Výroba automobilov je dôležitou aplikačnou oblasťou technológie 3D tlače kovov. Od rýchlej výroby prototypov, čím sa zrýchli efektivita výskumu a vývoja nových automobilov, až po priamu výrobu malosériových dielov, skrátenie dodávateľského reťazca a úsporu nákladov, možno 3D tlač označiť za dôležitú doplnkovú technológiu v automobilovom priemysle. Okrem toho jedinečné výhody 3D tlače pri výrobe zložitých dielov môžu zjednodušiť počet automobilových dielov, znížiť hmotnosť a ušetriť materiály. Dá sa povedať, že technológia 3D tlače má mnoho výhod pre výrobu automobilov. To znamená, že táto technológia zatiaľ nebola v tejto oblasti široko používaná. Je to kvôli schopnosti vyrábať rýchlejšie, lacnejšie a zložitejšie diely --, ako sa budú vyrábať autá budúcnosti.
Aditívna výroba v automobilovom priemysle
V automobilovom svete neboli prvými osvojiteľmi aditívnej výroby samotné automobilky, ale tímy, ktoré sponzorovali. Spoločnosti od Fordu po Ferrari už desaťročia používajú pretekárske autá ako inkubátory na testovanie nových technológií. Mnohé zo štandardných prvkov v nových autách teraz – regeneratívne brzdenie v hybridoch, tlačidlové zapaľovanie a dokonca aj zrkadlá – možno vysledovať späť k ich koreňom. Rovnaký princíp platí aj pre 3D tlač, najmä tlač kovov. Tímy Formuly 1, World Endurance Challenge Racing Team, Formula E Teams a ďalšie zažili na vlastnej koži výhody aditívnej výroby – rýchle opakovanie dizajnov, rýchle prototypovanie a odľahčenie komponentov – všetko dostupné na zlepšenie výkonu vášho vozidlo na trati.
Laserová prášková fúzia je lepšia pre nízkoobjemové aplikácie s vysokou hodnotou（SLM 3D Printing）
Doteraz najpoužívanejší systém 3D tlače, laserová prášková fúzia, využíva laser na roztavenie tenkého kovového prášku vrstvu po vrstve, kým nie je diel vyrobený. Táto technológia dokáže rýchlo a presne vyrobiť kovové diely a v poslednom desaťročí bola široko používaná v oblasti výroby automobilov. BMW, Ford, Volkswagen, Mercedes-Benz a ďalšie spoločnosti stanovili typické prípady použitia tejto technológie a dosiahli masovú výrobu za určitých podmienok, ale väčšina dielov zahrnutých v týchto prípadoch je stále obmedzená na špičkové značky. a celková suma je stále obmedzená.
Dôvod je stále neoddeliteľný od požiadaviek poľa na cenu, materiál a rýchlosť. Zariadenie na fúziu laserového prášku vyžaduje značné počiatočné investície – 1 milión USD alebo viac na celý systém – a produkuje iba 1 tonu dielov ročne, čo nestačí na odôvodnenie nákladov. Navyše, aj keď 3D tlač robí výrobu kovových súčiastok flexibilnejšou, tlač je len prvým krokom a je potrebná séria procesov následného spracovania, ako je odstraňovanie podpery, čo ďalej zvyšuje náklady na súčiastku.
K dnešnému dňu, celý rad vysokohodnotných aplikácií v automobilovej oblasti pramení z významných výrobných výhod technológie fúzie laserového prášku - charakteristiky integrácie, vysokej presnosti a komplexnej výroby. Napríklad General Motors použil generatívny dizajn a 3D tlač na spojenie ôsmich komponentov tradičnej konzoly sedadla do jedného komponentu, Bugatti použilo technológiu 3D tlače na výrobu nového brzdového strmeňa Chiron a Porsche 3D vytlačilo motor z hliníkovej zliatiny so sériou inovatívne dizajny. Prototypy škrupiny, sériové držiaky mäkkej strechy BMW pre športové vozidlo i8 Roadster a ďalšie. Tieto puzdrá, či už ide o prototyp alebo konečné použitie, sú neoddeliteľné od jedinečných výrobných charakteristík technológie fúzie laserového prášku. Existuje však aj vlastnosť, že tieto aplikácie sú veľmi obmedzené, takmer všetky patria k špičkovým značkám a zriedka spĺňajú požiadavky na nízkonákladovú hromadnú výrobu v tejto oblasti.
Stolová kovová 3D tlač založená na vytláčaní na prototypovanie (FDM 3D Printing)
Stolové kovové 3D tlačiarne založené na extrúzii sa vyznačujú dizajnom vhodným pre kanceláriu, ktorý eliminuje riziko vystavenia prachu a laseru a predstavuje jednoduchšie použiteľné komplexné riešenie.
Pre používateľov v počiatočných fázach dizajnu a výroby nových vozidiel sú stolné kovové 3D tlačiarne 10-krát lacnejšie ako tradičné zariadenia na práškové lôžko a majú jednoduchú a rýchlu obsluhu. Takéto systémy dokážu rýchlo vytvoriť vlastný prototyp veľkého počtu dielov, rýchlo otestovať rôzne nápady a preskúmať nové štrukturálne možnosti, čo šetrí čas a peniaze počas dlhých a nákladných konštrukčných cyklov. V konečnom dôsledku je možné prezentovať lepšie návrhy pri nižších nákladoch na vývoj a spoločnosti môžu rýchlo prejsť od návrhu a overovania k výrobe, čím sa zrýchli doba uvedenia na trh. Flexibilná prevádzkyschopnosť tiež pomáha znižovať náklady, pretože znižuje plytvanie materiálom a nevyžaduje špecializovaný personál na obsluhu stroja.
Geometrická sloboda, ktorú poskytuje 3D tlač, tiež umožňuje výrobcom vytvárať rýchle prototypy a skúmať nové konštrukcie piestov, pričom eliminuje potrebu outsourcingu práce. Prototypovanie dielov na stolovej kovovej tlačiarni tiež uľahčuje plynulý prechod na sériovú výrobu, pretože veľkoobjemové systémy, ako je tryskanie spojiva, sú schopné produkovať rovnako zložité návrhy.
3D tlač Binder jet metal je vhodnejšia pre veľkoobjemovú výrobu dielov (technológia 3DP)
Najvýraznejšou črtou procesu vstrekovania spojiva je to, že môže dosiahnuť masovú výrobu kovovej 3D tlače. Cena zariadenia založeného na tomto procese je nižšia ako pri tradičných laserových 3D tlačiarňach a rýchlosť tlače je niekoľkonásobne alebo dokonca stonásobne vyššia ako u štvorlaserových práškových fúznych zariadení. Použitým materiálom je tradičný MIM prášok, ktorý je lacnejší ako sférický prášok a výrobné náklady dielov sú tiež niekoľkonásobne nižšie ako laserové 3D tlačené diely. Proces vstrekovania spojiva preto prekonáva kovovú 3D tlač, pokiaľ ide o náklady na vybavenie, náklady na prášok a efektivitu tlače, aj keď je výkon jeho dielov o niečo nižší, ale stále má rovnakú úroveň ako diely vyrobené vstrekovaním. Preto je táto technológia vhodnejšia na realizáciu veľkoobjemovej výroby dielov.
Na základe vyššie uvedených výhod súčasní hlavní výrobcovia OEM automobilov zrýchľujú používanie tejto technológie. Poprední vývojári 3D tlače na kovovú 3D tlač si zabezpečili partnerstvá s významnými značkami v automobilovom priemysle: Volkswagen aktívne spolupracuje s HP, Ford tiež používa technológiu vytlačovania spojiva ExOne na výrobu automobilových dielov a Desktop Metal nedávno vyhral Nemecká automobilka získala Kontrakt za 7,9 milióna dolárov a priemysel špekuluje, že zákazníkom môže byť BMW Group.
Pre diely, ktoré je potrebné vyrábať sériovo, je ďalšia výhoda 3D tlače z pojiva ešte výraznejšia – výroba bez foriem. Táto technológia eliminuje potrebu foriem, čo umožňuje inžinierom priviesť už vylepšené návrhy – či už prostredníctvom stolovej extrúzie kovovej 3D tlače alebo tradičných metód prototypovania – do sériovej výroby s 3D tlačou zo spojivového kovu. Rýchlosť tlače, ktorá je konkurencieschopná s tradičnými rozsiahlymi výrobnými procesmi, umožňuje 3D tlač z spojivového kovu vyrobiť tisíce dielov v jednej úlohe za cenu a rýchlosť výroby, ktoré môžu konkurovať procesom, ako je odlievanie, kovanie a obrábanie. Táto rýchlosť v kombinácii s použitím lacných práškov MIM a jednoduchým následným spracovaním umožňuje procesu vyrábať diely, ktoré môžu stáť až 20-krát menej na jeden diel ako iné procesy 3D tlače a vďaka čomu je aditívna výroba životaschopnou možnosťou odlievania, kovanie a obrábanie. Životaschopná možnosť.
Pokroky v technológii 3D tlače vytvorili nové príležitosti v každej fáze životného cyklu automobilovej výroby – od funkčných prototypov cez stredne sériovú výrobu až po aftermarket a náhradné diely. A väčšina z týchto príležitostí súvisí s rýchlosťou výroby a zložitosťou dielov alebo s oboma. Keďže nie je obmedzená tradičnou výrobou, 3D tlač umožňuje dizajnérom a inžinierom vstúpiť do obrovského nového dizajnérskeho priestoru a vytvárať čoraz zložitejšie diely.
Keď sú optimalizované diely konfrontované s hromadnou výrobou, obmedzujúcimi faktormi, ktoré bránia širokému rozšíreniu technológie 3D tlače, sa stávajú materiály, efektivita lisovania a cena, a výhody nemožno reflektovať. Rozvoj nových technológií tieto bariéry odbúral, čo umožnilo realizovať optimalizované štruktúry vo veľkom meradle a v efektívnej a ekonomickejšej forme.