Uporaba 3D tiskanja v avtomobilski industriji

Tehnologija 3D-tiskanja preoblikuje avtomobilsko proizvodno industrijo na različne načine, od proizvodnje delov in izdelave kalupov do skrajšanih ciklov raziskav in razvoja, lahkega integriranega oblikovanja in celo širših premikov v industrijski dobavni verigi. Medtem ko se tehnologija še vedno sooča z resničnimi omejitvami, ko gre za-serijsko proizvodnjo v velikem obsegu, je njena vrednost kot pomožnega orodja pri razvoju vozil postala splošno priznana v celotni industriji. Spodaj je podroben pogled na to, kako se 3D-tiskanje uporablja danes, skupaj z poštenim opisom, kje še vedno ne uspe.

3D-tiskanje se zdaj uporablja za proizvodnjo plastičnih in kovinskih avtomobilskih komponent. Tehnologija 3D-tiskanja iz plastike je zelo primerna za ne-kritične dele, kot so notranje nadzorne plošče in komponente armaturne plošče, kjer so tolerance dimenzij manj zahtevne in je ponovitev dizajna pomembnejša od surovega mehanske trdnosti. Nasprotno pa se 3D-tiskanje kovin vse pogosteje uporablja za kompleksne dele, kot so bloki motorjev in glave cilindrov - komponente z zapleteno notranjo geometrijo, ki jih je težko ali drago izdelati s konvencionalnim litjem.

Eden pomembnih primerov je tehnika ulivanja-brez vzorca, ki je bila uporabljena za skrajšanje proizvodnega cikla za sestavne dele motorja s tradicionalnih treh-do-štirih mesecev, potrebnih za izdelavo orodij, na samo dva tedna, hkrati pa so znižali stroške od nekaj sto tisoč do več milijonov juanov. Tovrsten dobiček je mogoč, ker tehnologija zaobide potrebo po načrtovanju, obdelavi in ​​validaciji fizičnega kalupa, preden je mogoče proizvesti en sam del - korak, ki tradicionalno porabi večino časa za razvoj komponent motorja.

Kljub temu so omejitve tehnologije prav tako pomembne za razumevanje kot njene prednosti. Osnovni sistemi, kot so pogonski sklop, vzmetenje, baterijski sklop, pnevmatike, kolesa, kabelski snopi, električni motorji in vetrobranska stekla, so še vedno skoraj v celoti odvisni od tradicionalnih proizvodnih metod. 3D-tiskanje ne more neposredno proizvesti natančnih elektronskih komponent, kot so napeljave, vezja ali senzorji - ti ostajajo trdno v domeni uveljavljenih proizvodnih procesov elektronike in nič ne kaže, da bi dodatek proizvodnja jih bo v kratkem izpodrinila. V praksi to pomeni, da 3D-tiskanje danes deluje kot dopolnilo običajni avtomobilski proizvodnji in ne kot nadomestilo zanjo.

Ena najjasnejših prednosti 3D-tiskanja v avtomobilskem kontekstu je hitra izdelava prototipov za kalupe in orodja. Ker tehnologija izdeluje dele neposredno iz računalniških grafičnih podatkov brez strojne obdelave ali fizičnega kalupa, lahko na zahtevo ustvari komponente skoraj vseh oblik. To dramatično skrajša razvojni in proizvodni cikel za avtomobilske kalupe v primerjavi s konvencionalnimi metodami.

Tradicionalni razvoj kalupov lahko traja več mesecev -, kar vključuje načrtovanje, izdelavo orodij, poskusne zagone in cikle popravljanja - 3D-tiskanje lahko to isto časovnico skrajša na nekaj tednov, hkrati pa zniža stroške raziskav in razvoja. Ta prednost hitrosti je sestavljena iz celotnega programa vozil: kalup, ki ga je mogoče ponoviti v dnevih in ne tednih, omogoča inženirskim ekipam, da preizkusijo več različic zasnove, preden se zavežejo dragim proizvodnim orodjem.

Če pogledamo naprej, mnogi v industriji vidijo 3D-tiskanje kot potencialno prihodnjo smer za proizvodnjo avtomobilskih kalupov širše. Z zmanjšanjem odvisnosti od tradicionalnih postopkov žigosanja in kovanja za nekatere aplikacije bi aditivna proizvodnja lahko pomagala potisniti proizvodnjo kalupov k učinkovitejšemu, nižje{2}}stroškovnemu modelu - zlasti za nizko-sestavo orodij ali zelo prilagojenih orodij, kjer je vnaprejšnje stroške običajnih matric težko upravičiti.

Proizvajalci avtomobilov izkoriščajo prednosti hitre{0}}izdelave prototipov 3D-tiskanja, da znatno skrajšajo čas, potreben za validacijo zunanje zasnove in izdelavo modela. Če so cikli razvoja novih vozil nekoč običajno presegali dve leti, so številni programi zdaj skrčeni na manj kot eno leto. Ta pospešek se ne dogaja v vakuumu - je neposreden odziv na vse večjo tržno konkurenco. Samo v letu 2014 je bilo na kitajskem trgu predstavljenih 328 novih modelov vozil in ta raven konkurenčnega pritiska je proizvajalce spodbudila, da so sprejeli 3D-tiskanje kot način za povečanje učinkovitosti raziskav in razvoja ter hitrejše spuščanje novih modelov na trg.

Poleg surove hitrosti 3D-tiskanje podpira tudi sočasen, sinhroniziran razvoj oblikovanja izdelkov in proizvodnih procesov. Namesto da delajo skozi strogo zaporedni delovni tok načrtovanja-in nato-gradnje, lahko inženirske in proizvodne ekipe ponavljajo vzporedno, kar zmanjša zamude, ki jih povzročajo -in-revizije. Hitra izdelava prototipov tudi omogoča, da se napake v načrtu pojavijo prej, kar zmanjša celotno razvojno tveganje, preden je načrt zaklenjen za orodje.

Strukturna optimizacija je eno od področij, kjer 3D tiskanje ponuja prednosti, ki jih je težko ponoviti s tradicionalno proizvodnjo. Komponente, ki so nekoč zahtevale sestavljanje tisoč ali več posameznih delov, se lahko v nekaterih primerih združijo v le nekaj deset natisnjenih delov. V kombinaciji s kompozitnimi materiali, kot so ogljikova vlakna, lahko ta vrsta konsolidacije delov povzroči pomembno zmanjšanje celotne teže vozila.

Vozila, ki vključujejo 3D-natisnjene strukturne elemente kot del pristopa integriranega načrtovanja, imajo koristi od manj korakov sestavljanja in v mnogih primerih izboljšane splošne zmogljivosti - zmanjšanje teže neposredno podpira boljšo učinkovitost in značilnosti upravljanja. Na to oblikovno paradigmo se vse bolj gleda kot na novo smer za avtomobilsko proizvodnjo na splošno, ki lahko sčasoma spodbudi širšo industrijo k učinkovitejšim in okoljsko bolj trajnostnim proizvodnim metodam, saj konsolidirane zasnove običajno tudi zmanjšajo materialne odpadke in poenostavijo razstavljanje--ob koncu življenjske dobe.

Tradicionalna avtomobilska proizvodnja je odvisna od zapletenih, pogosto globalnih dobavnih verig, s komponentami, pridobljenimi iz več držav pred končno montažo. 3Tehnologija D-tiskanja lahko spremeni ta model, saj omogoča, da se načrtovanje, nabava, proizvodnja, prodaja in recikliranje koncentrirajo v eni sami regiji, kar zmanjša odvisnost od-logistike na velike razdalje.

Pomembna ponazoritev tega premika je konceptno vozilo, ki je doseglo lokalizirano proizvodnjo s 3D-tiskanjem, kar je zmanjšalo-stroške čezmejnega pošiljanja in dobavne roke, ki običajno prihajajo z globalno porazdeljeno dobavno verigo. Gledano širše, 3D-tiskanje podpira malo-serijsko, visoko prilagojeno proizvodnjo, ki se dobro ujema s širšim premikom industrije od-standardizirane proizvodnje velikega obsega k bolj prilagodljivim proizvodnim modelom. Ta prilagodljivost pomaga proizvajalcem, da se hitreje odzovejo na spreminjajoče se povpraševanje na trgu - zmožnost, ki postaja vse bolj dragocena, ko se preference potrošnikov drobijo in življenjski cikel vozil krajša.

Kljub tem prednostim 3D-tiskanje še vedno ne more tekmovati s tradicionalnimi postopki žigosanja in kovanja, ko gre za veliko-standardizirano proizvodnjo. Več dejavnikov še naprej omejuje širšo uporabo: zmogljivost materiala še vedno zaostaja za konvencionalno izdelanimi kovinskimi deli v nekaterih aplikacijah, kakovost površine običajno zahteva dodatne korake naknadne-obdelave, kot sta poliranje in barvanje, in-strošek na del pri količini je še vedno težko utemeljiti z uveljavljenimi metodami množične-proizvodnje. Vozila, izdelana v velikem obsegu, morajo prav tako izpolnjevati stroge regulativne zahteve in v mnogih jurisdikcijah lastnosti materialov 3D-natisnjenih komponent še niso v celoti potrjene glede na te standarde.

Obstaja tudi strukturna vrzel v talentih in zrelosti dobavne verige. Industriji trenutno primanjkuje dovolj strokovnjakov, ki bi bili dobro seznanjeni z načeli oblikovanja, značilnimi za aditivno proizvodnjo - načrtovanje za 3D-tiskanje zahteva resnično drugačno miselnost kot načrtovanje za žigosane ali strojno obdelane dele. Hkrati se širši podporni ekosistem, vključno s specializiranimi dobavitelji materialov in ponudniki storitev naknadne-obdelave, še vedno razvija in še ni dosegel stopnje zrelosti, ki jo vidimo v tradicionalnih avtomobilskih dobavnih verigah.

Glede na te omejitve bo 3D-tiskanje verjetno doživelo svojo največjo kratkoročno-razmnožitev kot pomožno orodje, ki se uporablja predvsem v fazi raziskav in razvoja pri razvoju vozil, kjer lahko optimizira delovne tokove načrtovanja s hitro izdelavo prototipov in zmanjša potrebo po dragih fizičnih kalupih v zgodnjih fazah validacije.

Dolgoročno lahko najbolj obetavna pot naprej vključuje kombinacijo 3D-tiskanja s tradicionalnimi proizvodnimi metodami -, na primer uporabo 3D-natisnjenih kalupov v povezavi s konvencionalnimi postopki žigosanja -, da se doseže ravnovesje med stroški in učinkovitostjo. Ta vrsta hibridnega pristopa bi lahko postopoma razširila obseg scenarijev, v katerih aditivna proizvodnja postane praktična za večjo-količinsko proizvodnjo, namesto da bi zahtevala, da tehnologija neposredno tekmuje--z žigosanjem in kovanjem pod lastnimi pogoji.

Ker tehnologija še naprej dozoreva, se pričakuje, da bo sprejetje industrije še naprej naraščalo, zlasti v- segmentih vozil višjega cenovnega razreda in v sektorju vozil z novo energijo, kjer so manjše proizvodne serije, hitrejše ponovitve zasnove in konsolidacija delov še posebej dobro usklajeni s tem, kar je 3D-tiskanje najboljše. V teh segmentih bo vrednost aditivne proizvodnje verjetno vse bolj očitna - ne kot veleprodajna zamenjava za tradicionalno avtomobilsko proizvodnjo, ampak kot vse bolj nepogrešljivo dopolnilo le-te.