Fraunhoferjev inštitut za aditivno proizvodno tehnologijo (IAPT) je pokazal, kako lahko 3D-tiskanje izboljša tehnično zmogljivost in proizvodne stroške s preoblikovanjem vratnih tečajev luksuznih športnih avtomobilov.
Med projektom preoblikovanja delov so inženirji IAPT optimizirali vse, od geometrije vratnih tečajev do usmeritve izdelave in procesnih parametrov, da bi povečali prihranke pri stroških in teži.
Navsezadnje je cilj tega dela osvetliti manj očitne dejavnike, ki vplivajo na stroške 3D-natisnjenih delov, ne le geometrije samih komponent.
Poenostavite proizvodnjo avtomobilov
Avtomobilska industrija je ena od mnogih industrij, ki so v preteklih letih sprejele aditivno proizvodnjo in uporabljajo tehnologijo za različne namene. Vendar pa je bilo do danes veliko primerov uporabe omejenih na majhne serije, saj 3D-tiskanje še ni zagotovilo pretoka tradicionalnih avtomobilskih proizvodnih tehnologij – ne da bi hkrati ohranjali nizke stroške vsakega dela. Tako lahko projekt Fraunhofer pokaže, da je tehnologija kot celota trenutno premalo izkoriščena v avtomobilskem sektorju in da so aplikacije za velikoserijsko proizvodnjo še v povojih.
Prvi uveljavljen primer uporabe je hitra izdelava prototipov, saj lahko razvojna faza novega modela traja do pet let. Med raziskavami in razvojem je neizogibno razvitih in testiranih več prototipov delov, kar pomeni hitre iteracije načrtovanja z minimalnimi dobavnimi časi: to je ena od glavnih prodajnih točk aditivnega izdelave.
Proizvajalci avtomobilov uporabljajo tudi 3D-natisnjena proizvodna orodja, kot so šablone in vpenjala, za pomoč pri delovnih tokovih proizvodnje in sestavljanja. Obstajajo celo možne uporabe v poprodajnih delih, ki so bili nekoč uliti, a so zdaj zastareli. Dinamična in prilagodljiva narava 3D tiskanja omogoča dobaviteljem delov tiskanje na zahtevo, s čimer popolnoma odpravi potrebo po inventarju fizičnih komponent.
3D natisnjeni tečaji vrat
Pred začetkom kakršnih koli načrtovalskih del so Fraunhoferjevi inženirji uporabili programsko opremo za pregledovanje delov, ki jo je razvil 3D Spark, spin-off IAPT, za identifikacijo avtomobilskih delov, primernih za predstavitvene študije.
V zgodnjih fazah projekta je ekipa najprej identificirala stroškovno najučinkovitejšo usmeritev komponent v izdelovalnici. Inženirji so upoštevali potrebne podporne strukture in število delov, ki jih je mogoče namestiti v eno zgradbo. Ta začetni korak optimizacije orientacije je povzročil 15-odstotni prihranek stroškov v primerjavi s 3D-natisnjeno zgradbo brez takšnih premislekov.
Sledi optimizacija topologije same tečajne roke. Z odstranitvijo nepotrebnega materiala in ojačitvijo samo delov dela, ki je potreben za simulacijo pretoka sile, je inženirjem uspelo zmanjšati težo roke tečaja za 35 odstotkov. Poznejši prihranek materiala in krajši časi tiskanja so povzročili nadaljnjih 20 odstotkov prihranka stroškov.
Fraunhoferjeva ekipa je izračunala tudi dodatne prihranke stroškov, povezane z zmanjšanjem naknadne obdelave (z zmanjšanjem podpornih struktur) in izbiro najboljšega kovinskega praškastega materiala za delo: 10 odstotkov vsakega.
Zanimivo je, da je študija pokazala, da celo parametri gradnje, uporabljeni v procesu 3D-tiskanja, prispevajo k potencialnim prihrankom pri stroških. Na primer, debelejše plasti, večje hitrosti skeniranja in deformacija profila laserskega žarka pomagajo skrajšati čas izdelave, kar zmanjša stroške tiskanja za dodatnih 15 odstotkov.
Navsezadnje je ta stroškovno osredotočen pristop k načrtovanju inženirjem IAPT omogočil 3D-natis tečaja po 80 odstotkov nižji ceni kot njegov 3D-natisnjeni primerek brez enake optimizacije. V primerjavi z njihovimi primerki, obdelanimi s CNC rezkanjem, je projekt dosegel 50-odstotni prihranek pri stroških in teži za 35 odstotkov.