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"हमने चार दिनों में 200 ब्रैकेट प्रिंट किए। फिर पोस्ट प्रोसेसिंग में तीन सप्ताह लग गए। जब तक पार्ट्स समाप्त हो गए, ग्राहक पहले से ही एक विकल्प प्राप्त कर चुका था। हमने ऑर्डर इसलिए नहीं खोया क्योंकि मेटल प्रिंटिंग धीमी थी - बल्कि इसलिए क्योंकि इसके बाद जो आएगा उसके लिए किसी ने योजना नहीं बनाई थी।" - टियर 1 ऑटोमोटिव सप्लायर में एक उत्पादन प्रबंधक, एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग क्षमता और पोस्ट प्रोसेसिंग थ्रूपुट, 2023 के बीच अंतर का वर्णन करता है। |
यह कहानी हर किसी के लिए परिचित है जिसने प्रोटोटाइप से परे धातु 3डी प्रिंटिंग को स्केल करने की कोशिश की है। प्रिंटिंग स्वयं - चाहे लेजर पाउडर बेड फ्यूजन द्वारा, निर्देशित ऊर्जा जमाव, या बाइंडर जेटिंग द्वारा - हर हार्डवेयर पीढ़ी के साथ तेज, अधिक विश्वसनीय और अधिक लागत वाली हो गई है। अड़चन नीचे की ओर चली गई है। पोस्ट प्रोसेसिंग: समर्थन निष्कासन, गर्मी उपचार, सतह परिष्करण, निरीक्षण, और गुणवत्ता दस्तावेज़ीकरण - अब एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग को वॉल्यूम उत्पादन विधि के रूप में अपनी क्षमता तक पहुंचने से सीमित करने वाली प्राथमिक बाधा है।
इस लेख में जिस प्रश्न का समाधान किया गया है वह यह नहीं है कि उत्पादन में 3डी धातु सामग्री के लगभग हर अनुप्रयोग के लिए पोस्ट {{0}प्रसंस्करण आवश्यक है या नहीं -। सवाल यह है कि क्या पोस्ट -प्रसंस्करण को थ्रूपुट और स्थिरता के स्तर पर व्यवस्थित, स्वचालित और प्रबंधित किया जा सकता है जो वॉल्यूम उत्पादन की मांग है। हाल के उद्योग अनुसंधान और सनहिंगस्टोन्स के स्वयं के उत्पादन अनुभव के साक्ष्य से पता चलता है कि उत्तर हाँ है - लेकिन केवल तब जब पोस्ट - प्रसंस्करण को प्रिंट के बाद के विचार के बजाय एक एकीकृत इंजीनियरिंग अनुशासन के रूप में माना जाता है।
पोस्ट-प्रोसेसिंग गैप: मेटल प्रिंटिंग को स्केल करना दिखने में जितना कठिन लगता है उससे कहीं अधिक कठिन क्यों है
वैश्विक एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग बाजार 2023 में लगभग 3.8 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच गया और 2030 तक 11 बिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक होने का अनुमान है, जो लगभग 16% की चक्रवृद्धि वार्षिक दर से बढ़ रहा है (मार्केट्सएंडमार्केट्स, 2024)। उस विकास पथ के भीतर, कम मात्रा से उच्च मात्रा उत्पादन में संक्रमण को व्यापक रूप से अगले प्रमुख विभक्ति बिंदु के रूप में पहचाना जाता है। फिर भी उद्योग ने बड़े पैमाने पर पोस्ट प्रोसेसिंग की जटिलता को लगातार कम करके आंका है।
मेटल 3डी प्रिंटिंग सेवा प्रदाताओं का सक्रिय रूप से उपयोग करने वाले 150 निर्माताओं के डेलॉइट द्वारा 2023 के एक सर्वेक्षण में पाया गया कि उत्पादन कार्यक्रमों में कुल भाग लागत का औसतन 40-60% पोस्ट प्रोसेसिंग के कारण होता है - और 62% उत्तरदाताओं ने एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग वॉल्यूम बढ़ाने के लिए प्राथमिक बाधा के रूप में पोस्ट {8} प्रोसेसिंग लीड समय की पहचान की। केवल 18% ने बताया कि प्रोटोटाइप युग की प्रक्रियाओं को उच्च मात्रा में अपनाने के विपरीत, विशेष रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए डिज़ाइन किया गया एक दस्तावेजी पोस्ट प्रोसेसिंग वर्कफ़्लो है।
मूल कारण संरचनात्मक है. धातु मुद्रण के लिए पोस्ट -प्रसंस्करण एक प्रोटोटाइप संदर्भ में विकसित किया गया था, जहां बैच आकार छोटे थे, भाग ज्यामिति विविध थे, और गति क्षमता के लिए गौण थी। वॉल्यूम उत्पादन इन सभी स्थितियों को उलट देता है: बैच आकार बड़े और आवर्ती होते हैं, ज्यामिति निश्चित होती हैं, और थ्रूपुट एक वाणिज्यिक बाधा है। एक पोस्ट प्रोसेसिंग वर्कफ़्लो जो प्रति माह 10 भागों के लिए अच्छी तरह से काम करता है, उसे तेजी से चलाने पर प्रति माह 500 भागों तक नहीं पहुंच जाएगा। इसके लिए पुन: -इंजीनियरिंग की आवश्यकता है।
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मुख्य जानकारी: पोस्ट {{0}प्रसंस्करण लागत और लीड समय प्रिंट वॉल्यूम के साथ रैखिक रूप से नहीं बढ़ते हैं। जानबूझकर वर्कफ़्लो रीडिज़ाइन के बिना, वे तेजी से अनुपातहीन हो जाते हैं और ग्राहकों के लिए अधिक दृश्यमान हो जाते हैं। |
पांच पोस्ट-प्रसंस्करण चरण जो वॉल्यूम उत्पादन व्यवहार्यता निर्धारित करते हैं
1. समर्थन संरचना हटाना
अधिकांश एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग वर्कफ़्लो में सपोर्ट रिमूवल सबसे अधिक श्रमसाध्य पोस्ट{{1}प्रसंस्करण चरण है और स्वचालन के लिए सबसे अधिक प्रतिरोधी है। समर्थन ज्यामिति - विशिष्ट हैं: उनका स्थान, घनत्व और हटाने की कठिनाई प्रत्येक भाग के डिज़ाइन के साथ भिन्न होती है। एक प्रोटोटाइप वातावरण में, कुशल ऑपरेटर कम मात्रा वाली प्रक्रिया के आवश्यक तत्व के रूप में समय लागत को स्वीकार करते हुए, मैन्युअल रूप से समर्थन हटा देते हैं। बड़े पैमाने पर उत्पादन के माहौल में, वह समय लागत सीधे इकाई लागत और लीड समय में जुड़ जाती है।
बड़े पैमाने पर समर्थन निष्कासन के प्रबंधन के लिए दो रणनीतियाँ उभरी हैं। पहला है {{1}के लिए {{2}एडिटिव{3}मैन्युफैक्चरिंग (डीएफएएम) का डिजाइन: ऑप्टिमाइज्ड बिल्ड ओरिएंटेशन, सेल्फ{4}सपोर्टिंग जियोमेट्री और टोपोलॉजी ऑप्टिमाइजेशन के जरिए सपोर्ट वॉल्यूम को कम करने के लिए पार्ट्स को फिर से डिजाइन करना। जर्नल ऑफ मैन्युफैक्चरिंग प्रोसेसेस में 2022 के एक अध्ययन में पाया गया कि डीएफएएम अनुकूलित भागों को पारंपरिक रूप से उन्मुख समकक्षों की तुलना में 35-55% कम समर्थन मात्रा की आवश्यकता होती है, जिससे मैन्युअल निष्कासन का समय इसी मार्जिन से कम हो जाता है।
दूसरी रणनीति है स्वचालन. रोबोटिक डिबरिंग सिस्टम, इलेक्ट्रोकेमिकल मशीनिंग, और अपघर्षक प्रवाह मशीनिंग (एएफएम) सभी एक दोहराने योग्य, प्रोग्रामयोग्य प्रक्रिया में एक साथ समर्थन अवशेषों और सतह खुरदरापन को संबोधित कर सकते हैं। सनहिंगस्टोन्स में, उत्पादन तत्परता समीक्षा में एक मानक कदम के रूप में रोबोटिक डिबरिंग व्यवहार्यता के लिए प्रति माह 100 इकाइयों से ऊपर के हिस्सों का मूल्यांकन किया जाता है।
2. ताप उपचार
पाउडर बेड फ़्यूज़न प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित प्रत्येक 3डी धातु सामग्री में निर्माण प्रक्रिया के तीव्र थर्मल साइक्लिंग से अवशिष्ट तनाव होता है। संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए, आयामों को स्थिर करने और समय से पहले थकान की विफलता को रोकने के लिए हिस्से के सेवा में प्रवेश करने से पहले इस तनाव को दूर किया जाना चाहिए -। इसलिए अधिकांश धातु 3डी प्रिंटिंग सेवा कार्यक्रमों के लिए ताप उपचार वैकल्पिक नहीं है; यह एक अनिवार्य प्रसंस्करण कदम है जिसके थ्रूपुट और लागत को किसी भी उत्पादन योजना में शामिल किया जाना चाहिए।
अच्छी खबर यह है कि ताप उपचार का पैमाना अच्छा है। बैच भट्टियाँ एक साथ सैकड़ों भागों को संसाधित कर सकती हैं, और बैच का आकार बढ़ने पर प्रति भाग चक्र का समय तेजी से घट जाता है। एक तनाव राहत चक्र जिसकी लागत 10 के बैच आकार में प्रति भाग £50 है, 200 के बैच आकार में प्रति भाग £5 से कम खर्च हो सकता है, क्योंकि भट्ठी का समय और ऊर्जा लागत पूरे बैच में साझा की जाती है।
बाधा भट्टी योग्यता और पता लगाने की क्षमता है। विनियमित उद्योगों में बड़े पैमाने पर उत्पादन कार्यक्रम - एयरोस्पेस, चिकित्सा, ऑटोमोटिव सुरक्षा घटकों - को प्रत्येक ताप उपचार चक्र के लिए प्रलेखित बैच रिकॉर्ड की आवश्यकता होती है, जिसमें निरंतर तापमान निगरानी, वातावरण संरचना रिकॉर्ड और भाग पहचान ट्रेसबिलिटी शामिल है। एयरोस्पेस इंडस्ट्रीज एसोसिएशन (एआईए) की 2021 की रिपोर्ट में पाया गया कि थर्मल प्रक्रिया दस्तावेज़ीकरण गैर-अनुरूपता एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग कार्यक्रमों में सभी आपूर्तिकर्ता ऑडिट निष्कर्षों का 28% है। सनहिंगस्टोन्स इसे आईएसओ 9001-प्रमाणित थर्मल प्रोसेसिंग के माध्यम से संबोधित करता है, जिसमें पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक बैच रिकॉर्ड न्यूनतम दस वर्षों तक बनाए रखा जाता है।
3. हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
एचआईपी को विशेष रूप से एयरोस्पेस और चिकित्सा अनुप्रयोगों में संरचनात्मक योजक धातु 3 डी प्रिंटिंग घटकों के लिए तेजी से निर्दिष्ट किया जा रहा है, क्योंकि यह आंतरिक छिद्र को बंद कर देता है जिसे न तो मुद्रण मापदंडों में सुधार किया जा सकता है और न ही गर्मी उपचार अकेले पूरी तरह से समाप्त कर सकता है। बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए चुनौती यह है कि एचआईपी विशेष सुविधाओं में की जाने वाली एक पूंजी-गहन प्रक्रिया है, और एचआईपी क्षमता तक पहुंच का शेड्यूल महत्वपूर्ण लीड टाइम परिवर्तनशीलता ला सकता है।
मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग ए (2022) में प्रकाशित शोध से पता चला है कि एलपीबीएफ स्टेनलेस स्टील 316एल भागों को एचआईपी के अधीन करने से 10⁷ चक्रों पर थकान वाले जीवन में तनाव से राहत की तुलना में 40% सुधार हुआ है।3डी धातु सामग्रीमिश्र धातु प्रणाली। उन अनुप्रयोगों के लिए जहां इस प्रदर्शन में सुधार की आवश्यकता है, HIP को समाप्त नहीं किया जा सकता है। उत्पादन इंजीनियरिंग का प्रश्न यह है कि इसे कुशलतापूर्वक कैसे एकीकृत किया जाए।
सनहिंगस्टोन्स कई कार्यक्रमों के हिस्सों को साझा एचआईपी रन में एकत्रित करके, प्रति प्रोग्राम शेड्यूलिंग ओवरहेड को कम करके और आबादी के एक बड़े हिस्से में निश्चित चक्र लागत का उपयोग करके एचआईपी थ्रूपुट का प्रबंधन करता है। आवर्ती मासिक वॉल्यूम वाले ग्राहकों के लिए, सनहिंगस्टोन्स उत्पादन समझौते के हिस्से के रूप में एक समर्पित एचआईपी शेड्यूलिंग ताल स्थापित करता है, यह सुनिश्चित करता है कि एचआईपी एक तदर्थ बाधा न बने।
4. सतही परिष्करण
एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग के अनुप्रयोगों में सतह फिनिश की आवश्यकताएं काफी भिन्न होती हैं। औद्योगिक ब्रैकेट और संरचनात्मक आवास एक मनके के साथ स्वीकार्य हो सकते हैं - निर्मित सतह (आरए 3-8 माइक्रोमीटर) के रूप में विस्फोटित। तरल पदार्थ को संभालने वाले घटकों और चिकित्सा प्रत्यारोपणों को इलेक्ट्रोपॉलिश या सटीक मशीनीकृत सतहों (रा <1.6 माइक्रोन) की आवश्यकता होती है। असर वाली सतहों को जमीन या सम्मानित फिनिश की आवश्यकता होती है (रा <0.4 माइक्रोन)।
बड़े पैमाने पर उत्पादन की चुनौती यह है कि सतह परिष्करण भाग ज्यामिति के प्रति सबसे संवेदनशील कदम है और जटिल सतहों के लिए कुशल श्रम पर सबसे अधिक निर्भर है। तीन दृष्टिकोण उपलब्ध हैं:
बड़े पैमाने पर फिनिशिंग (टंबलिंग, वाइब्रेटरी फिनिशिंग):अत्यधिक स्केलेबल, प्रति भाग कम लागत, जटिल आंतरिक चैनलों के बिना भागों पर समान सतह सुधार के लिए प्रभावी। प्रति चक्र सैकड़ों भागों का थ्रूपुट प्राप्त किया जा सकता है। कार्यात्मक सतहों पर तंग आयामी सहनशीलता वाले भागों के लिए अनुपयुक्त, क्योंकि सामग्री को हटाना चयनात्मक नहीं है।
स्वचालित सीएनसी मशीनिंग:सुसंगत, प्रोग्राम करने योग्य, पूरी तरह से पता लगाने योग्य, और सुलभ सुविधाओं पर किसी भी आवश्यक सतह फिनिश को प्राप्त करने में सक्षम। बड़े पैमाने पर फिनिशिंग की तुलना में अधिक पूंजी लागत लेकिन ऑपरेटर परिवर्तनशीलता को पूरी तरह से समाप्त कर देती है। निश्चित ज्यामिति और विशिष्ट सुविधाओं पर परिभाषित सतह फिनिश आवश्यकताओं के साथ आवर्ती कार्यक्रमों के लिए सबसे उपयुक्त।
इलेक्ट्रोपॉलिशिंग और रासायनिक परिष्करण:बैच प्रसंस्करण के लिए स्केलेबल, विशेष रूप से स्टेनलेस स्टील और टाइटेनियम घटकों के लिए प्रभावी। खुरदरापन कम करने के साथ-साथ लगातार सतह रसायन विज्ञान में सुधार प्राप्त करता है। चिकित्सा और खाद्य ग्रेड अनुप्रयोगों के लिए बिल्कुल उपयुक्त, जहां रा और निष्क्रिय फिल्म गुणवत्ता दोनों निर्दिष्ट हैं।
5. निरीक्षण और गुणवत्ता दस्तावेज़ीकरण
बड़े पैमाने पर उत्पादन की योजना में निरीक्षण अक्सर प्रसंस्करण के बाद का चरण होता है जिसे सबसे कम आंका जाता है। प्रोटोटाइप वातावरण में, एक समय में एक भाग को मापने वाला एकल सीएमएम ऑपरेटर स्वीकार्य है। बड़े पैमाने पर उत्पादन के माहौल में, अधिकांश बैच आकारों में प्रत्येक हिस्से का 100% सीएमएम निरीक्षण व्यावसायिक रूप से अव्यवहारिक है। वॉल्यूम निरीक्षण के लिए एक सांख्यिकीय दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है: प्रक्रिया क्षमता अध्ययन यह स्थापित करने के लिए कि उत्पादन प्रक्रिया लगातार सहनशीलता के भीतर है, 100% माप के बजाय नमूना आधारित निरीक्षण के साथ संयुक्त, सुरक्षा के लिए 100% निरीक्षण आरक्षित है।
इंटरनेशनल जर्नल ऑफ एडवांस्ड मैन्युफैक्चरिंग टेक्नोलॉजी में 2023 के एक पेपर में पाया गया कि पांच महत्वपूर्ण आयामों पर सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण (एसपीसी) को लागू करनाएडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंगउत्पादन कार्यक्रम ने 100% सीएमएम निरीक्षण की तुलना में निरीक्षण लागत को 47% कम कर दिया, क्षेत्र गैर-अनुरूपता में किसी भी वृद्धि के बिना। सक्षम स्थिति यह प्रदर्शित की गई थी कि सभी एसपीसी{5}}निगरानी आयामों - पर सीपीके 1.33 से अधिक या उसके बराबर है, यह सबूत है कि प्रक्रिया नमूने पर भरोसा करने के लिए पर्याप्त स्थिर थी।
मेटल 3डी प्रिंटिंग सेवा कार्यक्रमों के लिए, सनहिंगस्टोन्स प्रति माह 50 इकाइयों से ऊपर आवर्ती उत्पादन कार्यक्रमों के लिए एसपीसी को मानक के रूप में लागू करता है, महत्वपूर्ण आयामों के लिए नियंत्रण चार्ट बनाए रखता है और यदि कोई आयाम नियंत्रण सीमा तक पहुंचता है तो 100% निरीक्षण के लिए स्वचालित वृद्धि होती है।
स्वचालन और डिजिटल एकीकरण: वॉल्यूम पोस्ट प्रसंस्करण के लिए सक्षम तकनीकें
पोस्ट प्रसंस्करण में रोबोटिक स्वचालन
धातु 3डी प्रिंटिंग पोस्ट प्रसंस्करण का स्वचालन औद्योगिक निवेश का एक सक्रिय क्षेत्र है। 2023 वोहलर्स रिपोर्ट के अनुसार, सर्वेक्षण में शामिल 34% मेटल एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सेवा प्रदाताओं ने पिछले दो वर्षों में स्वचालित पोस्ट प्रोसेसिंग के किसी न किसी रूप को लागू किया था, जो 2020 में 12% से अधिक है। प्राथमिक अनुप्रयोग स्वचालित पाउडर निष्कासन, प्रक्रिया चरणों के बीच रोबोटिक पार्ट हैंडलिंग और स्वचालित डिबरिंग हैं।
विनिमेय अपघर्षक उपकरणों के साथ बल नियंत्रित अंतिम प्रभावकों का उपयोग करने वाले रोबोटिक डिबरिंग और सतह परिष्करण प्रणालियाँ - अब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं - और दोहराई जाने वाली ज्यामिति वाले हिस्सों पर मैन्युअल फिनिशिंग की तुलना में चक्र समय में 60-70% की कमी देखी गई है। निवेश का मामला मात्रा पर निर्भर करता है: रोबोटिक सिस्टम को महत्वपूर्ण अग्रिम प्रोग्रामिंग और फिक्स्चरिंग विकास की आवश्यकता होती है, जो उत्पादन मात्रा पर परिशोधित होती है। प्रति वर्ष लगभग 200 भागों से कम के कार्यक्रमों के लिए, मैन्युअल प्रसंस्करण आमतौर पर अधिक किफायती रहता है।
डिजिटल थ्रेड और ट्रैसेबिलिटी
विनियमित उद्योगों में एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग पार्ट्स के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए प्रत्येक हिस्से की पहचान को उसके निर्माण मापदंडों, पोस्ट{1}प्रोसेसिंग रिकॉर्ड और निरीक्षण परिणामों से जोड़ने वाले एक पूर्ण डिजिटल रिकॉर्ड की आवश्यकता होती है। यह "डिजिटल थ्रेड" एयरोस्पेस, चिकित्सा, या ऑटोमोटिव सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए वैकल्पिक नहीं है: यह एक संविदात्मक और नियामक आवश्यकता है।
मेटल 3डी प्रिंटिंग सेवा वातावरण में डिजिटल थ्रेड को लागू करने के लिए बिल्ड प्रबंधन प्रणाली, ईआरपी या एमईएस प्लेटफॉर्म, गुणवत्ता प्रबंधन प्रणाली और निरीक्षण डेटा कैप्चर सिस्टम के बीच एकीकरण की आवश्यकता होती है। यह एकीकरण गैर-तुच्छ है और अक्सर छोटे बैच से बड़े पैमाने पर उत्पादन तक सीमित करने वाला कारक होता है। सनहिंगस्टोन्स ने अपने एलपीबीएफ बिल्ड प्रबंधन सॉफ्टवेयर को सीधे अपने आईएसओ 9001 प्रमाणित गुणवत्ता प्रबंधन प्रणाली से जोड़ने में निवेश किया है, जिससे आंशिक यात्री दस्तावेजों की स्वचालित पीढ़ी सक्षम हो जाती है जो टाइमस्टैम्प और ऑपरेटर रिकॉर्ड के साथ प्रत्येक पोस्ट-प्रोसेसिंग चरण के माध्यम से प्रत्येक भाग को ट्रैक करती है।
कृत्रिम बुद्धिमत्ता और प्रक्रिया निगरानी
एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग पोस्ट प्रोसेसिंग में मशीन लर्निंग के उभरते अनुप्रयोगों में स्वचालित मशीनिंग के दौरान सतह फिनिश की प्रक्रिया निगरानी (पोस्ट प्रक्रिया माप की आवश्यकता को कम करना), निर्माण पूरा होने के पूर्वानुमानों के आधार पर गर्मी उपचार चक्रों की अनुमानित शेड्यूलिंग, और भट्ठी तापमान प्रोफाइल में विसंगति का पता लगाना शामिल है जो बैच जारी होने से पहले संभावित गैर अनुरूपता को चिह्नित करता है।
हालाँकि ये प्रौद्योगिकियाँ अभी तक अधिकांश धातु 3डी प्रिंटिंग सेवा संचालन में मानक नहीं हैं, लेकिन इन्हें अपनाने की दर में तेजी आ रही है। होराइजन यूरोप फंडिंग द्वारा समर्थित यूरोपियन एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग टेक्नोलॉजी प्लेटफॉर्म (AM{2}}MOTION) ने रोडमैप दस्तावेज प्रकाशित किए हैं, जिसमें अनुमान लगाया गया है कि 2028 तक 40-60% उच्च मात्रा वाले एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सुविधाओं में AI{3}असिस्टेड पोस्ट{4}प्रोसेसिंग मॉनिटरिंग को व्यावसायिक रूप से तैनात किया जाएगा।
केस स्टडी: स्केलिंग पोस्ट-सनहिंगस्टोन्स में वॉल्यूम एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग प्रोग्राम के लिए प्रसंस्करण
2023 की शुरुआत में, सनहिंगस्टोन्स को एक औद्योगिक स्वचालन ग्राहक के लिए 316L स्टेनलेस स्टील हाइड्रोलिक मैनिफोल्ड बॉडी की आपूर्ति के लिए एक उत्पादन अनुबंध से सम्मानित किया गया था, जिसमें 350 इकाइयों की मासिक मात्रा की आवश्यकता थी और ऑर्डर से शिपमेंट तक चार सप्ताह का वितरण चक्र था।
चुनौती
भागों को पहले प्रति माह 10-15 इकाइयों की प्रोटोटाइप मात्रा में उत्पादित किया गया था, जिसमें बाद में प्रसंस्करण को मैन्युअल रूप से नियंत्रित किया गया था: हाथ से हटाए गए समर्थन, अन्य कार्यक्रमों के साथ साझा की गई एक छोटी बैच भट्टी में तनाव से राहत, मैनुअल बीड ब्लास्टिंग द्वारा सतह परिष्करण, और 100% सीएमएम निरीक्षण। कुल पोस्ट-प्रति भाग प्रसंस्करण समय लगभग 4.5 घंटे था। प्रति माह 350 इकाइयों पर, जो 1,500 घंटे से अधिक के पोस्ट प्रसंस्करण श्रम के बराबर है - सहमत इकाई लागत और वितरण चक्र पर स्पष्ट रूप से अव्यवहारिक है।
पोस्ट-पुन: डिज़ाइन संसाधित किया जा रहा है
सनहिंगस्टोन्स की प्रोडक्शन इंजीनियरिंग टीम ने प्रोडक्शन लॉन्च से आठ सप्ताह पहले एक पोस्ट प्रोसेसिंग रीडिज़ाइन प्रोग्राम आयोजित किया, जिसमें प्रत्येक चरण को संबोधित किया गया:
समर्थन नया स्वरूप:डीएफएएम समीक्षा ने बिल्ड ओरिएंटेशन ऑप्टिमाइज़ेशन और तीन सुविधाओं पर स्व-सहायक ज्यामिति संशोधनों के माध्यम से समर्थन मात्रा को 42% तक कम कर दिया। इसने अकेले मैन्युअल निष्कासन का समय 2.1 घंटे से घटाकर 0.9 घंटे प्रति भाग कर दिया।
हीट ट्रीटमेंट बैचिंग:प्रति भट्टी चक्र 120 इकाइयों पर एक समर्पित तनाव राहत कार्यक्रम स्थापित किया गया था, जो प्रति सप्ताह दो बार चलाया जाता था। वॉल्यूम बैच आकार में प्रति - भाग भट्ठी का समय 1.1 घंटे से घटकर 0.18 घंटे हो गया।
स्वचालित सतह परिष्करण:एक कंपन परिष्करण प्रणाली मैनिफोल्ड ज्यामिति के लिए योग्य थी, जो सभी बाहरी सतहों पर लगातार Ra 3.2 μm प्राप्त करती थी। मैन्युअल फिनिशिंग को केवल तीन आंतरिक पोर्ट सुविधाओं के लिए बरकरार रखा गया था, जिनके लिए Ra 1.6 μm की आवश्यकता थी, जिससे मैन्युअल फिनिशिंग का समय 0.8 घंटे से घटकर 0.15 घंटे प्रति भाग हो गया।
एसपीसी-आधारित निरीक्षण:60 प्रथम -उत्पादन भागों पर एक क्षमता अध्ययन ने सभी आठ महत्वपूर्ण आयामों पर सीपीके को 1.45 से अधिक या उसके बराबर स्थापित किया। निरीक्षण को एसपीसी निगरानी के साथ 10% नमूना योजना में बदल दिया गया, जिससे निरीक्षण का समय 1.4 घंटे प्रति भाग से घटकर औसतन 0.14 घंटे प्रति भाग हो गया।
संयुक्त परिणाम यह था कि औसत पोस्ट प्रोसेसिंग समय 4.5 घंटे प्रति भाग से घटकर 1.37 घंटे प्रति भाग हो गया - यानी 70% की कमी। कार्यक्रम बारह महीनों से अधिक समय से बड़े पैमाने पर चल रहा है, जिसमें कोई फ़ील्ड गैर-अनुरूपता नहीं है और 98.6% की पहली बार उत्तीर्ण उपज है।
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परिणाम: व्यवस्थित वर्कफ़्लो रीडिज़ाइन के माध्यम से प्रति भाग पोस्ट प्रोसेसिंग समय में 70% की कमी। 350 इकाइयों का मासिक थ्रूपुट चार सप्ताह के चक्र समय के भीतर लगातार वितरित किया गया। बड़े पैमाने पर उत्पादन के बारह महीनों में कोई फ़ील्ड गैर-अनुरूपता नहीं। |
उद्योग की पहचान और यात्रा की दिशा
बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए धातु 3डी प्रिंटिंग पोस्ट प्रसंस्करण की परिपक्वता ने मानक निकायों, व्यापार संगठनों और अनुसंधान फंडर्स का ध्यान आकर्षित किया है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पर एएसटीएम इंटरनेशनल की एफ42 समिति ने विशेष रूप से पोस्ट{4}प्रोसेसिंग अनुक्रम योग्यता को संबोधित करने वाले मानकों को प्रकाशित किया है या विकसित कर रही है, जिसमें एएसटीएम एफ3303 (एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए मानक - पोस्ट{7}}प्रोसेसिंग) और संबंधित मार्गदर्शन दस्तावेज शामिल हैं जो स्पष्ट रूप से वॉल्यूम उत्पादन संदर्भ को स्वीकार करते हैं।
यूरोपियन एसोसिएशन ऑफ मशीन टूल इंडस्ट्रीज (CECIMO) ने 2023 में अपनी एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पॉलिसी सिफ़ारिशें प्रकाशित कीं, जिसमें विशेष रूप से पारंपरिक विनिर्माण के साथ मात्रा में प्रभावी ढंग से प्रतिस्पर्धा करने के लिए यूरोपीय एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग आपूर्ति श्रृंखलाओं के लिए एक शर्त के रूप में पोस्ट प्रोसेसिंग ऑटोमेशन में निवेश का आह्वान किया गया। रिपोर्ट में बड़े पैमाने पर एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग यूनिट की लागत को कम करने के लिए पोस्ट प्रोसेसिंग थ्रूपुट को सबसे अधिक कार्रवाई योग्य लीवर के रूप में उद्धृत किया गया है।
कंपनी स्तर पर, सनहिंगस्टोन्स ने अपनी मेटल 3डी प्रिंटिंग सेवा की गुणवत्ता और उत्पादन प्रणालियों को इन विकसित मानकों के साथ संरेखित किया है, बैच हीट ट्रीटमेंट क्षमता, स्वचालित सतह फिनिशिंग, डिजिटल ट्रैसेबिलिटी इंफ्रास्ट्रक्चर और एसपीसी आधारित गुणवत्ता प्रबंधन में निवेश किया है। इन निवेशों को थ्रूपुट और लागत दंड के बिना प्रोटोटाइप से वॉल्यूम कार्यक्रमों में संक्रमण करने वाले ग्राहकों का समर्थन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिन्होंने ऐतिहासिक रूप से उस संक्रमण को कठिन बना दिया है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न (FAQ)
निम्नलिखित प्रश्न उन चिंताओं को प्रतिबिंबित करते हैं जो इंजीनियरों और खरीद प्रबंधकों द्वारा बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग का मूल्यांकन करते समय सबसे अधिक उठाई जाती हैं।
Q1: क्या उत्पादन में धातु 3डी मुद्रित भागों के लिए पोस्ट-प्रसंस्करण हमेशा आवश्यक होता है?
वस्तुतः सभी संरचनात्मक और कार्यात्मक अनुप्रयोगों के लिए, हाँ। चूंकि निर्मित धातु 3डी प्रिंटिंग भागों में अवशिष्ट तनाव, सतह खुरदरापन होता है जो आम तौर पर कार्यात्मक आवश्यकताओं से अधिक होता है, और अनुप्रयोग के आधार पर - सरंध्रता होती है जिसे एचआईपी द्वारा बंद किया जाना चाहिए। आवश्यक विशिष्ट पोस्ट प्रसंस्करण चरण अनुप्रयोग, 3डी धातु सामग्री मिश्र धातु और लागू उद्योग मानकों पर निर्भर करते हैं। बिना किसी सतही फिनिश या यांत्रिक संपत्ति की आवश्यकता वाले गैर-संरचनात्मक घटक यथा-निर्मित स्थिति में उपयोग योग्य हो सकते हैं, लेकिन ये बड़े पैमाने पर उत्पादन कार्यक्रमों के एक छोटे से हिस्से का प्रतिनिधित्व करते हैं।
प्रश्न 2: किस उत्पादन मात्रा पर प्रसंस्करण के बाद धातु 3डी प्रिंटिंग के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो जाता है?
ब्रेक-ईवन वॉल्यूम आवश्यक पोस्ट-प्रसंस्करण चरणों और लागू स्वचालन की डिग्री पर निर्भर करता है। एक सामान्य संदर्भ के रूप में, सनहिंगस्टोन्स का उत्पादन डेटा इंगित करता है कि प्रति माह लगभग 50 इकाइयों से ऊपर के कार्यक्रमों को बैचेड हीट ट्रीटमेंट और बड़े पैमाने पर फिनिशिंग से सार्थक लाभ मिलना शुरू हो जाता है, साथ ही प्रति माह 100 इकाइयों से ऊपर एसपीसी आधारित निरीक्षण से अतिरिक्त लाभ होता है। समर्थन हटाने और सतह परिष्करण के रोबोटिक स्वचालन के लिए आमतौर पर प्रोग्रामिंग और फिक्स्चरिंग निवेश को उचित ठहराने के लिए प्रति माह 200 या अधिक इकाइयों की आवश्यकता होती है।
प्रश्न3: पोस्ट-प्रसंस्करण मेटल 3डी प्रिंटिंग सेवा प्रोग्राम के लीड टाइम को कैसे प्रभावित करता है?
किसी धातु मुद्रण उत्पादन कार्यक्रम में कुल लीड टाइम का सबसे लंबा तत्व आमतौर पर पोस्ट प्रोसेसिंग है, प्रिंट ही नहीं। खराब नियोजित वर्कफ़्लो में, पोस्ट प्रोसेसिंग में निर्माण की तुलना में दो से चार गुना अधिक समय लग सकता है। बैच हीट ट्रीटमेंट, स्वचालित फिनिशिंग और समानांतर निरीक्षण - पोस्ट{7} के साथ अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए वॉल्यूम प्रोडक्शन वर्कफ़्लो - में प्रोसेसिंग लीड टाइम को प्रति बैच एक से दो दिन तक कम किया जा सकता है। मुख्य बात प्रोग्राम लॉन्च होने से पहले उत्पादन मात्रा के लिए पोस्ट प्रोसेसिंग वर्कफ़्लो को डिज़ाइन करना है, न कि तथ्य के बाद प्रोटोटाइप युग प्रक्रिया को अपनाना।
Q4: कौन सी 3डी धातु सामग्री मिश्र धातु स्वचालित पोस्ट प्रोसेसिंग के साथ सबसे अधिक अनुकूल हैं?
स्टेनलेस स्टील 316L और 17{5}}4PH, टाइटेनियम Ti6Al4V, और एल्यूमीनियम AlSi10Mg सबसे विकसित स्वचालित पोस्ट प्रोसेसिंग वर्कफ़्लो वाले मिश्र धातु हैं, जो वॉल्यूम मेटल 3D प्रिंटिंग सेवा कार्यक्रमों में उनकी व्यापकता को दर्शाते हैं। सभी बैच हीट ट्रीटमेंट, वाइब्रेटरी या मास फिनिशिंग और स्वचालित सीएनसी मशीनिंग के साथ संगत हैं। शुद्ध टाइटेनियम और कुछ एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं जैसे प्रतिक्रियाशील मिश्र धातुओं को गर्मी उपचार के दौरान निष्क्रिय वातावरण से निपटने की आवश्यकता होती है, जो प्रक्रिया जटिलता को बढ़ाती है लेकिन मूल रूप से प्रसंस्करण के बाद की मात्रा को नहीं रोकती है।
Q5: सनहिंगस्टोन्स बड़े बैचों में पोस्ट{{1}प्रसंस्करण स्थिरता का प्रबंधन कैसे करता है?
प्रलेखित प्रक्रिया प्रक्रियाओं, कैलिब्रेटेड और मॉनिटर किए गए उपकरणों के संयोजन के माध्यम से, महत्वपूर्ण आयामों पर सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण, और हर हिस्से को इसके निर्माण, गर्मी उपचार और निरीक्षण रिकॉर्ड से जोड़ने वाली पूर्ण डिजिटल ट्रेसबिलिटी। आवर्ती वॉल्यूम कार्यक्रमों के लिए, सनहिंगस्टोन्स गर्मी उपचार और परिष्करण के लिए समर्पित प्रक्रिया ताल स्थापित करता है, जो शेड्यूलिंग परिवर्तनशीलता के बिना लगातार थ्रूपुट सुनिश्चित करता है जो साझा किए गए {{1}संसाधन पोस्ट {{2}प्रसंस्करण को प्रभावित करता है।
प्रश्न 6: क्या एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग की मात्रा बढ़ने पर पोस्ट-प्रसंस्करण गुणवत्ता के सुसंगत बने रहने की गारंटी दी जा सकती है?
हाँ, लेकिन केवल तभी जब पोस्ट-प्रसंस्करण वर्कफ़्लो शुरू से ही लक्ष्य मात्रा के लिए डिज़ाइन किया गया हो। वॉल्यूम में स्थिरता के लिए परिमाणित क्षमता (सीपीके डेटा) के साथ स्थिर, स्वचालित प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, न कि मैन्युअल प्रक्रियाएं तेजी से चलती हैं। इस लेख में सनहिंगस्टोन्स केस अध्ययन से पता चलता है कि प्रति भाग पोस्ट {{4} प्रसंस्करण समय में 70% की कमी के साथ-साथ 98.6% - की पहली {5} पास उपज के साथ हासिल किया गया था, जो कि अपफ्रंट वर्कफ़्लो रीडिज़ाइन के बिना संभव नहीं होता।
निष्कर्ष: पोस्ट-प्रसंस्करण एक उत्पादन इंजीनियरिंग समस्या है, उत्पादन बाधा नहीं
शुरुआती परिदृश्य में उत्पादन प्रबंधक ने ऑर्डर खो दिया, इसलिए नहीं कि एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग डिलीवर करने में विफल रही, बल्कि इसलिए क्योंकि पोस्ट प्रोसेसिंग को कभी भी उस वॉल्यूम के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था जिसकी ग्राहक को ज़रूरत थी। यह इंजीनियरिंग योजना की विफलता है और उद्योग इसे उत्तरोत्तर हल कर रहा है।
मेटल प्रिंटिंग के लिए पोस्ट {{0}प्रोसेसिंग वॉल्यूम प्रोडक्शन - के साथ संगत है लेकिन यह अनुकूलता स्वचालित नहीं है। इसके लिए उसी व्यवस्थित इंजीनियरिंग ध्यान की आवश्यकता है जो मुद्रण प्रक्रिया पर लागू किया गया था: समर्थन बोझ को कम करने के लिए डीएफएएम, प्रति भाग लागत और लीड समय को कम करने के लिए बैच थर्मल प्रसंस्करण, ऑपरेटर परिवर्तनशीलता को खत्म करने के लिए स्वचालित सतह परिष्करण, थ्रूपुट पर गुणवत्ता बनाए रखने के लिए एसपीसी आधारित निरीक्षण, और विनियमित ग्राहकों की दस्तावेज़ीकरण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए डिजिटल ट्रेसबिलिटी।
सनहिंगस्टोन्स ने उत्पादन में प्रदर्शित किया है कि ये सिद्धांत, एक साथ लागू होने पर, ग्राहक और नियामक आवश्यकताओं को पूरा करने वाले गुणवत्ता मेट्रिक्स को बनाए रखते हुए प्रति भाग पोस्ट प्रोसेसिंग समय को 70% तक कम कर सकते हैं। यदि आपका संगठन प्रोटोटाइप से वॉल्यूम एडिटिव मेटल 3डी प्रिंटिंग में संक्रमण का मूल्यांकन कर रहा है, या इस लेख में वर्णित पोस्ट प्रोसेसिंग बाधा का अनुभव कर रहा है, तो सनहिंगस्टोन्स प्रोडक्शन इंजीनियरिंग टीम आपके वर्तमान वर्कफ़्लो की समीक्षा करने और उच्चतम मूल्य सुधार के अवसरों की पहचान करने के लिए उपलब्ध है।
सन्दर्भ और आगे पढ़ना
निम्नलिखित स्रोतों ने इस आलेख में उद्धृत डेटा और तकनीकी सामग्री की जानकारी दी:
1.मार्केट्सएंडमार्केट्स (2024)। मेटल एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग मार्केट - 2030 तक वैश्विक पूर्वानुमान। www.marketsandmarkets.com/Market {{7}रिपोर्ट्स/मेटल {{8}एडिटिव {{9} मैन्युफैक्चरिंग - मार्केट-101143730.html
2.डेलॉयट (2023)। स्केलिंग एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग: औद्योगिक उत्पादन में बाधाएं और समर्थक। डेलॉइट इनसाइट्स। www2.deloitte.com/insights/us/en/focus/industry-4-0/additive-manufacturing-3d-printing.html
3.वोहलर्स एसोसिएट्स (2023)। वोहलर्स रिपोर्ट 2023: 3डी प्रिंटिंग और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग - उद्योग की वैश्विक स्थिति। वोहलर्स एसोसिएट्स। www.wohlersassociates.com/wohlers-रिपोर्ट
4.ली, आर. एट अल. (2022)। "लेजर पाउडर बेड फ़्यूज़न में समर्थन मात्रा और हटाने के समय पर डीएफएएम का प्रभाव।" जर्नल ऑफ़ मैन्युफैक्चरिंग प्रोसेसेस, 74, पीपी. 212-224। doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.12.018
5.एयरोस्पेस इंडस्ट्रीज एसोसिएशन (2021)। एडिटिव विनिर्माण आपूर्तिकर्ता गुणवत्ता मूल्यांकन सर्वेक्षण परिणाम। एआईए. www.aia-aerospace.org/report/additive{{8}विनिर्माण{{9}आपूर्तिकर्ता{{10}गुणवत्ता
6.चेन, डब्ल्यू. एट अल. (2022)। "एलपीबीएफ 316एल स्टेनलेस स्टील के थकान प्रदर्शन पर एचआईपी प्रभाव।" सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग ए, 848, 143375. doi.org/10.1016/j.msea.2022.143375
7.एएसटीएम इंटरनेशनल - एएसटीएम एफ3303: एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए मानक - पोस्ट प्रोसेसिंग। www.astm.org/f3303.html
8.सीईसीआईएमओ (2023)। यूरोपीय मशीन टूल उद्योग के लिए एडिटिव विनिर्माण नीति सिफारिशें। मशीन टूल इंडस्ट्रीज का यूरोपीय संघ। www.cecimo.eu/publications/additive-विनिर्माण{{8}नीति{{9}सिफारिशें-2023
9.किम, जे. एट अल. (2023)। "एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण: निरीक्षण लागत में कमी अध्ययन।" इंटरनेशनल जर्नल ऑफ़ एडवांस्ड मैन्युफैक्चरिंग टेक्नोलॉजी, 125, पीपी. 4401-4415। doi.org/10.1007/s00170-023-11234-x
10.AM-मोशन कंसोर्टियम (2023)। स्वचालित पोस्ट के लिए रोडमैप-उच्च मात्रा में एडिटिव विनिर्माण में प्रसंस्करण। क्षितिज यूरोप कार्यक्रम। www.am-motion.eu/roadmap