التصنيع باستخدام الحاسوب مقابل الطباعة ثلاثية الأبعاد لأغلفة بطاريات السيارات الكهربائية: كيف تختار؟

باختصار: مقارنة بين التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) والطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع هياكل السيارات الكهربائية تتعلق باختيار طريقة إزالة المواد مقابل عملية إضافة الطبقات. فبينما يمكن للتصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) تحقيق دقة تركيب تصل إلى ±0.008 مم ، يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد الحفاظ على دقة تركيب تصل إلى ±0.010 مم مع تقليل وقت التطوير إلى 3 أيام مقارنةً بـ 6 أيام.

تستنزف تكاليف الأدوات ومخاطر الهدر ميزانيات تصنيع هياكل المركبات الكهربائية قبل شحن أي قطعة. وتُحدد متطلبات الصلابة ومواصفات IP67 ما إذا كان مشروع تصنيع هياكل المركبات الكهربائية سيجتاز مرحلة التحقق. وتُغذي أربعة أبعاد - التفاوت، والمادة، والتوصيل الحراري، وتكلفة الوحدة - مصفوفة 4x4 واحدة بالإضافة إلى شجرة قرارات مدتها خمس دقائق. تتخذ فرق التوريد قرارها مُسبقًا وتتجنب مشاكل الأدوات ومفاجآت الهدر. ويحصل فريق الميزانية على مقارنة واحدة فقط بدلاً من عرضين من موردين مختلفين.

أهم النقاط

• استخدم الطباعة ثلاثية الأبعاد في مراحل البحث والتطوير، بدءًا من وحدة واحدة وحتى خمس وحدات، مع ميزات التبريد المتوافق. تُنتج هذه التقنية الأجزاء خلال ثلاثة أيام ، وتُخفض تكاليف المراحل الأولية بنسبة 16%. ويضمن المشترون ميزانيتهم ​​خلال فترة اعتماد التصميم.
• يُنصح بالتحول إلى التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) إذا كانت أسطح التركيب تتطلب دقة ±0.008 مم. يؤدي الإنتاج بكميات كبيرة إلى خفض سعر الوحدة من 1280 دولارًا إلى 320 دولارًا . يحرص مديرو التوريد على وضع الميزانية قبل تقييم الأدوات.
• يُوصى بتصنيع سبيكة الألومنيوم 6061-T651 باستخدام تقنية CNC لضمان العزل الحراري وحماية IP67. تتميز هذه السبيكة بقوة خضوع تبلغ 276 ميجا باسكال، وسطح أخاديد بسماكة 0.8 ميكرومتر. يتطلب المعدن المطبوع تشطيبًا نهائيًا قبل اختبار الضغط.

لماذا نثق بهذه المقارنة التصنيعية؟ رؤى عملية من شركة LS Manufacturing

كتبت غلوريا، كبيرة مهندسي العمليات في شركة LS Manufacturing، والتي تتمتع بخبرة تزيد عن 15 عامًا في صناعة العلب الدقيقة، كل قسم من هذا التقرير. وجاءت المراجعة الثانية من فريق الإنتاج: حيث قام كبير مهندسي العمليات بالتحقق من كل رقم قبل النشر. اطلع على إطار عمل غلوريا الهندسي لاتخاذ القرارات فيما يتعلق بمعايير التوريد. ستستفيد من جولتين من التحقق لكل هامش خطأ وتكلفة منشورة.

تُشكّل فئات الحدود والملاءمة من معيار ISO 286 أساسًا لكل بيان للتفاوتات، ويُقدّمدليل ASM المجلد 2 القيم الميكانيكية والحرارية لسبائك الألومنيوم 6061-T651. وتتحقق آلات قياس الإحداثيات من Zeiss من كل بُعد من أبعاد سطح منع التسرب بدقة ±0.008 مم، بالإضافة إلى تشطيبات الأخاديد Ra 0.8 ميكرومتر. ويمكن للمهندسين التحقق بشكل مستقل من كل رقم منشور بالرجوع إلى مصدر قياسي.

تتضمن عملية التحقق أكثر من 1500 اختبارًا متقاطعًا بين العمليات، بما في ذلك اختبار التعرض لرذاذ الملح لمدة 1000 ساعة وفقًا لمعيار ASTM B117، ودورات اختبار إجهاد الاهتزاز وفقًا لمعيار ISO 16750-3. يتم التحقق من صحة كل من التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) والطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام نفس أدوات التثبيت، ويعتمد اختيار نوع الغلاف على بيانات الاختبار. يُعد حجم الإنتاج العامل الأول في تحديد الجودة: فعند تجاوز 35 وحدة، يضمن التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) الحفاظ على كل من تكلفة الوحدة وموانع التسرب بمعيار IP67. تمتلك شركة LS Manufacturing مراكز تصنيع CNC خماسية المحاور ، وأنظمة طباعة ثلاثية الأبعاد للمعادن الصناعية والبوليمرات الهندسية، وخطوط إنتاج صفائح معدنية دقيقة داخل الشركة، لذا فإن هذه المقارنة تعتمد على خصائص العملية وليس على مسار مفضل.

مرجع سريع: مصفوفة مقارنة هندسية 4×4

تختلف عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) والطباعة ثلاثية الأبعاد في أربعة مجالات رئيسية لتصنيع أغلفة بطاريات السيارات الكهربائية. وتدعم معايير الفحص القياسية في الصناعة وبيئة الإنتاج الواقعية جميع المقارنات المذكورة أدناه. ويتوفر للمشترين بيانات مقارنة فنية واقتصادية لأغلفة بطاريات السيارات الكهربائية.

مع أقل من 35 قطعة، تفوز الطباعة ثلاثية الأبعاد فيما يتعلق بوقت الدورة والتعقيد الهندسي؛ مع أكثر من 35 نقطة تعادل، تهيمن عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب على اتساق التفاوتات وأداء الختم وتكلفة القطعة الواحدة.

الشكل 1: تعمل عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد على تبسيط تصميم الهيكل من خلال بناء جدران شبكية، بينما تقوم عملية القطع باستخدام الحاسوب بإزالة مخزون 6061-T651 عند Ra 0.8 ميكرومتر.

أي عملية توفر دقة أعلى في تصنيع الهياكل؟

توفر عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) نطاقًا أدق للتفاوتات المسموح بها في هياكل المركبات الكهربائية، حيث تصل دقة أسطح التلامس وفتحات تثبيت الخلايا إلى ±0.008 مم. ويضمن مسار الأداة الصلب ومعايرة المجس داخل الآلة الوصول إلى نطاق التفاوتات المسموح بها وفقًا لمعيار ISO 286-1:2010. أما تلبيد إطار طبقة المسحوق فيؤدي إلى تفاوتات أعلى نظرًا لعدم توزيع الحرارة بشكل متساوٍ، مما يضمن عدم تسرب أي مواد مانعة للتسرب عالية الجهد.

القطع الصلب ومعايرة المجس على الأسطح المتزاوجة

يضمن الجمع بين القطع الدقيق والفحص الآلي دقةً في ثقوب الأطراف ضمن نطاق ±0.003 مم . ويعوض نظام الفحص الآلي تآكل الأداة بين عمليات الثقب، مما يسمح ببقاء جميع الثقوب ضمن نطاق الدقة الفائقة 0.002-0.005 مم . ويقوم جهاز قياس الإحداثيات (CMM) من زايس بفحص كل ثقب قبل الشحن.

1. تتيح عملية القطع المتزامنة ذات المحاور الخمسة الوصول إلى أخاديد الختم في عملية إعداد واحدة.
2. يقوم جهاز الفحص الموجود على الآلة بإعادة معايرة نقطة مرجع الحفر بعد كل عملية قطع نهائية.

تعتمد اعتبارات تصميم غلاف السيارة الكهربائية باستخدام الحاسوب (CNC) أو الطباعة ثلاثية الأبعاد على نقطة مرجعية للثقب. لا يمكن لآلة التفريز ثلاثية المحاور إصلاح الجزء المنحرف الناتج عن الطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب تغير النقطة المرجعية بعد كل عملية تخفيف للإجهاد.

مصادر الانجراف عبر إطارات حاويات طبقة المسحوق

تتميز الإطارات المصنعة بتقنية PBF-LB/M (دمج مسحوق المعادن بالليزر) بتفاوتات تتراوح بين ±0.010 و0.050 مم، وهي أعلى بكثير من نطاق 0.005-0.01 مم، وذلك بسبب اختلاف درجات حرارة التلبيد وانحناء الأجزاء الطويلة. لذا، ينبغي مراعاة التفاوتات المسموح بها في طبقات بطاريات السيارات الكهربائية عند اختيارها .

• احتفظ بالأجزاء المطبوعة لقنوات التبريد المطابقة.
• متى يتم اختيار CNC لأجزاء السيارات الكهربائية : استخدم القطع النهائي بعد تطبيق مانع التسرب IP67 على السطح.

بنود العمل

1. التفاوتات على أسطح التزاوج وفقًا لنطاق التفاوت 8 ميكرون ؛ تتطلب التفاوتات الأكثر صرامة وقت تشغيل إضافي.
2. اطلب تحديد اتجاه عملية التلبيد قبل تقديم عرض سعر لإطارات التغليف المطبوعة.

مصدر البيانات والمعيار المرجعي: معيار ISO 286-1:2010 للحدود والملاءمات وتقرير معايرة خطأ المؤشر المكاني لآلة قياس الإحداثيات CMM من Zeiss.

كيف تختلف الخصائص الحرارية بين التصنيع باستخدام الحاسوب والطباعة ثلاثية الأبعاد؟

يتميز الألمنيوم المطروق 6061-T651 بموصلية حرارية تبلغ 167 واط/(متر·كلفن)، بينما تبلغ الموصلية الحرارية لألومنيوم AlSi10Mg المطبوع 120 واط/(متر·كلفن) فقط. مع تدفق حبيبي متجانس في السبيكة المطروقة، يتبقى لديك مجال لأي ارتفاع حراري مفاجئ في خلايا التبريد السائل نتيجة التوصيل الحراري الجانبي. سرعة الشحن لديك محدودة بقدرة التبريد.

الموصلية المتساوية في الصواني المصنوعة من سبائك الألومنيوم 6061-T651

تتميز سبائك 6061-T651 المطروقة بموصلية حرارية تبلغ 167 واط/(متر·كلفن) وقوة خضوع تبلغ 276 ميجا باسكال في جميع الاتجاهات. تضمن السبائك الصلبة استمرارية مسارات الحرارة على كامل سطح الصينية، مما يمنع ارتفاع درجة حرارة قمم الخلايا بشكل موضعي.

• يضمن التركيب الحبيبي للسبائك المطروقة عدم وجود مسامية، مما يمنع التوصيل عبر المستويات.
• يضمن استواء سطح الصينية المطحونة تلامس وسادة الفجوة تحت ضغط مشبك الوحدة.
• إدارة الحرارة: تبدأ اعتبارات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) مقابل الطباعة ثلاثية الأبعاد بتوجيه الموصلية.

تُحوّل خدمات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) للألمنيوم الموصلية الحرارية إلى درجة حرارة معروفة للحزمة. ويصف دليل ASM، المجلد الثاني (1990)، هذه الأرقام لسبائك الألمنيوم المطروقة.

عقوبات الخشونة داخل القنوات الدقيقة المطبوعة

تُطبع سبيكة AlSi10Mg عند درجة حرارة 120 واط/(م·ك) وقوة خضوع تبلغ 195 ميجا باسكال. لا يمكن تشكيل القنوات المطابقة المنتجة بتقنية دمج مسحوق الليزر باستخدام آلة CNC ثلاثية المحاور نظرًا لاستحالة إنشاء مسار أداة مستقيم داخل المنحنيات في الأجزاء. إدارة الحرارة: تبرز أهمية المقارنة بين استخدام آلة CNC والطباعة ثلاثية الأبعاد عند إغلاق القنوات.

1. يبلغ متوسط ​​خشونة الجدار بعد الطباعة 6.3 ميكرون.
2. قم بإجراء عمليات التشطيب قبل اختبار انخفاض الضغط.

يعتمد اختيار غلاف بطارية السيارة الكهربائية بشكل أكبر على مقاومة التدفق أكثر من اعتماده على توافر الأشكال. توفر صواني بطاريات السيارات الكهربائية المصنعة باستخدام تقنية CNC سطحًا حراريًا بتشطيب Ra 0.4 ميكرون. باختصار: الجدران المطبوعة تُحدد الشكل، والأرضية المصقولة تُولد الحرارة.

الخلاصة

• اطلب شهادات التوصيل الحراري في الحالة المستقرة لجميع دفعات 6061-T651 عند طلب عرض الأسعار.
• قم بتطوير نموذج لنقاط التفريغ القصوى الساخنة قبل اختيار مادة الصينية.

مصدر البيانات والمعيار: دليل ASM المجلد 2، فصل الخواص الميكانيكية لسبائك الألومنيوم المطروقة واختبار التوصيل الحراري في الحالة المستقرة المقاس.

الشكل 2: تقوم آلة CNC بتصنيع صواني بطاريات السيارات الكهربائية، حيث تزيل رقائق 6061-T651 تحت سائل التبريد بينما يقوم رأس بتكديس طبقات AlSi10Mg.

ما الذي يؤثر على تكلفة حاويات بطاريات السيارات الكهربائية باختلاف الأحجام؟

تُحدد تكلفة الوحدة بناءً على الكمية وليس على قدرة العملية - فعند تجاوز 35 وحدة، يتم تحويل الطريقة الأقل تكلفة من الطباعة إلى القطع. تُؤخذ تكاليف البرمجة والإعداد في الاعتبار في عروض الأسعار الأولية، ولكن تكلفة غلاف بطارية السيارة الكهربائية تنخفض مع زيادة الكميات. يستفيد العميل بنسبة 26.5% لكل وحدة عند تجاوز عتبة الكمية المحددة.

تكلفة برمجة ثابتة ضمن عروض أسعار القطع المبكر

تُحدد تكلفة برمجة العمل واختبار النموذج الأولي (اختبار البرنامج الأولي على الجزء الأول) الأسعار الأولية للقص. لا تتطلب الطباعة استخدام أدوات، وتبلغ تكلفتها 860 دولارًا لكل جزء إلى خمسة أجزاء.

يتم تخفيض تكلفة البرنامج لتشغيله لمرة واحدة لكل وحدة مع زيادة الحجم.

1. تعمل طرق القطع المجربة بشكل مستقل لعدة ساعات.
2. تكلفة المواد المصنعة من البليت أقل لكل كيلوغرام من تكلفة المسحوق المذرر بالغاز (ذي الشكل الكروي) .

تؤدي عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) بكميات كبيرة إلى خفض التكلفة الثابتة للوحدة. وبفضل التفاوتات العامة المحددة في معيار ISO 2768-1:1989 للأبعاد غير الحرجة، لا حاجة لعمليات التشطيب. وبذلك، يصبح طلبك المكون من 100 قطعة ربع التكلفة التقديرية الأولية تقريبًا.

تكلفة الليزر الخطي - الساعة وتكلفة المسحوق في عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد

تظل تكلفة كل ساعة ليزر وتكلفة كل فاتورة مسحوق ثابتة لكل وحدة إضافية.

متى يُنصح باستخدام تقنية CNC لتصنيع أجزاء السيارات الكهربائية ؟ عند تجاوز 35 وحدة، ينعكس الوضع. يُفضل اختيار غلاف بطارية السيارة الكهربائية خلال المرحلة التجريبية بدلاً من الطباعة بعد تجاوز هذا الحد.

متى تتفوق الطباعة ثلاثية الأبعاد على تقنية CNC من حيث سرعة النماذج الأولية؟

أسرع في عمليات فحص المفهوم لوحدة إلى ثلاث وحدات: 72 ساعة مقابل 6 أيام في التصنيع الآلي. تُصنع الأجزاء المعدنية والنايلونية مباشرةً من ملف التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، ويمكن بدء فحوصات المسار قبل اكتمال تصميم التثبيت. يؤدي إنتاج أكثر من 100 وحدة إلى إبطاء عملية بناء طبقة المسحوق؛ حيث تأتي دورة البناء وإزالة المسحوق التي تستغرق 26 يومًا في المرتبة الثانية بعد عمليات القطع متعددة المحاور التي تستغرق 14 يومًا.

يُعدّ استخدام غلاف من النايلون أو المعدن مطبوعًا بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد أفضل في مرحلة النموذج الأولي لبطاريات السيارات الكهربائية . تُصنع نماذج الطباعة بتقنية المسحوق مباشرةً من تصميم CAD دون الحاجة إلى عمليات التشكيل والقلب وإعادة التثبيت. لا تتطلب هذه التقنية أي تجهيزات أو قوالب أو مكتبات أدوات، إذ يُغني تسليم الجزء الأول عن جميع أعمال تحضير الأدوات.

1. يتم تسليم نماذج خطوط التبريد قبل تجميد التصميم المعماري.
2. يتم فحص خلوص موصل الجهد العالي فعلياً.

تتيح لك تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد لتخفيف وزن الهيكل تقييم خيارات تقليل سمك الجدار قبل اختبار التصادم. لا يزال عليك طلب تحديد فترات التسليم لـ 3 وحدات و100 وحدة في قائمة التحقق من طلب عرض أسعار التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) .

عكس الجدول الزمني على نطاق الدفعة التجريبية

يعتمد وقت تصنيع غلاف السيارة الكهربائية باستخدام تقنية CNC مقابل الطباعة ثلاثية الأبعاد على الكمية، وليس على مدى تعقيد القطعة. يستغرق تصنيع 100 وحدة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مسحوق المعادن 26 يومًا نظرًا لوجود عدة منصات بناء. بينما تُنهي خطوط القطع معالجة نفس الكمية من المواد في 14 يومًا.

• اطبع نماذج أغلفة من النايلون لتوفير مساحة كافية للعبوة.
• قم بنقل أجزاء العينة B إلى قسم القطع بمجرد استقرار البيانات المرجعية.

تُزيل عملية التشطيب السطحي باستخدام آلات CNC الخشونة بعد الطباعة استعدادًا لاختبار التسرب. ويمنع تصميم التثبيت واختبار مسار الأداة آلات الطحن ثلاثية المحاور من أن تكون بنفس سرعة العينات المطبوعة. ويتطلب جدول المشتري طباعة النايلون مبكرًا وقطع الألومنيوم عند العينة الثانية.

قواعد الدفعة التجريبية

1. اطلب عروض أسعار لتصميمات أولية للمساكن بدون تجهيزات.
2. تقدير وقت إزالة المسحوق لكل وحدة مقابل المعدل بالساعة قبل الالتزام بعينة B.

الشكل 3: مقارنة بين التصنيع باستخدام الحاسوب والطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع نماذج أولية لهياكل المركبات الكهربائية، حيث يتم تشكيل المعدن باستخدام الشرر بينما يتم تشكيل غلاف من النايلون باستخدام المسحوق.

أي عملية توفر صلابة هيكلية فائقة وأمانًا عاليًا في حالة الاصطدام؟

تُوفر عملية القطع باستخدام كتلة صلبة حمايةً فائقةً في حال وقوع حادث: حيث تُوفر صينية الألمنيوم المتجانسة 6061-T651 كثافة داخلية بنسبة 100%، بينما يتميز الألمنيوم المطبوع بخصائص تباين الخواص على مستوى الطبقات. ويعمل الألمنيوم المطروق على توزيع قوى الصدمات عبر بنية حبيبية متصلة، مما يحمي أمتعتك في حالة الاحتكاك بالأعمدة الجانبية أو أسفل السيارة. وتُشير اختبارات الشد على منصة MatWeb إلى حد أدنى لقوة الخضوع يبلغ 276 ميجا باسكال مع إزاحة 0.2%.

بنية حبيبية متصلة في الصواني المتجانسة

تُزيل القطع المتجانسة المصنوعة من سبيكة الألومنيوم 6061-T651 المسامية الداخلية قبل عملية القطع. وتنتقل طاقة الصدم التي تصل إلى عشرات الكيلو نيوتن عبر الحبيبات غير المتكسرة، مما يمنع انهيار الخلايا. وتُستخدم آلات CNC لتصنيع صواني بطاريات السيارات الكهربائية في الهياكل السفلية للسيارات.

• تؤدي الحبيبات المتصلة إلى القضاء على المسامية قبل حدوث بدء التشققات.
• تؤثر أحمال الاحتكاك على الجزء السفلي من الهيكل على أرضية الصندوق بأكملها.
• تدعم عملية التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) ذات الجدران الرقيقة أضلاعًا بسمك 2-3 مم بدون اهتزاز.

يضمن التدفق القسري للحبوب قوة خضوع ثابتة في جميع الاتجاهات الثلاثة. بعبارة أخرى، يتميز المعدن بقوة هيكلية عالية بينما تحقق الطباعة كفاءة عالية في استخدام الكتلة.

مخاطر التباين والمسامية في المعادن المطبوعة

تُظهر الأجزاء المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مسحوق المعادن تفاوتًا في القوة على المستويين XY و Z. وتؤدي المسامية في الجدران المعدنية المطبوعة إلى ظهور تشققات الإجهاد نتيجة اهتزاز الهيكل. ومع ذلك، يظل استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتخفيف وزن الهيكل مناسبًا للتطبيقات غير الإنشائية.

1. يجب إزالة المعدن المطبوع من جميع مسارات التحميل الرئيسية.
2. يجب أن يقتصر اختيار غلاف بطارية السيارة الكهربائية على استخدام المعدن المطبوع فقط في القطع التي تصل إلى مستوى الغطاء.
3. يجب الحد من مستويات المسامية في التصوير المقطعي المحوسب بالقرب من الخلية.

تتعرض الروابط في اتجاه المحور Z في المعدن المطبوع للفشل أولاً عند تعرضه لأحمال هيكل دورية؛ أما في حالة القطع المعدنية المشكلة بالطحن، فلا يوجد مستوى ضعف. تبدأ أخطاء تصميم التصنيع باستخدام الحاسوب عادةً بمسارات التحميل المخصصة للمعدن المطبوع.

قواعد واجبات التصادم

• قطعة معدنية مطروقة مع شهادات المصنع لكل صينية تحمل الأحمال.
• أداء التأثير معتمد وفقًا لمعايير ISO 16750-3:2012 لملفات تعريف الاهتزاز قبل اعتماد PV.

مصدر البيانات والمعيار: قاعدة بيانات MatWeb 6061-T651 مواصفات حد الكسر الميكانيكي للشد في عملية التشكيل.

شجرة قرارات تصنيع حاويات بطاريات السيارات الكهربائية

تخضع أي علبة بطارية سيارة كهربائية لخمس مراحل متتالية للوصول إلى مسار تصنيع محدد: الشكل الهندسي، وملمس سطح الختم، ورقم الدفعة، وفئة التوافق، وإطار التسليم الزمني. يمتلك مصممو البرامج ومسؤولو التوريد مسارًا واضحًا لحل التصنيع دون الاعتماد على أي تخمينات من الموردين. وتُعدّ أوقات التسليم التي تقل عن 72 ساعة المعيار النهائي للتمييز. تتضمن الحلول الهجينة مزيجًا من طباعة قلب القناة وطحن سطح الختم.

الهندسة والبوابات ذات الوجه المختوم

تُرسل الهندسة المطابقة (القنوات الداخلية على طول شكل الخلايا) برنامجًا إلى البوابة 2. إذا كان يجب أن يكون السطح خشنًا بدرجة خشونة الأخاديد (Ra 0.8 ميكرومتر أو أدق) ، فسيلزم استخدام مزيج من لب القناة المطبوع وطحن سطح مانع التسرب. يمكن طباعة أسطح الجدران الخشنة بالكامل.

1. يرجى تحديد هندسة القناة قبل طلب عروض الأسعار.
2. حدد نسيج الأخاديد وتحقق منه باستخدام جهاز اختبار الخشونة Mitutoyo Surftest SJ-210.
3. تشمل تطبيقات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) مسارات القطع الهجينة والقطع النقية.

لا تستطيع آلات CNC ثلاثية المحاور إنتاج قنوات داخلية مطابقة، لأنها لا تستطيع التحرك إلا على طول محور واحد.

الحجم، وفئة اللياقة، وبوابات التسليم

يتم توجيه أحجام الدفعات التي تبلغ 35 قطعة أو أكثر إلى القطع عالي السرعة.

• تحقق من حجم الدفعة قبل تحديد سعر اثنين.
• تصل عمليات التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) بكميات صغيرة إلى 35 قطعة.
• اطلع على أدوات الصب بالضغط العالي (حقن الألومنيوم المنصهر بسرعة) لـ 500 قطعة.

إجراءات قفل المسار

1. اترك مساحة من 1.5 إلى 2.0 مم لمادة التصنيع على أسطح التزاوج المطبوعة.
2. يتم فحص أدوات صب القوالب عند 500 قطعة، وليس عند 100 قطعة.

الشكل 4: مقارنة بين التصنيع باستخدام الحاسوب والطباعة ثلاثية الأبعاد لهيكل السيارة الكهربائية، حيث يتم قطع 6061-T651 تحت سائل التبريد بينما تقوم فوهة ببثق طبقات البوليمر.

مقارنة بين التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) والطباعة ثلاثية الأبعاد في تصنيع أغلفة بطاريات السيارات الكهربائية: تحسين التفاوتات والعزل الحراري

تُساهم عملية التصنيع الدقيقة باستخدام آلات CNC لمادة 6061-T651 في حل مشكلات التشوّه الحراري وتسربات المواد العازلة في حاويات بطاريات السيارات الكهربائية الكبيرة. وقد أدى تغيير عملية التصنيع إلى خفض تكلفة كل صينية بنسبة 26.5% لدفعة مكونة من 40 وحدة. وأكدت تقارير مختبرات خارجية مطابقة المنتج لمعيار IP67 ومعايير AS9100D. كما تمكن فريق التوريد من تجنب تجاوز ميزانية البرنامج التجريبي دون تكبد تكاليف إضافية لشراء أدوات جديدة. وقد نجحت أهداف تقليل الوزن ومقاومة الصدمات في تجاوز تأثير تغيير عملية التصنيع.

تحديات العميل

تطلّب برنامج الشاحنات التجارية الخفيفة غلافًا موحدًا مُبرّدًا بالسوائل، بطول 950 مم . وقد انحنت الصواني المطبوعة بتقنية التلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) بمقدار 0.45 مم إجمالًا. بلغ سمك جدران أخاديد منع التسرب 6.3 ميكرومتر ؛ وأظهر اختبار الضغط عند 0.3 ميجا باسكال تسربًا شديدًا. تجاوزت ميزانية المشروع التجريبي التقديرات البالغة 860 دولارًا أمريكيًا لكل صينية؛ وكانت مدة عملية التصنيع الإضافي، البالغة 22 يومًا، ضيقة لأغراض التحقق.

حلول هندسية

أعادت لجان المراجعة توجيه جميع الهياكل إلى استخدام قطع ألومنيوم خامة خاصة بالطيران. بلغت تشوهات القطع التجريبية 0.12 مم في منتصف المسافة بين القطعتين، وذلك بفضل جدران بسمك 2.5 مم التي خففت الإجهاد المتبقي. وقد ساهمت عملية التقادم الاصطناعي الثانوية في تثبيت القطع الخام. استبدل مهندسو عمليات التصنيع في شركة LS التثبيت الصلب بالشفط الفراغي متعدد النقاط. وانخفض بروز أداة القطع من 85 مم إلى 45 مم نتيجةً للقطع متعدد المراحل ذي العمق الخفيف.

النتائج والقيمة

ارتفعت تكلفة الصينية الواحدة إلى 420 دولارًا بعد إعادة التوجيه. كانت أسطح الختم متسامحة ضمن حدود التفاوت الهندسي ±0.008 مم عند Ra 0.8 ميكرومتر . انخفضت نسبة العيوب من 12.5% ​​إلى 1.8% . تم تقليص وقت تسليم الدفعة إلى 14 يومًا، أي أسرع بنسبة 36.3% من خطط التصنيع بالإضافة. اجتازت عملية التصنيع اختبار إجهاد الاهتزاز وفقًا لمعيار ISO 16750-3 واختبار التعرض لرذاذ الملح لمدة 1000 ساعة وفقًا لمعيار ASTM B117. أظهرت نتائج المقارنة بين التصنيع باستخدام الحاسوب والطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية قطع أكثر من 35 وحدة.

كان سعر الطباعة بدون أدوات أقل حتى فشل اختبار الضغط. صُنعت الصواني من سبيكة 6061-T651 وحصلت على تصنيف IP67 لمقاومة التسرب في تجميع الألواح الكهروضوئية. — رئيس قسم التصميم الميكانيكي، برنامج الشاحنات التجارية الخفيفة العاملة بالطاقة الجديدة، المشروع رقم AUTO-2026-041A

مصدر البيانات والمعيار: قاعدة بيانات LS Manufacturing المقاسة عبر العمليات، المشروع رقم AUTO-2026-041A (مسار CNC) ورقم AUTO-2026-041B (مسار الطباعة ثلاثية الأبعاد)، حجم العينة >1500.

الأسئلة الشائعة

1. أي عملية تحقق إحكامًا أفضل وفقًا لمعيار IP67 لأغلفة البطاريات؟

تُصنع أخاديد منع التسرب بدقة تصل إلى 0.8 ميكرون وبتفاوت ±0.008 مم ، مما يمنع أي تسرب قبل التجميع. وتُطبع الجدران بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يسمح بتمدد المسامات بين الطبقات عند اختبارها تحت الضغط. ويجتاز فريق الفحص اختبارات مقاومة دخول الماء والغبار IP67 من أول مرة، نظرًا لتحديد مواقع الأخاديد بدقة متناهية.

مصدر البيانات: معيار ASME Y14.5-2018 للأبعاد الهندسية والتفاوتات (GD&T) ومعايير اختبار ضغط منع تسرب الهواء داخل الآلة.

2. ما هي نقطة التعادل في التكلفة بين التصنيع باستخدام الحاسوب والطباعة ثلاثية الأبعاد؟

تتحقق معادلة التكلفة عند 35 وحدة، حيث تقل تكاليف التطوير من خلال الطباعة بنسبة 16% لكل وحدة. وتُعيد شركة LS Manufacturing توزيع ساعات الإعداد بعد نقطة التعادل، لتصل إلى انخفاض تكلفة الوحدة بنسبة 52.9% عند 100 وحدة . ويُحدد مسؤولو المشتريات سعر القطعة قبل زيادة الكمية، وتُوثّق وثائق ISO 9001:2015 كل بند مُقتبس.

مصدر البيانات: قاعدة بيانات LS Manufacturing 2025-2026 التجريبية متعددة العمليات، والتي تغطي المشروع #AUTO-2026-041A (مسار CNC) و #AUTO-2026-041B (مسار الطباعة ثلاثية الأبعاد).

3. هل يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تحل محل تقنية CNC في صناعة صواني التبريد المصنوعة من الألومنيوم ذي الجدران الرقيقة؟

لا يمكن للطباعة المعدنية أن تحل محل القطع في الصواني الحاملة للوزن ذات سماكة جدار 2.5 مم، لأن الإجهادات الحرارية المتبقية تُسبب انحناء الجدران الرقيقة. يمكن طباعة قنوات دقيقة التوافق ، بينما تتطلب الأسطح الحرارية وإطارات التحميل عملية طحن نهائية للوصول إلى قوة خضوع تبلغ 276 ميجا باسكال . يحصل المُجمِّعون على أسطح تثبيت مستقيمة، وتفصل إشارات معيار ASME Y14.5-2018 بين البيانات المُشَكَّلة والهندسة المطبوعة.

4. كيف تتم مقارنة قابلية تكرار الأبعاد بين الطريقتين؟

تتكرر الدفعات المصنعة آليًا ضمن نطاق 3 ميكرون ، بينما تنمو الطبقات المطبوعة حتى 10 ميكرون على مسافات طويلة. يؤدي المسح الليزري متعدد الطبقات إلى تراكم الانحراف الحراري؛ بينما تقضي عملية التصنيع بدرجة حرارة ثابتة على أخطاء الانحراف الحراري المتراكمة في كل دفعة. لا يتطلب خط تجميع العلب من قِبل الشركة المصنعة الأصلية استخدام حشوات، وتُطبق التفاوتات العامة من معيار ISO 2768-1:1989 على باقي المكونات.

مصدر البيانات: سجلات قبول دقة القياس المكاني لآلات القياس الإحداثية من شركة زايس.

5. كيف يمكن اتخاذ قرار سريع بين استخدام تقنية CNC والطباعة ثلاثية الأبعاد لحزمة البطارية الخاصة بك؟

تخضع عملية التوريد لفحصين: تُرسل عينات من خمس قطع ذات هوامش خطأ في التركيب أقل من 0.01 مم للطباعة. أما الدفعات التي يزيد حجمها عن 35 قطعة فتُحال إلى مرحلة القطع، مع مراعاة أسطح الختم التي تتطلب دقة تصل إلى 8 ميكرون. يتم تقليص الجداول الزمنية في حال النظر أولاً في خيارات أخرى غير الأدوات، وتُستخدم خدمات التصنيع الدقيق باستخدام الحاسوب (CNC) لضمان دقة عملية التصنيع وفقًا لمعيار AS9100D.

6. لماذا يُفضل استخدام التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC) لألواح الحماية الهيكلية المصنوعة من سبيكة 6061-T651؟

يحتوي الفولاذ المطروق 6061-T651 على خطوط تدفق ألياف عالية التراصف، مما يضمن ثباتًا تامًا في مقاومة الشد والصدمات في جميع الاتجاهات. تتفكك هياكل الشبكة المعدنية على طول روابط الاتجاه Z أثناء التحميل السريع الناتج عن الصدمات. يبقى الضمان ساريًا حتى في حوادث التصادم، وتؤكد بيانات الإجهاد في المجلد الثاني من دليل ASM للألمنيوم المطروق صحة اختيار هذه المادة.

مصدر البيانات: دليل ASM المجلد 2، معلمات الإجهاد لسبائك الألومنيوم المطروقة.

ملخص

إن توافق العمليات، وليس الترتيب، هو ما يحدد نجاح تصميم غلاف بطاريات السيارات الكهربائية. توفر المعالجة الإضافية مرونة في تصميم الهيكل أثناء مراحل التصميم، بينما تضمن المعالجة متعددة المحاور الحفاظ على فعالية الإحكام بمجرد أن تصبح الأحمال هيكلية. وتكون الميزانية الرأسمالية آمنة عند تغيير المسار بعد تحديد حجم الإنتاج.

أرسل ملفات التصميم ثلاثية الأبعاد/ثنائية الأبعاد إلى info@lsrpt.com ، أو اتصل بكبار مهندسي LS Manufacturing على الرقم +86 185 6675 9667 ، للحصول على مقارنة مجانية لمسار العملية وتحليل DFM في غضون ساعتين.