Primjena 3D ispisa u automobilskoj industriji

Tehnologija 3D ispisa preoblikuje automobilsku proizvodnu industriju na niz načina, od proizvodnje dijelova i izrade kalupa do skraćenih ciklusa istraživanja i razvoja, laganog integriranog dizajna i čak širih promjena u industrijskom opskrbnom lancu. Dok se tehnologija još uvijek suočava sa stvarnim ograničenjima kada je u pitanju -masovna proizvodnja velikih razmjera, njezina vrijednost kao pomoćnog alata u razvoju vozila postala je široko prepoznata u cijeloj industriji. U nastavku je detaljan pregled toga kako se 3D ispis danas primjenjuje, zajedno s iskrenim prikazom gdje još uvijek ne uspijeva.

3D ispis se sada koristi za proizvodnju plastičnih i metalnih automobilskih dijelova. Tehnologija plastičnog 3D ispisa dobro je prilagođena ne-kritičnim dijelovima kao što su unutarnje upravljačke ploče i komponente nadzorne ploče, gdje su tolerancije dimenzija manje zahtjevne, a ponavljanje dizajna važnije je od sirove mehaničke čvrstoće. Nasuprot tome, metalni 3D ispis se sve više primjenjuje na složene dijelove kao što su blokovi motora i glave cilindra - komponente sa zamršenom unutarnjom geometrijom koje je teško ili skupo proizvesti konvencionalnim lijevanjem.

Jedan značajan primjer je tehnika-slobodnog lijevanja bez uzorka koja se koristi za skraćivanje proizvodnog ciklusa za komponente motora s tradicionalnih tri-do-četiri mjeseca potrebnih za izradu alata na samo dva tjedna, dok su troškovi smanjeni za nekoliko stotina tisuća do nekoliko milijuna juana. Ova vrsta dobiti moguća je jer tehnologija zaobilazi potrebu za projektiranjem, strojnom obradom i validacijom fizičkog kalupa prije nego što se može proizvesti jedan dio - korak koji tradicionalno oduzima većinu vremena u razvoju komponenti motora.

Ipak, ograničenja tehnologije jednako su važna za razumijevanje kao i njezine prednosti. Osnovni sustavi kao što su pogonski sklop, ovjes, baterija, gume, kotači, kabelski snopovi, električni motori i vjetrobranska stakla i dalje se gotovo u potpunosti oslanjaju na tradicionalne proizvodne metode. 3D ispis ne može izravno proizvesti precizne elektroničke komponente kao što su ožičenje, strujne ploče ili senzori - oni ostaju čvrsto u domeni utvrđenih procesa proizvodnje elektronike i nema naznaka da aditivni proizvodnja će ih istisnuti u bliskoj budućnosti. U praksi to znači da 3D ispis danas funkcionira kao dopuna, a ne zamjena za konvencionalnu proizvodnju automobila.

Jedna od najjasnijih prednosti 3D ispisa u kontekstu automobila je brza izrada prototipova za kalupe i alate. Budući da tehnologija izrađuje dijelove izravno iz računalnih grafičkih podataka bez potrebe za strojnom obradom ili fizičkim kalupom, može generirati komponente gotovo bilo kojeg oblika na zahtjev. Ovo dramatično skraćuje razvojni i proizvodni ciklus za automobilske kalupe u usporedbi s konvencionalnim metodama.

Tamo gdje tradicionalni razvoj kalupa može potrajati nekoliko mjeseci - što uključuje dizajn, izradu alata, probne radove i cikluse korekcije - 3D ispis može sažeti tu istu vremensku liniju na nekoliko tjedana, dok istovremeno smanjuje troškove istraživanja i razvoja. Ova prednost u brzini pridodaje se cijelom programu vozila: kalup koji se može ponoviti danima, a ne tjednima, omogućuje inženjerskim timovima da testiraju više varijacija dizajna prije nego što se obvežu na skupe proizvodne alate.

Gledajući dalje, mnogi u industriji vide 3D ispis kao potencijalni budući smjer za proizvodnju kalupa za automobile u širem smislu. Smanjenjem ovisnosti o tradicionalnim procesima štancanja i kovanja za određene primjene, aditivna proizvodnja mogla bi pomoći u guranju proizvodnje kalupa prema učinkovitijem,-modelu troškova - posebno za male-količine ili visoko prilagođene serije alata gdje je početnu cijenu konvencionalnih matrica teško opravdati.

Proizvođači automobila iskorištavaju prednosti brze-izrade prototipa 3D ispisa kako bi značajno smanjili vrijeme potrebno za validaciju dizajna eksterijera i proizvodnju modela. Dok su ciklusi razvoja novih vozila nekoć rutinski prelazili dvije godine, mnogi programi sada su sažeti na manje od jedne godine. Ovo se ubrzanje ne događa u vakuumu - to je izravan odgovor na intenziviranje tržišnog natjecanja. Samo u 2014. godini na kinesko je tržište lansirano 328 novih modela vozila, a ta je razina konkurentskog pritiska potaknula proizvođače da usvoje 3D ispis kao način povećanja učinkovitosti istraživanja i razvoja i bržeg plasiranja novih dizajna na tržište.

Osim sirove brzine, 3D ispis također podržava simultani, sinkronizirani razvoj dizajna proizvoda i proizvodnih procesa. Umjesto da rade kroz striktno sekvencijalni tijek rada-a zatim-izrade, inženjerski i proizvodni timovi mogu ponavljati paralelno, što smanjuje kašnjenja uzrokovana -i-revizijama. Brza izrada prototipa također omogućuje da nedostaci dizajna isplivaju ranije, smanjujući ukupni razvojni rizik prije nego što se dizajn zaključa za alate.

Strukturna optimizacija jedno je od područja gdje 3D ispis nudi prednosti koje je teško ponoviti tradicionalnom proizvodnjom. Komponente koje su nekad zahtijevale sastavljanje tisuću ili više pojedinačnih dijelova mogu se, u nekim slučajevima, konsolidirati u samo nekoliko desetaka tiskanih dijelova. U kombinaciji s kompozitnim materijalima kao što su karbonska vlakna, ova vrsta konsolidacije dijelova može dovesti do značajnog smanjenja ukupne težine vozila.

Vozila koja uključuju 3D-ispisane strukturne elemente kao dio integriranog pristupa dizajnu imaju koristi od manje koraka sklapanja i, u mnogim slučajevima, poboljšanih ukupnih performansi - smanjenje težine izravno podržava bolju učinkovitost i karakteristike upravljanja. Na ovu se paradigmu dizajna sve više gleda kao na usmjeravanje prema novom smjeru za automobilsku proizvodnju općenito, smjeru koji može potaknuti širu industriju prema učinkovitijim i ekološki održivijim proizvodnim metodama tijekom vremena, budući da konsolidirani dizajni obično također smanjuju materijalni otpad i pojednostavljuju rastavljanje na kraju--životnog vijeka.

Tradicionalna automobilska proizvodnja ovisi o složenim, često globalnim lancima opskrbe, s komponentama koje se dobivaju iz više zemalja prije konačne montaže. 3Tehnologija D ispisa ima potencijal promijeniti taj model dopuštajući da se dizajn, nabava, proizvodnja, prodaja i recikliranje koncentriraju unutar jedne regije, smanjujući ovisnost o-logistici na velike udaljenosti.

Značajna ilustracija ovog pomaka je konceptno vozilo koje je postiglo lokaliziranu proizvodnju putem 3D ispisa, smanjujući-troškove prekogranične dostave i vremena isporuke koja obično dolaze s globalno distribuiranim opskrbnim lancem. U širem smislu, 3D ispis podržava male-serijske, visoko prilagođene proizvodnje, što je dobro u skladu sa širim pomakom industrije od-standardizirane proizvodnje velikih razmjera prema fleksibilnijim modelima proizvodnje. Ova fleksibilnost pomaže proizvođačima da brže odgovore na promjenjivu potražnju na tržištu - sposobnost koja postaje sve vrijednija kako se preferencije potrošača fragmentiraju, a životni ciklus vozila skraćuje.

Unatoč ovim prednostima, 3D ispis se još uvijek ne može natjecati s tradicionalnim procesima štancanja i kovanja kada je u pitanju velika-standardizirana proizvodnja. Nekoliko čimbenika i dalje ograničava šire usvajanje: performanse materijala još uvijek zaostaju za konvencionalno proizvedenim metalnim dijelovima u nekim primjenama, kvaliteta površine obično zahtijeva dodatne korake naknadne-obrade kao što su poliranje i bojanje, a-trošak dijela u količini i dalje je teško opravdati u odnosu na utvrđene metode masovne-proizvodnje. Vozila proizvedena u velikom broju također moraju ispunjavati stroge regulatorne zahtjeve, a u mnogim jurisdikcijama svojstva materijala 3D-ispisanih komponenata još nisu u potpunosti potvrđena u odnosu na te standarde.

Također postoji strukturni jaz u talentima i zrelosti opskrbnog lanca. Industriji trenutno nedostaje dovoljno stručnjaka koji su duboko upoznati s načelima dizajna specifičnim za aditivnu proizvodnju - projektiranje za 3D ispis zahtijeva doista drugačiji način razmišljanja od dizajna za žigosane ili strojno obrađene dijelove. U isto vrijeme, širi ekosustav podrške, uključujući specijalizirane dobavljače materijala i pružatelje usluga post-obrade, još uvijek se razvija i još nije dosegao razinu zrelosti koja se vidi u tradicionalnim automobilskim lancima opskrbe.

S obzirom na ova ograničenja, 3D ispis će vjerojatno doživjeti svoj najveći -kratkoročni rast kao pomoćni alat koji se prvenstveno koristi tijekom faze istraživanja i razvoja razvoja vozila, gdje može optimizirati tijek rada dizajna kroz brzu izradu prototipa i smanjiti potrebu za skupim fizičkim kalupima tijekom ranih faza validacije.

Dugoročno gledano, put naprijed koji najviše obećava može uključivati ​​kombiniranje 3D ispisa s tradicionalnim proizvodnim metodama -, na primjer, korištenjem 3D-otisnutih kalupa u kombinaciji s konvencionalnim procesima žigosanja - kako bi se postigla ravnoteža između cijene i učinkovitosti. Ova vrsta hibridnog pristupa mogla bi postupno proširiti raspon scenarija u kojima aditivna proizvodnja postaje praktična za veću{6}}proizvodnju, umjesto da zahtijeva da se tehnologija natječe -u-glavno s štancanjem i kovanjem pod vlastitim uvjetima.

Kako tehnologija nastavlja sazrijevati, očekuje se da će njezino prihvaćanje u industriji nastaviti rasti, osobito u segmentima vrhunskih-prilagođenih vozila iu sektoru novih energetskih vozila, gdje su manje proizvodne serije, brže ponavljanje dizajna i konsolidacija dijelova posebno dobro usklađeni s onim što 3D ispis čini najboljim. U tim segmentima, vrijednost aditivne proizvodnje vjerojatno će postati sve očiglednija - ne kao veleprodajna zamjena za tradicionalnu proizvodnju automobila, već kao sve nezamjenjiva nadopuna njoj.