien ja toimii hyvin johtavuutta vaativissa komponenteissa (kuten moottorikoteloissa ja kytkentärasioissa).

Samaan aikaan alumiiniseokset ovat kevyitä ja sopivat ihanteellisesti suurikokoisten, kevyiden sähkökoteloiden tai suojaosien valmistukseen.

Parannettu lämmön- ja sähkönjohtavuus ei ainoastaan ​​tee tuotteen suorituskyvystä vakaampaa, vaan myös vähentää ylikuumenemisen, lämpöväsymyksen, liiallisen vastuksen jne. aiheuttamia vaurioita, mikä parantaa yleistä kestävyyttä.

Erinomainen korroosionkestävyys and environmental adaptability (Resistance to Corrosion and Environmental Damage)

Alumiiniseoksen painevalulla on erinomainen korroosionkestävyys, mikä on avain niiden pitkäikäisiin sovelluksiin ulkovarusteissa, autojen osissa, laivojen osissa ja muissa skenaarioissa:

Alumiini reagoi nopeasti ilman hapen kanssa muodostaen tiiviin alumiinioksidisuojakalvon (Al2O3), jolla on erittäin vahva stabiilisuus ja joka voi tehokkaasti estää hapettumisen.

Alumiiniseokset voivat säilyttää hyvän pinnan ja rakenteellisen eheyden jopa ankarissa ilmasto-olosuhteissa, kuten kosteudessa, korkeassa suolapitoisuudessa ja happosateessa.

Se ei ole helppo ruostua ja vastustaa UV-ikääntymistä, mikä voi vähentää pinnan kuoriutumista, halkeilua, korroosion perforaatiota ja muita ympäristötekijöiden aiheuttamia ongelmia.

Pintakäsittely (kuten anodisointi, elektroforeettinen pinnoitus, jauheruiskutus, maalaus jne.) voi edelleen parantaa sen suojakykyä ja pidentää sen käyttöikää.

Tämä hyvä ympäristöön sopeutuvuus tarkoittaa, että tuote voi säilyttää suorituskyvyn ja ulkonäön pitkään ollessaan alttiina ulkoille, teollisuusympäristöille tai erittäin saastuneille alueille, mikä vähentää ylläpitokustannuksia.

Erinomainen tasaisuus ja mittavakaus

Toinen alumiiniseoksen painevalun keskeinen etu on, että se pystyy valmistamaan osia, joilla on yhtenäinen rakenne ja tarkat mitat, mikä takaa tuotteen pitkäaikaisen vakauden ja luotettavuuden lähteestä alkaen.

Tarkkuusmuottien valmistus:

Painevalumuotti on valmistettu erittäin lujasta teräksestä, jolla on suuri ontelotarkkuus, joka voi tuottaa massatuotantoa osia, joilla on vahva toistettavuus, mikä varmistaa osien johdonmukaisuuden.

Täysautomaattisessa painevalutuotantolinjassa mittavirhettä voidaan säätää alueella ±0,05 mm tai jopa pienempi.

Lämpökäsittely ja ikääntymisen vakaus:

Kohtuullinen seoskaava ja lämpökäsittelyprosessi (kuten liuoskäsittely ja ikääntymiskäsittely) voivat parantaa organisaation tiheyttä, vähentää sisäistä jännitystä ja parantaa materiaalin mittapysyvyyttä.

Jopa pitkäaikaisessa käytössä tai rajuissa lämpötilamuutoksissa painevalu ei ole helppo vääntyä.

Tasainen materiaalirakenne:

Korkeapaineruiskutus ja nopea jäähdytys tekevät alumiiniseospuristevaluista tiheämmän rakeisen rakenteen, vähemmän huokosia ja kutistumista, mikä parantaa lujuuden ja yleisen suorituskyvyn tasaisuutta.

Hyvä rakenteellinen johdonmukaisuus ei ainoastaan ​​paranna tuotteen kokoonpanotehokkuutta ja toiminnan vakautta, vaan myös alentaa huomattavasti huolto- ja vaihtokustannuksia ja pidentää koko laitteiston käyttöikää järjestelmätasolta.

Suorituskyvyn parantaminen kriittisissä sovelluksissa

Autoteollisuus: moottorilohko ja vaihteistokotelo

Autoteollisuudessa moottorilohko ja vaihteistokotelo ovat kaksi tärkeää komponenttia, jotka ovat alttiina suurille mekaanisille ja lämpörasituksille. Energiansäästö- ja päästövähennyspolitiikan edistämisen myötä autonvalmistajat kiinnittävät yhä enemmän huomiota voimajärjestelmän keveyteen ja korkeaan hyötysuhteeseen ja asettavat siksi korkeampia suorituskykyvaatimuksia näille avainkomponenteille.

Moottorilohko on polttomoottorin palamisen ja liikkeen ydinalue. Sen on kestettävä palamisräjähdyksen synnyttämä korkea lämpötila ja korkea paine sekä männän nopean edestakaisen liikkeen aiheuttama kitka ja isku. Siksi sillä on oltava erinomainen korkeiden lämpötilojen lujuus, lämmönjohtavuus ja kulutuskestävyys. Vaikka perinteisillä valurautamateriaaleilla on korkea lujuus, ne ovat raskaita eivätkä ole kevyitä. Viime vuosina alumiiniseokset ovat tulleet suosituiksi materiaaleiksi, erityisesti alumiini-piiseokset, joissa on korkea piipitoisuus. Niillä ei ole vain hyvä lujuus ja lämmönjohtavuus, vaan ne on myös helppo painevalaa monimutkaisiin muotoihin, parantaa rakenteellista integraatiota ja alentaa käsittelykustannuksia. Lisäksi sylinterin seinämän vahvistaminen plasmapinnoituksella tai lämpösumutustekniikalla voi myös parantaa tehokkaasti kulutuskestävyyttä ja käyttöikää.

Vaihteiston kotelo vastaa tärkeimpien komponenttien, kuten vaihteistosarjojen, tukilaakereiden ja voitelujärjestelmien, sijoittamisesta. Sen ei tarvitse ainoastaan ​​ylläpitää tarkkaa mittavakautta ja varmistaa vaihteiston tarkkuus, vaan sillä on myös hyvä iskunkestävyys ja melunvaimennusominaisuudet. Kevyillä ja lujilla alumiiniseoksilla ja magnesiumseoksilla on tässä suhteessa suuria etuja. Sähköajoneuvojen nopean kehityksen taustalla painon vähentämisestä on tullut suunnittelun prioriteetti. Lisäksi kehittyneet painevalutekniikat (kuten tyhjiöpainevalu ja korkeapainevalu) voivat parantaa tiheyttä ja pinnan laatua samalla, kun ne varmistavat lujuuden, vähentäen vuotojen ja jännityskeskittymien riskiä. Jotkut huippuluokan mallit ovat jopa alkaneet käyttää hiilikuitukomposiittimateriaaleja vaihteistokoteloiden valmistukseen ajoneuvon tehon optimoimiseksi entisestään.

Autoteollisuudessa korkean suorituskyvyn materiaalien ja tarkkuusmuovausteknologian käyttö ei voi ainoastaan ​​parantaa moottorin ja vaihteiston kokonaisvaltaista suorituskykyä, vaan myös parantaa merkittävästi ajoneuvon polttoainetehokkuutta, reagointikykyä ja käyttöikää sekä edistää autoteollisuutta siirtymään kohti vihreää ja tehokasta suuntaa.

Ilmailu: Kevyt ja rakenteellinen lujuus

Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa on erittäin korkeat suorituskykyvaatimukset rakennemateriaaleille, erityisesti huippuluokan laitteille, kuten lentokoneille, moottoreille ja satelliittialustoille. Keveyden tavoitteen lisäksi on varmistettava rakenteellinen lujuus, lämmönkestävyys ja väsymiskestävyys äärimmäisissä ympäristöissä. Näiden avainkomponenttien kokonaisvaltaisen suorituskyvyn parantaminen liittyy suoraan lentotehokkuuteen, turvallisuuteen sekä kantaman ja kuorman optimointiin.

Lentokoneen päärakenneosat, kuten runko ja siivet, ovat alttiina korkealle korkeudelle, alhaiselle lämpötilalle ja suurelle kuormitukselle pitkään. Korkean ominaislujuuden ja alhaisen tiheyden materiaaleja on käytettävä koko koneen painon vähentämiseksi ja rakenteen jäykkyyden ylläpitämiseksi. Alumiini-litiumseos on yksi tärkeimmistä materiaaleista suurten siviililentokoneiden ja sotilaskuljetuslentokoneiden rungon valmistuksessa sen erinomaisen ominaislujuuden ja ominaisjäykkyyden ansiosta. Perinteisiin alumiiniseoksiin verrattuna alumiini-litium-seoksella on pienempi tiheys, korkeampi kimmokerroin ja hyvä väsymislujuus. Lisäksi titaaniseoksilla on erinomainen suorituskyky korkean lämpötilan hapettumisenkestävyydessä ja korroosionkestävyydessä, ja niitä käytetään laajalti kompressorin siivissä, lentokoneiden moottoreiden liitososissa ja kuorirakenteissa, erityisesti yliääninopeudella ja korkealla työntövoima-painosuhteella.

Avaruusalusten suunnittelussa keveys on yksi tärkeimmistä prioriteeteista. Hiilikuituvahvisteisilla komposiittimateriaaleilla (CFRP) on ollut tärkeä rooli satelliittitelineissä, aurinkopaneelirakenteissa, rakettiosastoissa ja muissa paikoissa niiden erinomaisen ominaislujuuden, lämmönkestävyyden ja muovattavuuden ansiosta. Elementtianalyysin ja topologian optimointisuunnittelun avulla kuormituspolkua voidaan jakaa edelleen järkevästi, rakenteellista redundanssia voidaan minimoida ja materiaalin käytön tehokkuutta parantaa.

Ilmailu- ja avaruusrakenteiden on myös käsiteltävä materiaalien hajoamista, joka johtuu pitkäaikaisesta tärinästä, suurtaajuisesta väsymyksestä ja lämpösyklistä. Tätä varten valmistus- ja huoltovaiheissa käytetään laajasti kehittyneitä väsymisanalyysimalleja ja ainetta rikkomattomia testaustekniikoita, jotta komponentit säilyttävät korkean luotettavuuden koko käyttöiän ajan. Tulevaisuudessa uusien metallipohjaisten komposiittimateriaalien ja lisäainevalmistustekniikan (3D-tulostus) kypsyessä ilmailu-avaruuskomponenttien suorituskyky rikkoo edelleen perinteisiä rajoituksia ja saavuttaa tehokkaampia ja turvallisempia lentotehtävän suorituskyvyn.

Elektroniikka: Jäähdytin ja kotelojärjestelmä

Nykyaikaisissa elektronisissa laitteissa tehotiheyden nopea kasvu on johtanut lämmöntuotannon merkittävään lisääntymiseen erityisesti palvelimissa, tietoliikenteen tukiasemissa, 5G-laitteissa, tehokkaissa tietokoneissa ja uusissa energiaajoneuvojen elektronisissa ohjausjärjestelmissä. Lämmönpoiston hallinnasta on tullut keskeinen tekijä järjestelmän vakaan toiminnan varmistamisessa ja sen käyttöiän pidentämisessä. Samaan aikaan elektroniikkatuotteet asettavat myös useita vaatimuksia kotelomateriaaleille, joissa yhdistyvät rakenteellinen lujuus, sähkömagneettinen suojaus ja lämmönhallinta.

Jäähdytyslevyn rakenne vaikuttaa suoraan sirun tai tehoelementin lämpötilan säätöön. Tällä hetkellä laajalti käytettyjä materiaaleja ovat erittäin puhdas alumiini ja kupari, joista kuparilla on parempi lämmönjohtavuus, mutta alumiinilla on enemmän etuja painon ja kustannusten suhteen. Lämmönpoiston tehokkuuden parantamiseksi käytetään yleensä ripatyyppisiä, lämpöputkimaisia ​​tai nestejäähdytysrakenteita lämmönvaihtoalueen maksimoimiseksi ja lämmönjohtamisreitin optimoimiseksi. Kehittyneitä lämpörajapintamateriaaleja (TIM), kuten lämpöä johtavaa silikonia, faasimuutosmateriaaleja, grafiittilevyjä jne., käytetään myös laajalti sirujen ja jäähdytyselementtien välissä kosketusten lämpövastuksen vähentämiseksi ja lämmönsiirron tehokkuuden parantamiseksi.

Elektronisten laitteiden kotelolla ei ole vain fyysistä suojaroolia, vaan sen on myös suoritettava useita tehtäviä, kuten sähkömagneettisten häiriöiden suojaus, lämmönpoisto ja rakennetuki. Yleisiä kotelomateriaaleja ovat alumiiniseos, ruostumaton teräs ja tekniset muovit (kuten PC ABS -komposiittimateriaalit). Niistä alumiiniseosta käytetään laajasti kannettavissa tietokoneissa, reitittimissä, tehomoduuleissa ja muissa laitteissa sen erinomaisen lämmönjohtavuuden, sähkömagneettisen suojauksen ja hyvän prosessoitavuuden ansiosta. Kotelon korroosionkestävyyttä ja koristeellista vaikutusta voidaan edelleen parantaa anodisoimalla, ruiskuttamalla tai johtavalla pinnoituksella.

Tuoterakenteen suunnittelun, modularisoinnin, ohutseinämäisen ja integroidun suunnittelun trendit tulevat yhä selvemmiksi, joilla pyritään parantamaan tilankäyttöä ja helpottamaan nopeaa kokoonpanoa. Samaan aikaan lämmönpoiston ja rakenteen yhteissuunnittelusta on tulossa yhä tärkeämpää. Esimerkiksi korkean suorituskyvyn GPU:issa tai 5G RF -moduuleissa integroidun lämmönpoistokotelon suunnittelu voi tehokkaasti vähentää lämmön kertymistä ja parantaa järjestelmän yleistä lujuutta. Uusien energiaajoneuvojen sähköisen ohjauslaatikon tai akunhallintajärjestelmän (BMS) kotelon tulee ottaa huomioon myös palontorjunta, vedenpitävyys, iskunkestävä ja muut toiminnot sekä varmistaa vakaa toiminta ankarissa olosuhteissa.

Sähkölaitteiden lämmönhallinta ja rakennesuunnittelu ovat avainasemassa koko koneen suorituskyvyn parantamisessa. Materiaalivalinnan optimoinnin, rakenteellisen innovaation ja valmistusprosessin parantamisen avulla voidaan tehokkaasti parantaa laitteiden luotettavuutta, pidentää käyttöikää ja vastata yhä monimutkaisempien sovellusskenaarioiden tarpeisiin.

Lääketiede ja teollisuus: korkean tarkkuuden komponenttien valmistus

Lääketieteen ja teollisuusautomaation alalla laitteilla on erittäin tiukat vaatimukset keskeisten komponenttien tarkkuudelle, luotettavuudelle ja materiaaliturvallisuudelle. Näihin sovellusskenaarioihin liittyy usein erityisolosuhteita, kuten pientä kokoa, korkeataajuista toimintaa ja äärimmäistä työympäristöä. Siksi käytettävien erittäin tarkkojen komponenttien on oltava tarkasti käsiteltyjä ja korkean suorituskyvyn materiaalivalinnalla, jotta varmistetaan erinomainen suorituskyky koko elinkaaren ajan.

Lääketieteellisten laitteiden osalta erittäin tarkkoja komponentteja käytetään laajalti endoskoopeissa, kirurgisissa roboteissa, hammaslääketieteen työkaluissa, implanteissa (kuten lonkkanivelissä, luuruuveissa) ja muissa tuotteissa. Näiden komponenttien on täytettävä kaksi perusvaatimusta: toinen on erittäin korkea mitta- ja geometrinen tarkkuus ja toinen bioyhteensopivuus ihmiskehon kanssa. Yleisesti käytettyjä materiaaleja ovat polymeerimateriaalit, kuten ruostumaton teräs (kuten 316L), titaaniseos (kuten Ti-6Al-4V) ja PEEK, joilla ei ole vain hyviä mekaanisia ominaisuuksia, vaan ne voivat myös olla pitkäaikaisessa kosketuksessa ihmiskudoksen kanssa aiheuttamatta hylkimisreaktioita tai tulehdusreaktioita. Valmistustekniikan osalta tarkkuusvälineiden, kuten CNC-viisiakselin työstö, sähkökipinätyöstö ja laserleikkaus, käyttö voi saavuttaa mikronitason mittasäädön; samalla kiillotuksen, elektrolyyttisen kiillotuksen ja pintakäsittelyn avulla voidaan parantaa pinnan viimeistelyä ja korroosionkestävyyttä ja vähentää bakteerien kiinnittymisen todennäköisyyttä.

Teollisuusautomaatiossa ja laitevalmistuksessa myös korkean tarkkuuden osat ovat tärkeitä. Esimerkiksi nopeissa työstökoneissa käytettävät tarkkuusvaihteet, liukukiskot, karakokoonpanot, robotin päätetehostimet ja optiset mittauslaitteet, niiden toimintatarkkuus määrää suoraan koko järjestelmän toistettavuuden ja prosessoinnin laadun. Nämä komponentit on enimmäkseen valmistettu työkaluteräksestä, pikateräksestä tai sementoidusta kovametallista, ja kovuutta ja kulutuskestävyyttä parannetaan lämpökäsittelyprosessien avulla (kuten hiiletys ja karkaisu, induktiolämmitys jne.). Jotkut teollisuudenalat, jotka ovat erittäin herkkiä laadunvalvonnalle, kuten puolijohteiden valmistus ja ilmailun osien tarkastus, käyttävät myös ei-magneettisia metalliseoksia tai keraamisia materiaaleja täyttääkseen erityiset fyysiset suorituskykyvaatimukset.

Teollisuus 4.0:n ja älykkään valmistuksen, additiivinen valmistus (3D-tulostus), digitaaliset kaksoset ja online-tarkastusteknologiat otetaan vähitellen käyttöön korkean tarkkuuden komponenttien valmistusprosessissa, mikä paitsi parantaa suunnittelun vapautta, myös mahdollistaa tehokkaamman laadunseurannan ja elinkaarihallinnan. Samaan aikaan teknologioiden, kuten kokoonpanoautomaation, prosessisimuloinnin ja moniakselisen yhteisohjauksen, integrointi on nostanut korkean tarkkuuden komponenttien roolia lääketieteellisissä ja teollisissa sovelluksissa yhä tärkeämmäksi, mikä tukee koko teollisuuden nopeaa kehitystä kohti korkeaa luotettavuutta, vähäistä huoltoa ja korkeaa suorituskykyä.

Suunnittelun joustavuus ja monimutkaiset geometriat

Pystyy valmistamaan monimutkaisia muotoja ja tiukkaa toleranssin valvontaa

Perinteiset työstötekniikat, kuten sorvaus, jyrsintä ja poraus, ovat erittäin tehokkaita osille, joilla on säännöllinen muoto ja yksinkertaiset ääriviivat, mutta ne ovat usein vaikeita valmistaa, kalliita tai jopa mahdottomia saavuttaa monimutkaisten rakenteiden, kuten epälineaaristen pintojen, onttojen rakenteiden, monionteloisten kanavien tai erittäin pienten kokoonpanotilojen kanssa. Nykyaikaiset tarkkuusvaluprosessit (kuten vahavalu, mikroruiskuvalu, jauhemetallurgiavalu jne.) ja lisäainevalmistus (kuten laserselektiivinen sulatus SLM, elektronisuihkusulatus EBM, stereolitografia SLA jne.) voivat helposti selviytyä tällaisten monimutkaisten rakenteiden valmistushaasteista.

Esimerkiksi lentokoneen moottorin suuttimien tai jäähdytyskanavien suunnittelussa on usein tarpeen upottaa mutkaisia ​​jäähdytyskanavarakenteita sisään. Jos tällaisia ​​geometrisia muotoja käsitellään perinteisillä prosesseilla, niitä ei ole vain vaikea käsitellä, vaan ne voivat myös vaikuttaa osien yhtenäisyyteen. Metallin 3D-tulostustekniikan avulla suunnittelijat voivat integroida nämä monimutkaiset rakenteet suoraan osamalliin ja muodostaa ne yhdellä kertaa tulostusprosessin aikana ilman lisäkäsittelyvaiheita, mikä parantaa huomattavasti suunnittelun vapautta ja geometrista monimutkaisuutta. Samalla tarkkuutta voidaan säätää ±0,01 mm:n tarkkuudella, mikä täyttää täysin tarkkuussovellusskenaarioiden tarpeet, kuten ilmailun, sairaanhoidon ja mikroelektroniikan.

Tietokoneavusteisen valmistuksen (CAM) ja viisiakselisen linkityksen CNC-työstön yhdistelmä on myös parantanut monimutkaisten geometristen osien käsittelykykyä. Tarkan polun suunnittelun ja mukautuvan työkalun ohjauksen avulla voidaan suorittaa erittäin tarkka yksityiskohtaisten rakenteiden, kuten viisteiden, kaarevien pintojen ja viisteiden käsittely, mikä hallitsee tehokkaasti mittatoleransseja ja pinnan karheutta. Tämä ominaisuus tekee toiminnallisesta integraatiosta ja rakenteellisen optimoinnin suunnittelusta todellisuutta ja edistää myös valmistuksen kehitystä kohti korkeaa monimutkaisuutta ja korkeaa suorituskykyä.

Moniosainen integroitu suunnittelu parantaa rakenteellista tehokkuutta ja lujuutta

Kehittyneiden valmistusmenetelmien avulla suunnittelijat voivat integroida toimintoja, jotka perinteisesti vaativat useiden osien kokoonpanoa yhdeksi rakenteeksi, mikä yksinkertaistaa komponentteja, vähentää painoa ja parantaa lujuutta. Tämä toiminnallinen integroitu suunnittelu on "painonpudotussuunnittelun", "rakenteen optimoinnin" ja "kokoonpanon tehokkuuden parantamisen" ydinkeino erityisesti ilmailu-, auto-, lääketieteellisten laitteiden ja muilla aloilla.

Esimerkiksi ilmailuteollisuudessa perinteiset laskutelinekomponentit tai moottorin kannakkeet voidaan koota kymmenistä tai jopa sadoista osista. Asennusprosessi ei ole vain monimutkainen, vaan myös liitoksissa voi esiintyä jännityskeskittymiä, rakenteellisia heikkouksia tai korroosioriskejä. Additiivinen valmistus tai integroitu valu voi yhdistää useita toiminnallisia rakenteita kiinteäksi komponentiksi, mikä vähentää huomattavasti kokoonpanolinkkejä, parantaa mekaanisia ominaisuuksia ja eliminoi liitosvirheet, kuten ruuvit ja hitsit.

Lääketeollisuudessa monimutkaisilla kirurgisilla instrumenteilla, ortopedisilla implanteilla, kuten nikamien välisiä fuusiolaitteita, tekoniveliä jne. voidaan myös saavuttaa integroitu rakennesuunnittelu toiminnallisen integroinnin avulla, mikä vähentää epäonnistumisriskiä ja implantaation jälkeisiä komplikaatioita. Integroitu suunnittelu voi merkittävästi vähentää mittapoikkeamia, muoto- ja sijaintivirheitä sekä osien jatkoksien aiheuttamia yhteensopivuusongelmia, mikä parantaa olennaisesti tuotteen yhtenäisyyttä ja laadun vakautta.

Tällä komponenttien integroinnilla saavutetaan rakenteellisen tason optimoinnin lisäksi myös myöhempiä huoltotoimia, päivityksiä ja uudelleenvalmistusta, mikä vähentää tuotteen valmistus- ja hallintakustannuksia sen koko elinkaaren ajan.

Vähennä koneistus- ja jälkikäsittelyprosessien kysyntää ja säästä valmistuskustannuksia

Perinteisessä valmistuksessa monimutkaiset rakenteet vaativat usein useita prosesseja ja useita laitteita, kuten karkeatyöstö, hienotyöstö, lävistys, kierteitys, hitsaus, niittaus, ruiskutus jne. Jokainen lisäprosessi ei ainoastaan lisää kustannuksia, vaan lisää myös virheiden ja prosessien vaihtelun todennäköisyyttä. Erittäin integroidun suunnittelun ja edistyneiden valmistusprosessien ansiosta myöhempiä työstö- ja pintakäsittelyyhteyksiä voidaan kuitenkin vähentää merkittävästi.

Alumiinilejeeringin korkeapainepainevalu esimerkkinä ottamalla moderni painevalutekniikka mahdollistaa monimutkaisten geometrioiden ja ohutseinäisten rakenteiden kertavalun, eikä koneistuksen jälkeen tarvita jälkikäsittelyä tai sitä tarvitaan vain vähän. Esimerkiksi metallin 3D-tulostuksessa osia, joissa on sisäkierteet, verkkorakenteet ja toiminnalliset gradienttimateriaalit, voidaan muodostaa suoraan ilman ylimääräistä lävistystä, sorvausta tai kokoonpanoa, mikä lyhentää huomattavasti valmistussykliä. Samaan aikaan raaka-aineiden käyttöaste on myös parantunut - perinteisten leikkausprosessien materiaalin käyttöaste on yleensä vain 30–50%, kun taas lisäainevalmistustekniikka voi saavuttaa yli 90%, mikä vähentää huomattavasti jätettä.

Lisäksi prosessointivaiheiden vähentäminen voi myös auttaa parantamaan tuotteen yhtenäisyyttä ja tuottoastetta. Jokainen prosessin muunnos voi johtaa virheiden kertymiseen ja laadun vaihteluihin. Integroitu valmistus lyhentää tuotantoketjua ja vähentää ihmisten puuttumista asiaan, mikä edistää laajamittaista korkealaatuista tuotantoa.

Teollisuuden näkökulmasta jalostus- ja jälkikäsittelyprosessien vähentäminen ei ainoastaan ​​auta alentamaan suoria valmistuskustannuksia, vaan myös vähentämään energiankulutusta, vähentämään laiteinvestointeja ja huoltoa sekä lyhentämään tuotteiden toimitussyklejä. Se on vihreän tuotannon ja kestävän kehityksen tärkeä ilmentymä.

Tukee rakenteellista optimointisuunnittelua ja topologian optimointia suorituskyvyn maksimoimiseksi

Rakennesuunnittelun joustavuus näkyy myös topologian optimoinnin käytännön soveltamisessa. Topologian optimointi on suunnittelumenetelmä, joka käyttää matemaattista mallintamista löytääkseen optimaalisen materiaalin jakautumismenetelmän tietyissä reunaehdoissa, kuormissa ja materiaalirajoitteissa. Se tuottaa usein epäperinteisiä, vapaamuotoisia rakenteita, joita on erittäin vaikea saavuttaa tavanomaisella prosessoinnilla, mutta jotka voidaan valmistaa tehokkaasti 3D-tulostuksen tai tarkkuusvaluprosessien avulla.

Esimerkiksi lentokoneen sisällä oleva tukirakenne, robottivarren liitosrakenne, bioniset luurankotyyppiset komponentit jne., topologian optimointi voi merkittävästi vähentää painoa 20% ~ 50%, samalla kun alkuperäiset mekaaniset ominaisuudet säilyvät tai jopa paranevat. Tämä optimointi voidaan myös yhdistää usean fysiikan kenttäsimulaatioanalyysiin (kuten lämpöjännityskenttä, värähtelykenttä), jotta saavutetaan lämpö-mekaanisen kytkennän, tärinänvaimennus- ja painonpudotuksen monitavoite.

Lisäksi topologian optimoinnin päivitettynä muotona generatiivinen suunnittelu voi nopeasti luoda kymmeniä tai jopa satoja rakennesuunnittelusuunnitelmia yhdistettynä tekoälyalgoritmeihin ja seuloa nopeasti parhaat tulokset simuloinnin avulla. Näitä muotoja on usein vaikea saavuttaa perinteisillä prosesseilla, mutta ne voidaan suoraan muuntaa fyysisiksi tuotteiksi kehittyneiden teknologioiden, kuten metallipainon ja mikrovalujen, avulla, jolloin suunnittelukonseptit ja valmistusominaisuudet voidaan todella yhtenäistää.

Kustannustehokkuus laadusta tinkimättä

Pienemmät tuotantokustannukset suurille määrille

Kun tuotannon mittakaavaa laajennetaan, yksikkökustannus laskee merkittävästi, mikä on yksi yksinkertaisimmista ja tehokkaimmista tavoista vähentää kustannuksia teollisuudessa. Tämä vaikutus on erityisen näkyvä valmistusteknologioissa, joissa on korkea automaatio ja kiinteät muottisijoitukset, kuten korkeapainevalu, ruiskuvalu, jauhemetallurgia ja tarkkuusvalu. Kun muotin kehitys on valmis, näitä prosesseja voidaan ajaa jatkuvasti erissä monimutkaisten osien monistamiseksi nopeasti, mikä laimentaa alkuinvestointeja ja pienentää merkittävästi kunkin kappaleen valmistuskustannuksia.

Esimerkiksi autoteollisuudessa osat, kuten vaihdelaatikon kotelot tai moottorin kannattimet, valmistetaan usein massatuotantona korkeapaineella. alumiiniseoksen painevalu prosesseja. Vaikka alkuvaiheen muottikehitys ja laiteinvestoinnit ovat korkeat, kymmenien tuhansien tai jopa satojen tuhansien kappaleiden tuotantosyklissä kunkin tuotteen rajakustannukset voidaan pienentää alle 1/5:een perinteisistä koneistetuista osista. Samaan aikaan täysin automatisoitujen painevalujen ja älykkäiden tunnistusjärjestelmien käyttö vähentää työvoiman tarvetta ja virheiden todennäköisyyttä, mikä parantaa entisestään tuotannon tehokkuutta.

Standardoidun ja modulaarisen suunnittelun edistäminen auttaa myös lisäämään erätuotannon astetta. Jakamalla osien rakennesuunnittelu useille tuotealustoille, yksittäisen osan tuotantoskaalaa ei voida laajentaa, vaan myös muottien tyyppejä, varastokustannuksia ja myöhempiä ylläpitoinvestointeja voidaan vähentää.

Tämä tehokas annostelustrategia soveltuu erityisen hyvin teollisuudenaloille, joilla on suuri kysyntä, kuten kulutuselektroniikka, kodinkoneet, kuljetusvälineet ja lääketieteelliset laitteet. Se ei ainoastaan ​​takaa osien yhtenäisyyttä ja luotettavuutta, vaan myös saavuttaa hyvän kustannusten hallinnan.

Pitkä tuotteen käyttöikä, korkea luotettavuus ja pienemmät myöhemmät huolto- ja vaihtokustannukset (pidempi käyttöikä tarkoittaa vähemmän huoltoa)

Korkea kustannustehokkuus ei tarkoita ainoastaan kustannusetuja valmistusvaiheessa, vaan se heijastaa myös tuotteen elinkaarikustannusten optimointia. Valitsemalla korkealuokkaisia ​​materiaaleja, optimoimalla rakennesuunnittelun ja valmistustarkkuuden tuotteen huoltotiheys, vikasuhde ja vaihtojakso huoltovaiheessa vähenevät huomattavasti, mikä pienentää käyttäjiä kokonaiskäyttökustannuksia.

Esimerkiksi konepajakoneiden, rautatiekuljetusten, energialaitteiden jne. aloilla jotkin keskeiset komponentit (kuten hydraulisylinterit, venttiilirungot, kulutusta kestävät holkit jne.) joutuvat pitkäkestoiseen suureen kuormitukseen. Tavanomaisia ​​materiaaleja ja työstömenetelmiä käytettäessä on alttiina ennenaikainen kuluminen tai rakenteellinen väsymys, mikä johtaa seisokkeihin huoltoon tai jopa koko koneen vaihtoon. Käyttämällä korroosion- ja kulutusta kestäviä seosmateriaaleja (kuten nikkelipohjaisia ​​seoksia, työkaluteräksiä ja titaaniseoksia), yhdistettynä lämpökäsittelyyn ja pinnan vahvistamiseen (kuten hiiletys, nitraus ja PVD-pinnoitus), osien käyttöikää voidaan pidentää merkittävästi. Vaikka alkuperäinen yksikköhinta voi olla hieman korkeampi, käyttöiän aikana ei tarvitse toistuvasti vaihtaa ja huoltaa, ja kokonaisomistuskustannukset pienenevät huomattavasti.

Skenaarioissa, kuten rakennustarvikkeissa ja vedenkäsittelylaitteistoissa, ruostumattoman teräksen tai erittäin lujien komposiittimateriaalien käyttö on myös edullista sen "nollahuoltoa" koskevan edun vuoksi. Näillä materiaaleilla on erinomainen suorituskyky hapettumisenkestävyyden, korroosionkestävyyden ja väsymiskestävyyden suhteen, ja ne soveltuvat käytettäväksi ankarissa ympäristöissä. Ne eivät vaadi säännöllistä puhdistusta, pinnoitusta tai korjausta, mikä säästää paljon myöhempiä kustannuksia.

Pitkäikäiset tuotteet merkitsevät myös seisokkien ja henkilöstön ylläpitoinvestointien vähentämistä, mikä on erityisen tärkeää teollisuusautomaatiolle, valvomattomille järjestelmille ja kriittisille elämää ylläpitäville laitteille (kuten lääketieteellisille laitteille). Tästä "laadun vastineeksi ylläpitosäästöistä" -strategiasta on tullut huippuluokan valmistusyritysten keskeinen tapa rakentaa brändin mainetta ja asiakkaiden tahmeutta.

Korkea materiaalin käyttöaste, pienempi jäte- ja ympäristökuormitus (vähemmän materiaalihävikkiä muihin prosesseihin verrattuna)

Perinteiset työstömenetelmät, kuten CNC-sorvaus ja jyrsintä, vaativat yleensä suuren määrän ylimääräisen materiaalin leikkaamista koko materiaalikappaleesta lopullisen muodon saamiseksi. Tämä "vähennysmenetelmä" ei vain tuhlaa materiaaleja ja tuottaa suuren määrän haketta, vaan myös lisää jätteiden hävittämisen ja raaka-aineiden hankinnan kustannuksia. Nykyaikainen "lähes verkkomuotoinen valmistus" ja additiivinen valmistustekniikka parantavat huomattavasti materiaalin käyttöä ja vähentävät resurssien hukkaa muodostamalla mahdollisimman lähelle lopputuotteen kokoa.

Esimerkiksi jauhemetallurgiassa, metalliruiskuvalussa (MIM) ja tarkkuuspainevaluprosesseissa raaka-aineet tuotetaan suoraan muottipuristuksen tai sularuiskutuksen avulla tavoitemuodon luomiseksi, eikä ylimääräistä materiaalia tarvitse juuri poistaa myöhemmässä vaiheessa. Tämän tyyppisen prosessin materiaalin käyttöaste voi yleensä saavuttaa yli 90%, mikä on paljon korkeampi kuin mekaanisen käsittelyn 30-50%. Metallisessa 3D-tulostuksessa sulamaton jauhe voidaan kierrättää resurssien käytön tehostamiseksi entisestään.

Materiaalisäästö tuo kustannussäästöjen lisäksi pienemmän hiilijalanjäljen ja pienemmän energiankulutuksen. Materiaalihävikin vähentäminen sekä sulatus- ja kierrätyspaineen vähentäminen auttaa valmistavaa teollisuutta saavuttamaan vihreän tuotannon tavoitteet ja vastaamaan yhä tiukentuviin ympäristömääräyksiin ja asiakkaiden kestävän kehityksen vaatimuksiin.

Kevyen suunnittelun yleistyessä yhä yleisempään trendiin topologisen optimoinnin, toiminnallisen integraation ja korkean suorituskyvyn materiaalien yhdistelmällä ei ainoastaan ​​voida saavuttaa vahvempaa rakennetta vähemmällä materiaalilla, vaan myös osien kustannustehokkuutta voidaan edelleen parantaa. Tästä "vähemmän on enemmän" -suunnittelukonseptista tulee yksi tulevaisuuden tuotannonalan keskeisistä kilpailukyvystä.