Как 3D-печать революционизирует автопроизводство — инсайты 2021 года

3D-печать эволюционировала далеко за рамки инструмента быстрого прототипирования; теперь она ключевой компонент автопроизводства.

По опросу Jabil 2018 года, 94% авто-стейкхолдеров планируют расширить свои аддитивные производственные (AM) возможности.

В следующих разделах мы изучаем ключевые выгоды 3D-печати для автопроизводителей, как технология вплетена в производство, вызовы, которым она сталкивается, и что держит будущее.

Выгоды 3D-печати для автопромышленности

1. Инновации в дизайне

3D-печать разблокирует геометрии, недостижимые традиционными методами, позволяя легковесные, высокопроизводительные компоненты.

Инженеры сочетают её с топологической оптимизацией и генеративным дизайном для устранения лишнего материала, снижая вес при сохранении прочности.

2. Упрощение сборки

Консолидация деталей сокращает количество компонентов, подлежащих производству и сборке, уменьшая расход материалов, труд и цикл времени.

Сложные, много-детальные сборки часто заменяются единственной интегрированной деталью, возможной только благодаря свободе дизайна AM.

3. Кастомизация

Масс-кастомизация становится дифференциатором на авторынке. 3D-печать позволяет OEM производить беспоковую внутреннюю отделку, внешние аксессуары и даже производительные детали в масштабе.

Люксовые бренды вроде Mini и Porsche стали пионерами клиент-специфичных решений: Mini предлагает 3D-печатанную отделку и ручки дверей, а новые спортивные сиденья Porsche используют 3D-печатанные полиуретановые подушки с выбираемой жесткостью.

Материалы 3D-печати для автоприменений

Высокопрочные полимеры (нейлон, PEEK), долговечные пластики (ABS, ASA) и металлы (алюминий, стальные сплавы, титан) — наиболее частые сырьевые материалы для функциональных деталей и оснастки.

Углеродно-волокнистые композиты все чаще принимаются для достижения еще более легких, высокопрочных компонентов.

Интеграция 3D-печати в автопроизводственный процесс

Разработка и валидация продукта

Быстрое, дешевое прототипирование ускоряет циклы дизайна и позволяет инженерам тестировать посадку, форму и функцию перед обязательствами к дорогой оснастке.

Pre-Series Center Audi в Ингольштадте использует полимерную 3D-печать для производства многоцветных кожухов задних фар в одной печати, сокращая лид-таймы прототипирования вдвое и позволяя быстрее выходить на рынок.

Оснастка

Завод Volkswagen в Европе теперь производит большую часть своей оснастки инхаусно с 3D-печатью, сокращая затраты на производство оснастки на 90% и лид-таймы с недель до дней.

Например, бейдж подъемной двери, когда-то требовавший 35 дней и €400, теперь может быть произведен за четыре дня за €10.

В 2017 году VW сообщил об экономии почти €325,000, наряду с улучшенной эргономикой и удовлетворенностью операторов.

Запасные части

По требованию производство запасных частей снижает инвентарные затраты и улучшает сроки доставки.

Daimler Buses исследует 3D-печать для более 300,000 частей, с 200 уже идентифицированными как подходящими для производства. Детали вроде кожухов, ручек и кронштейнов могут печататься за дни вместо месяцев.

Неиспользованный материал может быть немедленно переработан, повышая материальную эффективность.

Производство конечных деталей

Прогресс в AM теперь позволяет производство мелких и средних конечных деталей, с 40% авто-OEM видящим потенциал для производственного использования.

Ford, например, начал 3D-печатать структурные компоненты — такие как рычаги сервиса HVAC и кронштейны электрического парковочного тормоза Mustang GT500 — используя технологию Digital Light Synthesis от Carbon.

3D-печать в моторспорте

Гоночные команды опираются на AM для быстрого прототипирования и ветротрунного тестирования. Alfa Romeo Sauber F1 использует селективное лазерное плавление для производства легкого Scalmalloy-колена, сокращая производственное время на 25%.

Вызовы 3D-печати в автопромышленности

Массовое производство

Автомобильные объемы — более 92 млн автомобилей в 2019 году — все еще превышают текущие возможности AM. 3D-печать лучше подходит для малого объема, кастомизированного производства, дополняя традиционные методы.

Решения для высокого объема, такие как металлическое Binder Jetting (HP, Desktop Metal, ExOne, GE Additive), возникают, хотя отраслевое принятие может быть через 5–10 лет.

Размеры сборки

Многие AM-системы имеют ограниченные объемы сборки, требуя модульное строительство и пост-сборку. Крупномасштабные технологии вроде WAAM и BAAM находятся в активной разработке.

Дефицит навыков AM

Дизайн для AM, операция станков, обработка материалов и постобработка требуют специализированного обучения. Партнерства с университетами и инхаусные программы помогают преодолеть этот разрыв.

3D-печать в авто: дорога вперед

По SmarTech Analysis, AM для автопроизводства достигнет рынка $10 млрд к 2030 году.

Мы можем ожидать больше 3D-печатанных функциональных компонентов — кронштейнов, корпусов, даже деталей двигателей — по всей отрасли.

Проекты вроде 3D-печатанного автономного шаттла Ollie от Local Motors демонстрируют потенциал полностью печатаемых транспортных средств, намекая на будущее, где 3D-печать может строить целые автомобили.