Ako 3D tlač transformuje automobilovú výrobu

Technológia 3D tlače poháňa zmeny v automobilovej výrobe viacerými spôsobmi - návrh prototypu a overenie, výrobné nástroje, konečná{2}}výroba dielov a procesná a materiálová certifikácia - a postupne posúva toto odvetvie smerom k budúcnosti, v ktorej by bolo možné 3D vytlačiť celé vozidlo. Tu je bližší pohľad:

Kontroly montáže a montáže: Výrobcovia automobilov používajú 3D tlač na rýchlu výrobu -prototypov - bočných zrkadiel v plnom rozsahu, napríklad - pomocou technológie FFF/FDM na cenovo dostupné overenie montáže dielov a uskutočniteľnosti montáže.

Overenie funkčného prototypu: V prípade dielov, ktoré vyžadujú vysokú pevnosť alebo hladkú povrchovú úpravu (ako sú držiaky alebo aerodynamické súpravy), technológie založené na živici- a prášku-, ako je selektívne laserové spekanie (SLS), v kombinácii s kompozitmi alebo nylonom, zaistite, aby prototyp spĺňal výkonnostné požiadavky.

Plnofarebné{0}}zobrazenia modelov: Technológia vstrekovania materiálov a 3D atramentových tlačiarní sa používajú na vytváranie-farebných koncepčných modelov alebo modelov v mierke, ktoré podporujú recenzie dizajnu a prezentácie na trhu.

Overenie prototypu nie je izolovaným krokom v procese vývoja automobilu - prebieha počas celého cyklu vývoja vozidla. Od počiatočného koncepčného náčrtu až po konečnú sériovú výrobu auto zvyčajne prechádza desiatkami, niekedy stovkami iterácií prototypu. Zavedenie 3D tlače zásadne zmenilo fungovanie tohto procesu.

Pri tradičnom modeli vývoja môže výroba prototypu-jednostranného zrkadla znamenať kontaktovanie špecializovanej nástrojárne, týždne čakania a zaplatenie desiatok tisíc dolárov. So stolnými alebo priemyselnými 3D tlačiarňami FFF/FDM môžu inžinieri získať fyzickú časť za hodiny až deň alebo dva, namontovať ju priamo na vozidlo na testovanie vhodnosti a skontrolovať, či sú správne vôle, či sú montážne otvory zarovnané a či vonkajší povrch zodpovedá aerodynamickým očakávaniam. Táto rýchla slučka „návrh – tlač – test – revízia“ umožňuje zachytiť a opraviť chyby v návrhu na začiatku projektu, čím sa vyhnete obrovským nákladom na prepracovanie, ktoré vyplývajú z objavenia problému až po vyrezaní nástrojov.

Pre funkčné prototypy, ktoré vyžadujú vyššiu pevnosť a kvalitu povrchu - komponentov podvozku, aerodynamických súprav a podobne, - SLS v kombinácii s nylonom alebo kompozitnými materiálmi dokáže vyrábať diely s mechanickou pevnosťou a rozmerovou stabilitou potrebnou na dôslednejšie overovanie, ako je testovanie vo veternom-tuneli alebo únavové testovanie, čím poskytuje inžinierom údaje, ktoré presne odzrkadľujú skutočné{{3}svetové podmienky používania ešte pred začatím formálnej výroby.

Plno{0}}farebné koncepčné modely vyrábané technológiou vstrekovania materiálu a 3D atramentovou technológiou zatiaľ slúžia na iný účel - na podporu stretnutí zameraných na preskúmanie dizajnu a prieskum trhu. Dizajnéri a vedúci pracovníci môžu fyzicky podržať a preskúmať -úplný alebo zmenšený{5}}úplný{6}}farebný model na rozhodovacom-rokovaní, namiesto toho, aby sa spoliehali iba na vykresľovanie alebo na -vizuály obrazovky -, čo výrazne zlepšuje kvalitu komunikácie a rozhodovania o dizajne{10}.

Ľahký, ergonomický dizajn: 3D tlačené prípravky a prípravky sú ľahšie a ergonomickejšie ako tradičné kovové nástroje, čím sa znižuje únava operátora a zvyšuje sa bezpečnosť v továrni. BMW napríklad používa 3D tlačené ortopedické zariadenia na zníženie namáhania palca pre pracovníkov linky.

Úspora nákladov a času: Výroba tradičných nástrojov môže trvať týždne a stáť veľa, zatiaľ čo 3D tlač môže dodať nástroje v priebehu niekoľkých dní, s oveľa väčšou geometrickou voľnosťou a menšími obmedzeniami pri návrhu finálneho dielu.

Optimalizácia foriem a topológie: Vstrekovacie formy na plastové diely a jadrá na odlievanie kovov je možné tlačiť 3D so zložitými geometriami, ktoré podporujú topológiu-optimalizované návrhy (ako sú organické, bio{2}}inšpirované tvary), ktoré znižujú spotrebu materiálu pri zachovaní pevnosti. GM a Volvo, medzi inými, už prijali tento prístup s cieľom skrátiť dodacie lehoty a znížiť náklady.

V porovnaní s vlastnými komponentmi vozidla je aplikácia 3D tlače vo výrobných nástrojoch a výrobných pomôckach často prehliadaná -, ale jej vplyv na každodennú efektivitu závodu a pohodu pracovníkov je rovnako hlboký. Na tradičnej montážnej linke pracovníci používajú kovové prípravky, ručné nástroje a polohovacie prípravky stovky alebo tisíckrát denne. Opakované pohyby a váha kovových nástrojov môžu časom viesť k syndrómu karpálneho tunela, natiahnutiu palca a iným opakovaným zraneniam-.

Po predstavení vlastných 3D tlačených ortopedických zariadení a odľahčených prípravkov dokázali BMW a ďalší výrobcovia automobilov niekoľkonásobne znížiť hmotnosť nástroja a zároveň navrhnúť nástroje podľa tvaru ruky a úchopu konkrétneho pracovníka -, čo výrazne znižuje únavu operátora a znižuje počet zranení na pracovisku. Prípady, ako je tento, ukazujú, že hodnota, ktorú prináša 3D tlač, sa neobmedzuje len na zlepšenie výkonu samotných dielov -, má z nej priamy úžitok aj ľudia pracujúci na výrobnej linke.

Pokiaľ ide o lisovanie, spoločnosti ako GM a Volvo používajú 3D tlač na výrobu jadier pre vstrekovacie formy, pričom používajú algoritmy optimalizácie topológie na navrhovanie organických, bio{1}}inšpirovaných geometrií, ktoré zachovávajú pevnosť formy a životnosť a zároveň výrazne znižujú spotrebu materiálu a čas výroby. V porovnaní s tradičnými oceľovými nástrojmi, ktorých obrábanie môže trvať mesiace, je možné 3D tlačené formy vyrobiť v priebehu dní až týždňov -, čím sa výrazne skráti časová os pripravenosti výroby- na nové komponenty vozidiel a urýchli sa, ako rýchlo sa nový model dostane na trh.

Luxusné vozidlá a zákazková výroba: Špičkové{0}}značky ako Rolls-Royce a Porsche používajú 3D tlač na výrobu malých-sériových vlastných dielov - vnútorných tlačidiel, komponentov parkovacej brzdy a podobných kusov -, aby splnili personalizované požiadavky zákazníkov. BMW ponúka desaťtisíce 3D tlačených komponentov pre Phantom a spoločnosti ako Ferrari používajú túto technológiu na rýchle prepracovanie dizajnu interiéru.

Náhradné diely{0}}na vyžiadanie: Audi a ďalší výrobcovia automobilov ponúkajú 3D tlačené náhradné diely pre súčasné aj staršie modely vozidiel, čím sa znižujú náklady na zásoby a skracujú sa dodacie lehoty dodávateľského reťazca. Napríklad vzácne diely pre klasické modely sa dajú rýchlo vyrobiť z digitálnych návrhov, čím sa vyhnete vysokým nákladom na tradičné nástroje.

Jednou zo základných hodnotových ponúk pre značky luxusných áut je ponúkať zákazníkom skutočne{0}}jedinečný{1}}-zážitok. Zákazníci značiek ako Rolls-Royce a Porsche sú často ochotní zaplatiť príplatok za vysoko prispôsobené detaily interiéru - napríklad vnútorné tlačidlo s vyrytým monogramom zákazníka alebo parkovaciu brzdu tvarovanú podľa preferencií konkrétneho majiteľa. Vybaviť samostatnú formu pre každého jednotlivého zákazníka zjavne nie je reálne pri tradičnej výrobe - náklady a čas jednoducho nefungujú.

3D tlač rieši presne toto napätie „malá dávka, vysoké prispôsobenie“. Divízia Rolls-Royce od BMW ponúka desiatky tisíc voliteľných 3D tlačených komponentov pre Phantom, vďaka čomu si zákazníci môžu vybrať z rozsiahleho katalógu možností - alebo dokonca požiadať o úplne nové prispôsobenia - bez toho, aby produkčná strana musela vyvinúť samostatnú formu pre každý variant. Značky superautomobilov ako Ferrari využívajú podobný prístup a využívajú technológiu na rýchlu iteráciu a malú-sériovú skúšobnú výrobu detailov interiéru, čím skrátia čas potrebný na prechod od konceptu k výrobe interiéru nového modelu.

Okrem prispôsobenia nového-vozidla prináša 3D tlač aj významnú hodnotu v oblasti dodávok náhradných dielov. Výrobcovia automobilov s dlhou históriou a veľkým radom predchádzajúcich modelov, ako je Audi, musia naďalej dodávať diely pre klasické vozidlá, ktoré sú staré desaťročia -, ale pôvodné nástroje pre mnohé z týchto vzácnych dielov sú už dávno zošrotované a vyrezanie formy je drahé, najmä keď bude niekedy potrebných len niekoľko jednotiek, čo z neho robí zlú ekonomickú ponuku.

Digitalizáciou 3D údajov pre tieto vzácne diely ich môžu automobilky vyrábať na požiadanie prostredníctvom 3D tlače, kedykoľvek ich zákazník potrebuje -, bez toho, aby museli nosiť veľké fyzické zásoby, ktoré by zaberali skladové priestory, a bez vysokých- jednotkových nákladov na prerábku pri malej výrobe. Tento model „digitálneho skladu“ sa stáva rastúcim trendom v dodávkach dielov pre klasické a limitované-edície vozidiel.

Konsolidácia vzpriameného zavesenia: Carbon Performance spojil deväť samostatných komponentov vzpriameného zavesenia športového vozidla Lotus do jedného 3D tlačeného hliníkového dielu, čím sa znížila hmotnosť a zlepšila tuhosť.

Inovácia brzdového strmeňa: 3D tlačený titánový brzdový strmeň Bugatti prešiel tlakovým testovaním, čím preukázal vyššiu pevnosť a odolnosť ako tradične vyrábané strmene.

Integrované chladiace kanály: BMW tlačí kanály chladiacej kvapaliny priamo do hláv valcov M-série, čím optimalizuje tepelné riadenie na zvýšenie výkonu motora.

Tlač celej konštrukcie vozidla: Spoločnosť Local Motors 3D vytlačila karosériu svojho elektrického vozidla Strati a spoločnosť Honda vytlačila bočné panely pre koncept Micro Commuter -, čo dokazuje potenciál 3D tlače na úrovni konštrukcie celého-vozidla.

Konsolidácia deviatich samostatných komponentov zavesenia športového vozidla Lotus vo vzpriamenej polohe do jediného hliníkového dielu vytlačeného 3D je obzvlášť výrečným príkladom, pretože odhaľuje jednu zo základných výhod, ktoré odlišujú 3D tlač od tradičnej výroby: konsolidáciu dielov. Tradičná výroba, obmedzená tým, ako sú časti obrábané a montované, často vyžaduje rozbitie zložitého funkčného komponentu na niekoľko jednoduchších kusov, ktoré sa opracujú samostatne a potom sa spoja pomocou skrutiek alebo zvarov. Každý z týchto spojov predstavuje potenciálne slabé miesto a potenciálne riziko zlyhania a každý z nich tiež zvyšuje čas montáže a zložitosť-kontroly kvality.

Aditívna-výrobná logika 3D tlače tieto obmedzenia úplne ruší. Dizajnéri môžu začať priamo z funkčných požiadaviek a navrhnúť jedinú, integrovanú komplexnú štruktúru -, ktorá zloží funkciu deviatich samostatných častí do jedného tlačeného komponentu. To nielen znižuje počet dielov a zložitosť montáže, ale tiež - odstránením viacerých spojov - výrazne zlepšuje celkovú tuhosť konštrukcie a spoľahlivosť a zároveň dosahuje úsporu hmotnosti.

3D tlačený titánový brzdový strmeň Bugatti podobne ilustruje potenciál 3D tlače v extrémne-výkonných komponentoch. Brzdové strmene musia vydržať obrovský brzdný tlak a opakované tepelné cykly. Titánový strmeň Bugatti, vyrobený pomocou 3D tlače, prešiel prísnymi tlakovými testami a preukázal pevnosť a odolnosť, ktoré prekonali strmene vyrobené tradičným kovaním alebo odlievaním - dôkaz, že aditívna výroba teraz môže konkurovať{7}}po{8}}tradičným procesom na vysoko-výkonných a bezpečnostných{10}} komponentoch.

3D tlačené elektrické vozidlo Strati od spoločnosti Local Motors a 3D tlačené bočné panely Honda pre koncept Micro Commuter predstavujú skorý výskum 3D tlače siahajúci od úrovne komponentov až po konštrukčné aplikácie celého-vozidla. Aj keď tieto projekty v súčasnosti zostávajú prevažne vo fáze -validácie a malo{6}}sériovej-výroby, demonštrujú uskutočniteľnosť 3D tlače pre konštrukčné komponenty na úrovni veľkých karosérií-, čím vytvárajú cenné technické skúsenosti a údaje smerom k rozsiahlejšej{10}}plnej{11}}tlači 3D vozidiel.

Pokrok v štandardizácii a certifikácii: Projekt SYMPA vyvíja automobilové -certifikované živice SLA. Projekt IDAM, ktorý koordinuje BMW, sa zameriava na industrializáciu procesov aditívnej výroby a automatizačných systémov. Projekt NextGenAM spolupracuje s leteckým sektorom s cieľom optimalizovať efektivitu výroby.

Znižovanie bariéry pre výrobcov: Po certifikácii tlačových procesov a materiálov môžu malé a stredné{0}} spoločnosti prijať vyhovujúci hardvér priamo na výrobu dielov bez toho, aby museli znášať vysoké náklady na nezávislú certifikáciu -, ktorá urýchľuje zavádzanie 3D tlače v celom automobilovom priemysle.

Práca v oblasti štandardizácie a certifikácie je často tou najľahšie prehliadanou, no zároveň najdôležitejšou súčasťou presunu novej technológie z laboratória do rozsiahlej{0}}priemyselnej aplikácie. Automobilový priemysel má mimoriadne prísne regulačné požiadavky týkajúce sa materiálových a bezpečnostných noriem pre komponenty -, dokonca aj nový materiál alebo proces, ktorý má pôsobivý výkon na technickej úrovni, bude mať problém s tým, aby bol široko prijatý do sériových vozidiel bez priemyselnej certifikácie.

Projekt SYMPA sa zameriava na vývoj automobilových -certifikovaných SLA fotosenzitívnych živicových materiálov, čím sa uvoľňuje cesta pre 3D tlačové materiály založené na živici-do dodávateľského reťazca automobilových dielov. Projekt IDAM, ktorý koordinuje BMW, sa zameriava na priemyselnú integráciu celého pracovného toku aditívnej výroby s automatizačnými systémami a skúma, ako premeniť proces 3D tlače, ktorý sa v súčasnosti výrazne spolieha na manuálny zásah, na taký, ktorý môže fungovať stabilne a vo veľkom meradle na automatizovanej výrobnej linke. Projekt NextGenAM ide ešte o krok ďalej a spolupracuje s leteckým priemyslom s cieľom spoločne optimalizovať efektivitu výroby kovových aditív -, pretože letecký priemysel nazbieral zrelšie skúsenosti v oblasti kontroly kvality a certifikácie pre 3D tlač kovov a tento druh-spolupráce medzi odvetviami pomáha urýchliť dozrievanie technológie v automobilovom sektore.

Keď budú tieto certifikačné rámce vytvorené a spustené, výrazne znížia prekážku pre malých a stredných{0}}výrobcov pri zavádzaní 3D tlače. Nezávislé ukončenie materiálovej a procesnej certifikácie si dnes vyžaduje značné investície času a peňazí - často viac, než dokáže menšia spoločnosť zniesť. Keď budú zavedené priemyselné štandardy a certifikačné procesy, menšie spoločnosti môžu prijať už -certifikované, vyhovujúce hardvérové ​​a materiálové systémy priamo do výroby bez duplikovania investície do certifikácie. To dramaticky urýchli šírenie 3D tlače v rámci celého dodávateľského reťazca pre automobilový priemysel, a to najmä tým, že druhý- a tretí{9}}dodávatelia súčiastok budú môcť tiež profitovať zo zvýšenia efektivity, ktorú technológia ponúka.

Uskutočniteľnosť plne 3D tlačeného vozidla: Keďže technológia 3D tlače dozrieva pre základné komponenty, ako sú batérie, motory a senzory, budúce vozidlá môžu byť nakoniec vytlačené celé, od motora až po kolesá. Tlačiteľné magnety už existujú, napríklad - 3D tlač elektromotora potrebuje hlavne na prekonanie problémov v automatizovanej montáži a kompatibilite materiálov.

Výzvy pri automatizovanej montáži: Medzi súčasné prekážky patrí schopnosť robotických systémov integrovať diely pochádzajúce z viacerých tlačiarní. Projekty ako IDAM budujú pokročilé výrobné zariadenia, aby pomohli posunúť tento cieľ vpred.

Očakávaná transformácia priemyslu: Zatiaľ čo lietajúce autá zostávajú len vzdialenou perspektívou, 3D tlačené autá by sa mohli v priebehu nasledujúceho desaťročia presunúť z konceptu do výroby, čím by sa zásadne zmenili dodávateľské reťazce a výrobné modely tradičnej automobilovej výroby.

Skutočné dosiahnutie „plne 3D tlačeného vozidla“ si vyžaduje vyriešenie viac než len štrukturálnej tlače karosérie -, centrálnejšia výzva spočíva v aditívnej výrobe vysoko integrovaných základných komponentov, ako sú batérie, motory a senzory. Magnetické materiály na tlač už dosiahli prelom, čo znamená, že permanentné magnety v srdci elektromotora je teraz možné vyrábať tlačou, čím sa položil materiálový základ pre ďalšiu integráciu výroby motorov do procesu tlače. Plne 3D tlač celého motora si však stále vyžaduje vyriešenie problému spoločnej tlače viacerých rôznych materiálov a funkčných modulov - vinutí cievok, izolačných materiálov, chladiacich štruktúr a ďalších -, čo zostáva kľúčovým zameraním súčasného technického výskumu.

Aj keď je možné pomocou 3D tlače vyrobiť každý jednotlivý komponent, schopnosť automatizovanej fázy montáže je rovnako dôležitá pre dosiahnutie-výroby automobilov. Súčasnou prekážkou v odvetví je, že robotické systémy pri integrácii dielov pochádzajúcich z rôznych tlačiarní a rôznych výrobných sérií často potrebujú vlastné-naprogramované uchopovacie a montážne cesty pre každý typ dielu -, ktorým chýba flexibilita a všestrannosť potrebná na zvládnutie veľko{5}}mixu a malého-objemu výroby 3D tlačených dielov. Odvetvové spolupráce, ako je projekt IDAM, pracujú na budovaní pokročilejších automatizovaných výrobných zariadení a skúmajú, ako urobiť robotické systémy inteligentnejšie prispôsobiteľné rôznym 3D tlačeným dielom -, čo je kritická hranica, ktorú je potrebné prekročiť, aby sa dosiahla výroba plne 3D tlačených vozidiel.

Zatiaľ čo výroba plne 3D tlačeného lietajúceho auta-pripraveného na cesty zostáva zatiaľ len vzdialenou perspektívou, súčasná trajektória vývoja technológie naznačuje, že 3D tlačené autá by sa v nasledujúcom desaťročí mohli postupne posunúť od overovania konceptu k malo-výrobe. Tento posun bude zahŕňať viac než len inováciu na úrovni výrobného-procesu -, znamená zásadnú zmenu štruktúry dodávateľského reťazca a organizácie výroby tradičného automobilového priemyslu, odklon od modelu založeného na rozsiahlej-štandardizovanej výrobe a centralizovaných investíciách do nástrojov k flexibilnejšiemu, distribuovanému-modelu digitálnej výroby na požiadanie.

Skrátením vývojových cyklov, znížením výrobných nákladov a umožnením komplexných návrhov sa 3D tlač stala hlavnou hnacou silou inovácií v automobilovej výrobe. Ako pokračujú prelomy v oblasti materiálovej vedy a automatizácie, blíži sa éra plne 3D tlačených vozidiel -, ktorá prináša tomuto odvetviu bezprecedentnú efektivitu a potenciál prispôsobenia. Od rýchlej iterácie počas overovania prototypu, cez nenáročné inovácie výrobných nástrojov, až po prispôsobenú a na požiadanie -výrobu dielov na požiadanie, až po budúcu víziu plne vytlačeného vozidla, 3D tlač systematicky pretvára každú fázu automobilovej výroby a posúva celé odvetvie smerom k väčšej efektívnosti, flexibilite a personalizácii.