Kako 3D ispis transformira automobilsku proizvodnju

Tehnologija 3D ispisa pokreće promjene u proizvodnji automobila na više načina - dizajn i provjera prototipa, proizvodni alati,-proizvodnja dijelova za krajnju upotrebu, te certificiranje procesa i materijala - i postupno pomiče industriju prema budućnosti u kojoj bi cijelo vozilo moglo biti 3D ispisano. Evo detaljnijeg pogleda:

Provjere prikladnosti i sklapanja: Proizvođači automobila koriste 3D ispis za brzu proizvodnju-prototipova - bočnih zrcala u punoj mjeri, na primjer - koristeći FFF/FDM tehnologiju za pristupačnu provjeru prikladnosti dijelova i izvedivosti montaže.

Funkcionalna provjera valjanosti prototipa: Za dijelove koji zahtijevaju visoku čvrstoću ili glatku površinsku obradu (kao što su nosači ili aerodinamički kompleti), tehnologije temeljene na- smoli i prahu-kao što je selektivno lasersko sinterovanje (SLS), u kombinaciji s kompozitima ili najlonom, osiguravaju da prototip ispunjava zahtjeve performansi.

Prikazi modela u punoj-boji: Tehnologija brizganja materijala i 3D inkjet tehnologije koristi se za izradu konceptualnih modela u punoj{2}}boji ili modela u mjerilu, podržavajući recenzije dizajna i tržišne prezentacije.

Validacija prototipa nije izolirani korak u procesu razvoja automobila - ona prolazi kroz cijeli ciklus razvoja vozila. Od početne konceptne skice do konačne masovne proizvodnje, automobil obično prolazi kroz desetke, ponekad i stotine, ponavljanja prototipa. Uvođenje 3D ispisa iz temelja je promijenilo način na koji ovaj proces funkcionira.

Prema tradicionalnom razvojnom modelu, proizvodnja jednog prototipa bočnog{0}}ogledala može značiti kontaktiranje specijalizirane trgovine alata, čekanje tjednima i plaćanje desetaka tisuća dolara. Sa stolnim ili industrijskim FFF/FDM 3D pisačima, inženjeri mogu dobiti fizički dio za nekoliko sati do dan ili dva, montirati ga izravno na vozilo radi testiranja prikladnosti i provjeriti jesu li razmaci ispravni, rupe za montažu usklađene i vanjska površina odgovara aerodinamičkim očekivanjima. Ova brza petlja "dizajn–ispis–testiranje–revizija" omogućuje da se nedostaci u dizajnu uhvate i isprave u ranoj fazi projekta, izbjegavajući ogromne troškove prerade koji proizlaze iz otkrivanja problema tek nakon što je alat već izrezan.

Za funkcionalne prototipove koji zahtijevaju veću čvrstoću i površinsku kvalitetu - komponente šasije, aerodinamički kompleti i slično - SLS u kombinaciji s najlonom ili kompozitnim materijalima može proizvesti dijelove mehaničke čvrstoće i dimenzionalne stabilnosti potrebne za rigorozniju provjeru valjanosti, kao što je testiranje u zračnom-tunelu ili ispitivanje zamora, dajući inženjerima podatke koji točno odražavaju stvarne-uvjete uporabe prije formalne proizvodnje počinje.

Konceptualni modeli u punoj{0}} boji proizvedeni brizganjem materijala i 3D inkjet tehnologijom, u međuvremenu, služe drugoj svrsi - podržavajući sastanke za pregled dizajna i istraživanje tržišta. Dizajneri i rukovoditelji mogu fizički držati i ispitivati ​​model u punoj-veličini ili-smanjeni-model u punoj{6}}boji na sastanku-odlučivanja, umjesto da se oslanjaju isključivo na prikaze ili-vizuale na zaslonu - što značajno poboljšava kvalitetu komunikacije dizajna i-donošenja odluka.

Lagan, ergonomski dizajn: 3D tiskane šablone i pribor lakši su i ergonomičniji od tradicionalnih metalnih alata, smanjujući umor operatera i poboljšavajući sigurnost u tvornici. BMW, na primjer, koristi 3D ispisane ortotičke naprave za smanjenje naprezanja palca za radnike na liniji.

Ušteda troškova i vremena: Proizvodnja tradicionalnog alata može trajati tjednima i koštati mnogo, dok 3D ispis može isporučiti alate u roku od nekoliko dana, s daleko većom geometrijskom slobodom i manje ograničenja na konačni dizajn dijela.

Kalupi i optimizacija topologije: kalupi za brizganje plastičnih dijelova i jezgre za lijevanje metala mogu se 3D ispisati sa složenim geometrijama, podržavajući topološki-optimizirane dizajne (kao što su organski, bio-nadahnuti oblici) koji smanjuju potrošnju materijala uz zadržavanje čvrstoće. GM i Volvo, među ostalima, već su usvojili ovaj pristup kako bi skratili vrijeme isporuke i smanjili troškove.

U usporedbi s vlastitim komponentama vozila, primjena 3D ispisa u proizvodnim alatima i proizvodnim pomagalima često se zanemaruje -, ali njegov utjecaj na svakodnevnu učinkovitost postrojenja i dobrobit radnika je jednako dubok. Na tradicionalnoj tekućoj traci, radnici koriste metalne armature, ručne alate i šablone za pozicioniranje stotine ili tisuće puta dnevno. Ponavljajući pokreti i težina metalnih alata mogu s vremenom dovesti do sindroma karpalnog tunela, istegnuća palca i drugih-ozljeda od ponavljajuće upotrebe.

Nakon uvođenja prilagođenih 3D ispisanih ortotičkih uređaja i laganih učvršćenja, BMW i drugi proizvođači automobila uspjeli su smanjiti težinu alata nekoliko puta, dok su također dizajnirali alate prema obliku šake i navikama držanja radnika - značajno smanjujući umor operatera i smanjujući stopu ozljeda na radnom mjestu. Slučajevi poput ovog pokazuju da vrijednost koju donosi 3D ispis nije ograničena na poboljšanje performansi samih dijelova - nego izravno koristi i ljudima koji rade na proizvodnoj liniji.

Na strani kalupljenja, tvrtke poput GM-a i Volva koriste 3D ispis za proizvodnju jezgri za injekcijske kalupe, primjenjujući algoritme optimizacije topologije za dizajn organskih, bio-nadahnutih geometrija koje održavaju čvrstoću kalupa i životni vijek uz dramatično smanjenje upotrebe materijala i vremena proizvodnje. U usporedbi s tradicionalnim čeličnim alatima, čija obrada može trajati mjesecima, 3D tiskani kalupi mogu se proizvesti za nekoliko dana do tjedana - značajno sažimajući proizvodni-vremenski rok spremnosti za nove komponente vozila i ubrzavajući brzinu kojom novi model može stići na tržište.

Luksuzna vozila i proizvodnja po narudžbi: vrhunske-marke poput Rolls-Roycea i Porschea koriste 3D ispis za proizvodnju malih-serijski prilagođenih dijelova - unutarnjih gumba, komponenti parkirne kočnice i sličnih dijelova - kako bi zadovoljili personalizirane zahtjeve kupaca. BMW nudi desetke tisuća 3D tiskanih komponenti za Phantoma, a tvrtke poput Ferrarija koriste tu tehnologiju za brzo ponavljanje dizajna interijera.

Zamjenski dijelovi na-zahtjev: Audi i drugi proizvođači automobila nude 3D ispisane zamjenske dijelove za sadašnje i starije modele vozila, smanjujući troškove zaliha i skraćujući vrijeme isporuke u lancu nabave. Rijetki dijelovi za klasične modele, na primjer, mogu se brzo proizvesti iz digitalnog dizajna, izbjegavajući visoke troškove tradicionalnog alata.

Jedna od ključnih vrijednosti marki luksuznih automobila nudi kupcima uistinu jedinstveno---iskustvo. Kupci marki kao što su Rolls-Royce i Porsche često su spremni platiti premiju za visoko prilagođene detalje interijera - unutarnji gumb s ugraviranim monogramom kupca, na primjer, ili parkirnu kočnicu oblikovanu prema željama određenog vlasnika. Izrada zasebnog kalupa za svakog pojedinog kupca očito nije realna u tradicionalnoj proizvodnji - troškovi i vrijeme jednostavno ne funkcioniraju.

3D ispis rješava upravo ovu napetost "mala serija, velika prilagodba". BMW-ov odjel Rolls-Royce nudi desetke tisuća odabranih 3D ispisanih komponenti za Phantoma, dopuštajući kupcima da biraju iz ogromnog kataloga opcija - ili čak traže potpuno nove prilagodbe - bez potrebe za razvojem zasebnog kalupa za svaku varijantu. Marke superautomobila poput Ferrarija imaju sličan pristup, koristeći tehnologiju za brzu iteraciju i malu-serijsku probnu proizvodnju detalja interijera, skraćujući vrijeme potrebno za prijelaz od koncepta do proizvodnje interijera novog modela.

Osim prilagodbe novih-vozila, 3D ispis također donosi značajnu vrijednost u opskrbi rezervnim dijelovima. Proizvođači automobila s dugom poviješću i velikom ponudom prošlih modela, poput Audija, trebaju nastaviti isporučivati ​​dijelove za klasična vozila koja su desetljećima stara - ali originalni alati za mnoge od tih rijetkih dijelova odavno su rashodovani, a ponovno izrezivanje kalupa je skupo, pogotovo kada će ikada biti potrebno samo nekoliko jedinica, što ga čini lošim ekonomskim prijedlogom.

Digitalizacijom 3D podataka za ove rijetke dijelove, proizvođači automobila mogu ih proizvesti na zahtjev putem 3D ispisa kad god kupac treba jedan - bez nošenja velikog fizičkog inventara koji veže skladišni prostor i bez visokih po-jediničnih troškova ponovnog opremanja za malu proizvodnu seriju. Ovaj model "digitalnog skladišta" postaje rastući trend u opskrbi dijelovima za klasična i-ograničena izdanja vozila.

Konsolidacija uspravnog ovjesa: Carbon Performance spojio je devet zasebnih komponenti uspravnog ovjesa sportskog automobila Lotus u jedan 3D tiskani aluminijski dio, smanjujući težinu i poboljšavajući krutost.

Inovacija kočione čeljusti: Bugattijeva 3D ispisana titanijska kočiona čeljust prošla je testiranje pod pritiskom, pokazujući snagu i izdržljivost superiorniju u odnosu na tradicionalno proizvedene čeljusti.

Integrirani kanali za hlađenje: BMW ispisuje kanale rashladne tekućine izravno u glave cilindra serije M-, optimizirajući upravljanje toplinom za povećanje performansi motora.

Ispis cijele strukture vozila: Local Motors 3D ispisao je karoseriju svog električnog vozila Strati, a Honda ispisala bočne ploče za svoj koncept Micro Commuter - pokazujući potencijal 3D ispisa na strukturnoj razini cijelog-vozila.

Carbon Performance konsolidacija devet odvojenih uspravnih komponenti ovjesa sportskog automobila Lotus u jedan 3D tiskani aluminijski dio posebno je rječit primjer, jer otkriva jednu od temeljnih prednosti koje 3D ispis izdvajaju od tradicionalne proizvodnje: konsolidaciju dijelova. Tradicionalna proizvodnja, ograničena načinom na koji se dijelovi strojno obrađuju i sastavljaju, često zahtijeva razbijanje složene funkcionalne komponente na nekoliko jednostavnijih dijelova koji se zasebno obrađuju i zatim spajaju vijcima ili zavarenim spojevima. Svaki od tih spojeva je potencijalna slaba točka i potencijalni rizik od kvara, a svaki također dodaje vrijeme sklapanja i složenost-kontrole kvalitete.

Logika aditivne-proizvodnje iza 3D ispisa u potpunosti razbija to ograničenje. Dizajneri mogu krenuti izravno od funkcionalnog zahtjeva i dizajnirati jedinstvenu, integriranu kompleksnu strukturu - savijajući funkciju od devet odvojenih dijelova u jednu tiskanu komponentu. Ovo ne samo da smanjuje broj dijelova i složenost sklapanja, nego također - eliminacijom višestrukih spojeva - značajno poboljšava ukupnu strukturnu krutost i pouzdanost, dok također postiže uštedu težine.

Bugattijeva 3D tiskana čeljust kočnice od titana na sličan način ilustrira potencijal 3D ispisa u komponentama ekstremnih{2}}izvedbi. Kočione čeljusti moraju izdržati ogroman pritisak kočenja i ponavljane toplinske cikluse. Bugattijeva čeljust od titana, proizvedena putem 3D ispisa, prošla je rigorozna tlačna ispitivanja i pokazala snagu i izdržljivost koja je nadmašila čeljust napravljenu tradicionalnim kovanjem ili lijevanjem - dokaz da se aditivna proizvodnja sada može natjecati-u-s tradicionalnim procesima na visokim-performansama, sigurnosti-kritičnim komponentama.

3D tiskano električno vozilo Strati tvrtke Local Motors i Hondine 3D tiskane bočne ploče za koncept Micro Commuter predstavljaju rano istraživanje 3D ispisa koji se proteže od razine komponenti do -cjelovitih strukturalnih aplikacija vozila. Iako su ovi projekti trenutno uglavnom u fazi-provjere valjanosti koncepta i faze male{6}}serije-proizvodnje, oni pokazuju izvedivost 3D ispisa za velike strukturne komponente-na razini karoserije, stvarajući dragocjeno tehničko iskustvo i podatke prema većem-3D ispisu punog-vozila u budućnosti.

Unapređenje standardizacije i certificiranja: projekt SYMPA razvija -SLA smole s certifikatom za automobile. Projekt IDAM, kojim koordinira BMW, fokusiran je na industrijalizaciju procesa aditivne proizvodnje i sustava automatizacije. Projekt NextGenAM surađuje sa zrakoplovnim sektorom kako bi se optimizirala učinkovitost proizvodnje.

Smanjenje barijera za proizvođače: nakon što su procesi ispisa i materijali certificirani, mala i srednja-tvrtke mogu usvojiti kompatibilni hardver izravno za proizvodnju dijelova, bez snošenja visokih troškova neovisne certifikacije - ubrzavajući usvajanje 3D ispisa u cijeloj automobilskoj industriji.

Rad na standardizaciji i certificiranju često je najlakše previdjeti, ali ipak najkritičniji dio premještanja nove tehnologije iz laboratorija u -industrijsku primjenu velikih razmjera. Automobilska industrija ima iznimno stroge regulatorne zahtjeve u vezi s učinkom materijala i sigurnosnim standardima za komponente - čak će se novi materijal ili proces koji ima impresivne performanse na tehničkoj razini teško moći široko primijeniti u proizvodnim vozilima bez certifikacije industrije.

Projekt SYMPA fokusiran je na razvoj automobilskih -certificiranih SLA fotoosjetljivih smolastih materijala, otvarajući put usklađenosti za-materijale za 3D ispis na bazi smole za ulazak u lanac opskrbe automobilskih dijelova. Projekt IDAM, kojim koordinira BMW, usredotočen je na industrijsku integraciju cjelokupnog radnog tijeka aditivne proizvodnje sa sustavima automatizacije, istražujući kako transformirati proces 3D ispisa koji se trenutačno uvelike oslanja na ručnu intervenciju u onaj koji može raditi stabilno i u velikom obimu u automatiziranoj proizvodnoj liniji. Projekt NextGenAM ide korak dalje, u partnerstvu sa zrakoplovnom industrijom kako bi zajednički optimizirali učinkovitost proizvodnje metalnih aditiva - budući da je zrakoplovstvo prikupilo zrelije iskustvo u kontroli kvalitete i certificiranju za metalni 3D ispis, a ova vrsta među-industrijske suradnje pomaže ubrzati sazrijevanje tehnologije automobilskog sektora.

Nakon što se ovi certifikacijski okviri uspostave i uvedu, značajno će smanjiti prepreku malim i-proizvođačima da usvoje 3D ispis. Danas samostalno dovršavanje certifikacije materijala i procesa zahtijeva znatna ulaganja vremena i novca - često više nego što to može podnijeti manja tvrtka. Nakon što se uspostave industrijski standardi i procesi certificiranja, manje tvrtke mogu usvojiti već-certificirane, usklađene hardverske i materijalne sustave izravno za proizvodnju, bez dupliciranja ulaganja u certifikaciju. To će dramatično ubrzati širenje 3D ispisa kroz cijeli lanac opskrbe automobila, posebice dopuštajući dobavljačima dijelova druge- i treće-nize koristi od poboljšanja učinkovitosti koju tehnologija nudi.

Izvedivost potpuno 3D tiskanog vozila: Kako tehnologija 3D ispisa sazrijeva za ključne komponente kao što su baterije, motori i senzori, buduća vozila mogla bi na kraju biti ispisana u cijelosti, od motora do kotača. Magneti za ispis već postoje, na primjer - 3D ispis elektromotora uglavnom treba prevladati izazove u automatiziranom sastavljanju i kompatibilnosti materijala.

Izazovi automatizirane montaže: Trenutne prepreke uključuju sposobnost robotskih sustava da integriraju dijelove koji dolaze iz više pisača. Projekti poput IDAM-a grade napredne proizvodne pogone kako bi se ovaj cilj pogurao naprijed.

Očekivana transformacija industrije: Dok leteći automobili ostaju daleka perspektiva, 3D ispisani automobili mogli bi prijeći s koncepta na proizvodnju u sljedećem desetljeću, iz temelja preoblikujući opskrbne lance i proizvodne modele tradicionalne proizvodnje automobila.

Stvarno postizanje "potpuno 3D tiskanog vozila" zahtijeva rješavanje više od samog ispisa strukture karoserije - središnji izazov leži u aditivnoj proizvodnji visoko integriranih osnovnih komponenti kao što su baterije, motori i senzori. Magnetski materijali koji se mogu ispisivati ​​već su postigli proboj, što znači da se trajni magneti u srcu elektromotora sada mogu proizvoditi tiskanjem, postavljajući materijalnu osnovu za daljnju integraciju proizvodnje motora u proces tiskanja. Potpuni 3D ispis cijelog motora, međutim, još uvijek zahtijeva rješavanje izazova zajedničkog ispisa više različitih materijala i funkcionalnih modula - namota zavojnice, izolacijskih materijala, rashladnih struktura i više - što ostaje ključni fokus trenutnog tehničkog istraživanja.

Čak i kada se svaka pojedinačna komponenta može proizvesti 3D ispisom, sposobnost automatizirane faze sastavljanja jednako je kritična za postizanje -proizvodnje vozila. Trenutačno usko grlo u industriji je da robotski sustavi, kada integriraju dijelove koji dolaze iz različitih pisača i različitih proizvodnih serija, često trebaju prilagođene-programirane putanje zahvata i sastavljanja za svaku vrstu dijela - kojima nedostaje fleksibilnost i svestranost potrebna za rukovanje velikom-mješovitom, malo-količinskom prirodom proizvodnje 3D tiskanih dijelova. Industrijske suradnje poput projekta IDAM rade na izgradnji naprednijih automatiziranih proizvodnih pogona, istražujući kako robotske sustave učiniti inteligentnijima prilagodljivima različitim 3D ispisanim dijelovima - kritični prag koji se mora prijeći da bi se postigla skalirana proizvodnja potpuno 3D ispisanih vozila.

Iako je proizvodnja potpuno 3D tiskanog letećeg automobila-spremnog za cestu za sada još uvijek daleka perspektiva, trenutna putanja tehnološkog razvoja sugerira da bi automobili s 3D printanjem mogli postupno preći s validacije koncepta na-malu{3}}produkciju u sljedećem desetljeću. Ova promjena će uključivati ​​više od samo nadogradnje na razini proizvodnog-procesa - ona će iz temelja preoblikovati strukturu opskrbnog lanca i organizaciju proizvodnje tradicionalne automobilske industrije, udaljavajući se od modela izgrađenog na-standardiziranoj proizvodnji velikih razmjera i centraliziranom ulaganju u alate, prema fleksibilnijem, distribuiranom modelu digitalne proizvodnje na-zahtjev.

Skraćivanjem razvojnih ciklusa, snižavanjem troškova proizvodnje i omogućavanjem složenih dizajna, 3D ispis je postao temeljni pokretač inovacija u proizvodnji automobila. Kako se napredovanje u znanosti o materijalima i automatizaciji nastavlja, približava se doba potpuno 3D tiskanog vozila - donoseći industriji neviđenu učinkovitost i potencijal prilagodbe. Od brze iteracije tijekom validacije prototipa, do laganih nadogradnji proizvodnog alata, do prilagođene i-na zahtjev end{6}}proizvodnje dijelova, pa sve do buduće vizije potpuno tiskanog vozila, 3D ispis sustavno preoblikuje svaku fazu proizvodnje automobila, gurajući cijelu industriju prema većoj učinkovitosti, fleksibilnosti i personalizaciji.