5 ведущих автопроизводителей используют 3D-печать для революции в производстве

3ERP освещало много различных способов, которыми автомобильные производители извлекают выгоду из преимуществ, которые 3D-печать приносит на первый план. По мере того как технология получает более мейнстримовое опорное место в автомобильной отрасли, многие компании обращают внимание, но многие используют её в разных возможностях и для различных целей. Эти потребности могут охватывать что угодно, от инструментов до запасных частей/управления цепочкой поставок до конечных деталей и даже целых автомобилей.

Интересно видеть, как далеко зашла технология, как она задействована крупными именами в отрасли и куда они видят её идущей для их будущих производственных цепочек. Эта статья направлена на предоставление понимания во многих способах, которыми некоторые из крупнейших автомобильных производителей в мире используют 3D-печать в своем рабочем процессе.

BMW

Поскольку большинство 3D-печати используется для мелкосерийного производства, есть много места для кастомизации и добавления сложности с использованием уникальных элементов, которые 3D-печать позволяет. BMW не чужда таким формам дизайна и производства, используя 3D-печать в предразработке, валидации транспортных средств и тестировании, или в концепт-шоу и автомобилях. Они используют технологию для больших объемов, но более мелкие производственные серии позволяют им персонализировать продукты точно под нужды клиентов.

Компания была пролифичной в своем использовании аддитивного производства, отмечая, что они потенциально видят «великое будущее потенциал для серийного производства и новых предложений клиентам» (по словам экспертов BMW в Германии). Они работали над улучшением как пластиковых, так и металлических компонентов. Они наиболее nổiмо работали с HP для производства продуктов на их крупномасштабных производственных системах.

Как многие другие компании в этом списке, BMW использовало это как средство производства деталей, которые другие технологии не могут создать. Хороший пример этого — верхний кожух i8 Roadster. Изготовление крепления для этого компонента не было бы возможным с использованием традиционного литейного процесса. Помимо расширения дизайнерских возможностей, 3D-печатная автодеталь более долговечна и также весит меньше предыдущих итераций.

Аналогично, BMW представила iFE.20 Formula E гонку с 3D-печатным охлаждающим валом, изготовленным из льняных волокон. Деталь была показана в конце 2019 года. По сравнению с обычными углеродными материалами, лен имеет большую впитываемость и большую ударную стойкость, что может быть преимущественным на уличных трассах с их кочками и барьерами безопасности, на которых проходит Formula E. Это сделало её первым гоночным автомобилем BMW, полеванным рабочей командой с деталями, сделанными из возобновляемых текстильных волокон, также делая её экологически чистой.

Перчатки BMW с защитой большого пальца

Компания использует 3D-печать для оснастки и безопасности также. Хороший пример этого — специализированные перчатки, которые они используют для доводки заглушек для дренажных отверстий. Эти заглушки должны быть установлены вручную пальцами инженера, что означает много напряжения на больших пальцах. К счастью, они придумали 3D-печатное решение, которое могло быть надето на рабочие перчатки.

Даже в стороне от их работы на собственных автомобилях, инженеры компании давали руку внешним проектам. Один пример — разработка беспорядковых 3D-печатных сидений для британской паралимпийской баскетбольной команды. Используя 3D-сканирование тела и последнее в аддитивном производстве, инженеры BMW построили целый флот инвалидных колясок, позволяющих игрокам демонстрировать более высокий уровень спортивного мастерства.

Ford

Оснастка и приспособления Ford

Насколько касается преданности 3D-печати, Ford бросается навстречу принятию технологии. Компания создала центр аддитивного производства и широко задействовала его операции в своих рабочих процессах. В терминах создания пластиковых и металлических печатей, у них давно идущее партнерство с различными компаниями вроде Ultimaker, Stratasys и GE Additive, которые предоставляют станки для всех видов приложений AM по производственной цепочке.

Они также используют 3D-печать для снижения затрат и времени на оснастку, так как компания обнаружила, что быстрее сделать свои детали на объекте, чем ждать поставщиков и другие такие вещи. Они также применяют эти же принципы к приспособлениям и оснастке, которые они разрабатывают в объектах по всему миру.

Они расширили свои операции 3D-печати на протяжении последних нескольких десятилетий, производя как металлические, так и пластиковые компоненты. Как заявляет компания: «За последние несколько десятилетия Ford напечатала более 500 000 деталей и сэкономила миллиарды долларов и миллионы часов работы. Где бы это заняло 4–5 месяцев и стоило $500 000 произвести прототип традиционными методами, 3D-печатная деталь может быть произведена за несколько дней или часов за стоимость в несколько тысяч долларов».

Аналогично, различные дочерние компании Ford демонстрировали свои навыки AM, наиболее заметно команды дизайна за Shelby GT500. В этом году они 3D-напечатали самые перспективные дизайны для нового GT500 за пару дней, что ускорило этапы улучшения и тестирования невероятно. Этот темп позволяет им быстро подправлять Shelby GT500 мало-помалу, внося новые физические дизайны с безумной скоростью. Они также разработали новый гибридный дизайн спойлера-крыла, который команда называет «the swing». Этот новый дизайн — заметный фактор в впечатляющих аэродинамических возможностях GT500.

EcoBoost Engine

Компания установила еще один важный этап 3D-печати обратно в феврале. Их подразделение Ford Performance, занимающееся высокопроизводительными компонентами, 3D-напечатало то, что они утверждают — крупнейшую металлическую автодеталь для работающего транспортного средства в истории автомобилестроения. Металлическая деталь была установлена в Hoonitruck, 1977 Ford F-150 с двухтурбинным 3,5-литровым V6 EcoBoost двигателем. Сама деталь — алюминиевый впускной коллектор, напечатанный с использованием GE Additive's Concept Laser X LINE 2000R.

Volvo

Пока не самый заметный пользователь автомобильной 3D-печати, Volvo делал большие шаги на этом фронте в последние годы. Так же как много других компаний в этом списке, Volvo использовал 3D-печать для оснастки и управления цепочкой поставок. Использование 3D-печати особенно было полезно в пополнении станков компании новыми печатями для деталей, вышедших из производства. Volvo в основном использует 3D-печатные пластиковые детали и смотрит в сторону внедрения металлических в ближайшем будущем.

По состоянию на 2018 год компания использовала аддитивное производство в основном для прототипирования и оснастки. «Поскольку нам нужно производить только малые объемы деталей для прототипирования, это хороший способ увидеть, что работает», — говорит Фредрик Андерссон, инженер разработки для установки двигателя погрузчиков Volvo CE [строительная техника]. «У нас много знаний и мы можем быстро и легко вносить изменения с 3D-печатью. И благодаря этому время выхода на рынок для нового продукта быстрее, так что это большое благо для нашей компании.»

Увеличенная скорость прототипирования была массивно полезна компании, так как различные новые технологии, которые они тестировали, доказывают. Например, инженеры Volvo спроектировали новые корпуса водяных насосов для автомобилей компании A25G и A30G. Они запустили симуляции как средство оптимизации дизайна внутренних проходов потока в корпусе, но им нужно было построить прототип для выполнения функционального тестирования для валидации нового дизайна. Инструментальные затраты для этого проекта были бы примерно $9090, с стоимостью детали около $909. Срок выполнения для производства прототипа был бы минимум 20 недель. С другой стороны, 3D-печатный прототип стоил $770 и занял только две недели.

Однако в 2019 году компания подняла ставки в терминах своих AM-процессов, особенно с веткой Volvo Trucks. Их завод New River Valley (NRV) в Дублине, Вирджиния, сделал довольно много заголовков в этом году в производственном мире. Они в основном используют SLS, но также дabbled в другие методы AM. Этот конкретный объект производит более 500 производственных инструментов и приспособлений в использовании на цеху, произведённых с использованием 3D-печати. Объект также является крупным хабом для североамериканской автомобильной инженерии.

Помимо коммерческих автомобилей, компания также разрабатывает строительную технику. Конечно, 3D-печать также оставила свой след на этом аспекте операций компании. Volvo применил 3D-печать в переоснастке их шарнирных самосвалов, и тем самым снизил стоимость прототипирования в десять раз. Это также позволило им сократить затраченное время с 20 до всего 2 недель.

GM

General Motors и её различные другие ветви — основные пользователи (и разработчики) технологии 3D-печати. По состоянию на 2018 год GM экономил $300 000 в год на оснастке и делал достаточные достижения в разработке новых технологий с использованием альтернативных источников топлива. Ведущий автопроизводитель анонсировал в прошлом году план запуска 20 новых электрических и топливных моделей глобально к 2023 году.

Хотя их операции 3D-печати в основном были о прототипировании, они расширяются. Компания далее планирует масштабировать свои операции печати для производства «десятков тысяч деталей в масштабе по мере улучшения технологии», согласно Кевину Куинну, директору аддитивного дизайна и производства в GM. Этот план, вероятно, развернется в ближайшие 5 лет.

Технический центр Warren GM производит примерно 30 000 прототипных деталей каждый год. Детали состоят из как минимум девяти видов материалов, использующих комбинации пластиков, металлов и порошков. Они в основном используются для прототипирования, но компания также смотрит на конечные детали. Они также совместновладельцы лабораторий HRL с Boeing, которые в итоге произвели 3D-печатный алюминиевый сплав.

Дан Грисхабер, директор GM по глобальной интеграции производства, заявил, что большинство заводов GM теперь имеют 3D-принтеры. Компания планирует увеличить это еще дальше, по крайней мере, в своих североамериканских заводах. Этот шаг, вероятно, сэкономит GM миллионы долларов в производственных затратах ежегодно. GM давно был инвестором в 3D-печать и её различные подветви технологии. Они применяют её для быстрого строительства инструментов и аксессуаров для рабочих на своих заводах. Только в этом году компания заявила, что внедрение 3D-печатного станка за $35 000 сэкономило компании $300 000 за два года. Хотя производство оснастки — первичная роль, которую играет принтер, возможно, компания увеличит роль аддитивного производства в своих ежедневных операциях.

Кронштейн GM, разработанный в сотрудничестве с Autodesk

Их партнерство с Autodesk было полезным в производстве легких 3D-печатных деталей, которые могли бы помочь автопроизводителю достичь своих целей по добавлению альтернативных-топливных автомобилей в свой продуктовый ассортимент. Также часть этого же сотрудничества, в 2019 году обе компании показывали 3D-печатный кронштейн сиденья из нержавеющей стали, разработанный с технологией Autodesk.

Рано в 2019 году GM рассматривала новаторское новое дизайнерское применение для 3D-печати. В сотрудничестве с Michelin они смотрели на производство нового типа шины с превосходной долговечностью. Шина Uptis всё еще в процессе, но компании перешли к фазе тестирования. Они утверждают, что шины будут на 100 процентов устойчивыми, устойчивыми и способными длиться еще дольше. Они также гораздо более зеленая альтернатива, с меньшими отходами при производстве. Недавно инженеры использовали флот Chevrolet Bolt EV для тестирования новых шин в Мичигане и обозначили возможность сделать их доступными для публики в 2024 году.

Porsche

Porsche использовал 3D-печать для ряда разных целей, от основных компонентов до переизобретения цепочки поставок для своих старых моделей. Porsche в настоящее время использует 3D-печать для производства очень специфических запасных частей, но не так обширно. Это из-за строгих стандартов качества, которые им нужно проводить, чтобы обеспечить безопасность в норме. Компания также работает с более низким общим числом производимых единиц, так как они более классический и люксовый автобренд.

Для разработки вышедших из производства компонентов вроде рычага сцепления на Porsche 959 компания использует лазерное плавление. Они используют порошкообразную инструментальную сталь и получают деталь гораздо более эффективно, чем было бы возможно альтернативными методами.

Использование 3D-печати также позволило компании перейти к печати по запросу, позволяя гораздо более низкие затраты, связанные с материалами, транспортировкой и хранением. Это также полезно, так как эти детали не в большем спросе и часто дороги в постоянном производстве. Porsche наиболее известен работой с Markforged на оживлении этих классических деталей.

В основном они используют SLM и SLS для различных деталей, которые им нужно произвести. Porsche заявил, что 3D-печатные детали превосходят старые во многих случаях. Пока они печатают ограниченное число деталей в настоящее время, они расширяли портфолио с 2018 года и тестируют будущие компоненты.