Как компания Ford Motor внедряет 3D-печать для автомобильной промышленности:экспертное интервью с Гарольдом Сирсом

Каким будет будущее автомобильного производства? Ford Motor Company может просто дать ответ.

Летом 2018 года производитель автомобилей открыл Центр передовых технологий в Мичигане. Объект площадью 135 000 квадратных футов, стоимостью 45 миллионов долларов, объединяет целый ряд технологий, в том числе совместных роботов, виртуальную и дополненную реальность.

3D-печать также будет в центре внимания объекта. Неудивительно, учитывая, что Ford был одним из первых поборников 3D-печати, купив третий 3D-принтер, когда-либо созданный в 1988 году.

Сегодня компания широко использует 3D-печать как часть разработки своей продукции и изучает способы интегрировать технологию в свои производственные линии. Ключевую роль будет играть Центр перспективного производства, в котором уже размещены 23 промышленных 3D-принтера.

Обладая 25-летним опытом работы в отрасли, Гарольд Сирс является техническим руководителем подразделения технологий аддитивного производства в Ford. Недавно мы поговорили с Sears, чтобы узнать больше о том, как компания внедряет 3D-печать для автомобильной промышленности.

Имея такую ​​обширную карьеру в аддитивном производстве, как вы видите развитие отрасли и технологий за эти годы?

Раньше аддитивное производство рассматривалось как способ создания концептуальных моделей, на которые люди могли смотреть. На этом все и закончилось.

После этого компания стала предлагать более прочные материалы, из которых можно было изготавливать и тестировать функциональные прототипы.

С тех пор технология, которая долгие годы была известна как быстрое прототипирование, превратилась в то, что мы называем аддитивным производством, где технологии 3D-печати используются не только для создания прототипов.

По мере развития и развития материалов и процессов аддитивное производство теперь становится инструментом, помогающим в производственных приложениях и поддерживающим массовое производство. Мы также начинаем видеть некоторые из первых образцов деталей, которые производятся для использования в потребительских транспортных средствах, поэтому теперь серийные детали выходят из этих систем AM.

<цитата>

С момента своего основания отрасль добилась значительного прогресса. Я бы даже сказал, что за последние пять лет технологическое развитие ускорилось намного больше, чем за первые 10–15 лет. AM стал намного более функциональным и больше стал частью повседневных инженерных и производственных процессов.

Ford Motor Company одной из первых начала аддитивное производство. Как компания сегодня использует AM? Какую ценность представляет эта технология?

Аддитивное производство определенно зарекомендовало себя как ключевой компонент в нашем цикле разработки продукта, поддерживая производство прототипов деталей и разработки, связанные с разработкой продукта.

Хотя мы продолжаем поддерживать разработку продуктов и создание прототипов - мы производим буквально десятки тысяч деталей в год - в последнее время мы изучали, как эту технологию можно использовать для поддержки производственная среда.

Мы рады узнать, как 3D-печать может повлиять на производственные операции. Наша деятельность в основном сосредоточена на двух ключевых областях:первая - поддержка текущих производственных процессов с помощью более эффективных инструментов, приспособлений и приспособлений и фактическое использование этих процессов в производственном пространстве.

Кроме того, мы стремимся подтолкнуть индустрию 3D-печати к большему признанию автомобилестроения, разрабатывая продукты, которые более точно соответствуют нашим потребностям.

<цитата>

По большому счету, многое из того, что мы видим сегодня в аддитивном мире, обусловлено аэрокосмической и медицинской промышленностями. Их потребности сильно отличаются от потребностей автомобилестроения, поэтому мы надеемся вести отрасль в направлении, которое будет иметь больше смысла и для автомобильной промышленности.

Это означает стремление к дальнейшему обновлению материалов, создание сборочных пакетов для машин, которые соответствуют типам деталей, которые мы заинтересованы в производстве, и значительное повышение скорости процесса.

Не могли бы вы подробнее рассказать о конкретных потребностях автомобильной промышленности?

Один из примеров - использование материалов, ориентированных на автомобилестроение.

Например, во многих процессах 3D-печати используются материалы, отверждаемые УФ-излучением, а воздействие УФ-излучения в автомобилестроении является серьезной проблемой, которую следует учитывать. Трудно взять материал, который затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения, и поместить в автомобиль, где он будет почти постоянно подвергаться воздействию ультрафиолетового света.

Так есть ли способ контролировать эту экспозицию или отключить ее после определенного момента? В конечном итоге, по крайней мере, для автомобильной промышленности, способность противостоять суровому ежедневному воздействию ультрафиолета имеет жизненно важное значение.

Другое дело - перепады температуры. Материалы могут быть очень восприимчивыми к разрушению, когда они постоянно подвергаются резким перепадам температуры, что очень типично для автомобильных применений.

<цитата>

У нас есть набор материалов, которые сегодня достаточно хорошо приняты в автомобильной сфере. Так что мы действительно хотели бы, чтобы отрасль начала адаптировать некоторые из этих материалов. Это сделало бы наше тестирование и валидацию, а также использование нашего приложения, гораздо более подходящими для 3D-печати. ​​

Второй элемент - это размер оболочки системы.

Любой автомобиль состоит из множества мелких компонентов, которые хорошо вписываются в конструкцию современных машин. Но есть также много более крупных компонентов, которые просто не подходят сегодня. Поэтому нам бы очень хотелось, чтобы производители рассматривали другие системы с большими габаритами.

Последняя часть - это производительность или скорость машин.

Объемы нашей продукции существенно отличаются от объемов производства в авиакосмической или медицинской отрасли. Поэтому мы должны смотреть на системы, способные производить детали за минуты или секунды, а не за дни и часы. Все, что мы можем сделать, чтобы ускорить создание технологий, определенно поможет нам.

Есть ли у вас какие-либо соображения относительно того, сколько времени потребуется, чтобы решить эти проблемы, вызывающие озабоченность в автомобильной промышленности? Как далеко мы, например, до крупносерийного производства автокомпонентов?

Если бы вы спросили о возможностях серийного производства машин AM пять лет назад, ответ, возможно, был бы несколько сотен или, возможно, всего несколько тысяч деталей.

Но если вы ведете такой же разговор с примерно кто-нибудь в отрасли сегодня ответ будет гораздо выше - в десятки тысяч частей.

Я подозреваю, что по мере развития технологий в течение трех-пяти лет ответ будет ближе к четырем или пятистам тысячам частей.

Хотя я не могу назвать конкретных цифр по тому, над чем мы работаем, это общепринятое мнение в отрасли прямо сейчас, когда речь идет о росте технологий и объемов.

Каковы были некоторые из историй успеха 3D-печати за время вашего пребывания в Ford?

Мы продолжаем поддерживать разработку продуктов с помощью прототипов. Это потребовало производства сотен тысяч деталей, чтобы помочь в разработке продукта и ускорить тестирование и разработку.

Если вы посмотрите на это пространство в одиночку, то увидите, что компания принесла огромные выгоды. Например, компонент будет проходить несколько итераций на этапе разработки и проектирования.

Обычно инженер проектировал компонент, отправлял этот проект, создавал инструмент и детали, используя инструмент для тестирования. На основании этих результатов можно было бы изменить конструкцию или инструмент или создать совершенно новый инструмент с очень большими затратами. Этот длительный процесс будет повторяться снова и снова.

Но сегодня это значительная часть процесса разработки продукта.

<цитата>

Теперь инженер может отправлять сразу несколько проектов одного компонента в цех 3D-печати. Это означает, что их можно производить одновременно и одновременно передавать инженеру. Затем инженер может уйти и провести с ними параллельное тестирование.

Итак, в конечном итоге мы наблюдаем очень быстро повторяющийся процесс, в котором вы можете перейти от семи дизайнов к трем, а затем к одному за счет очень быстрого процесса.

Это само по себе обеспечивает огромную эффективность, как за счет экономии средств за счет отсутствия необходимости делать несколько итераций инструмента, так и за счет значительной экономии времени, которую мы наблюдаем при выводе продукта на рынок.

Затем, когда мы начинаем применять эти технологии в производственной среде, мы также видим здесь большую эффективность.

Например, помогая людям выполнять свою работу, создавая инструменты, более удобные с точки зрения эргономики для операторов. Возможно, это мягкое преимущество, но оно, безусловно, полезно, если операторы чувствуют себя более довольными и чувствуют себя более комфортно при выполнении своей работы. Они также будут лучше выполнять свою работу, что только повысит качество.

Мы также работаем над несколькими приложениями, на которые намекали, но не вдавались в подробности. Одно из них - это приложение в нашей производственной среде, которое даст нам возможность сэкономить более 2 миллионов долларов.

Что касается интеграции AM в производственную среду, мы действительно готовим почву для того, чтобы иметь возможность делать некоторые важные вещи с помощью технологий, чтобы помочь в наших процессах.

Каким вы видите развитие AM в следующие 5 лет?

Год назад я бы сказал, что аддитивному производству металлов будет уделяться много внимания, и оно остается таким. Тем не менее, в области полимеров и пластиков также наблюдается ряд значительных технологических достижений. Я верю, что обе технологии будут развиваться вместе.

Кроме того, одна из важных вещей для технологии - понять, чего она тоже не умеет. Я никогда не буду продвигать AM как универсальную технологию, которая может делать что угодно, потому что это не так.

Таким образом, индустрия осознает, чего не может аддитивное производство, а также тот факт, что оно может сделать намного больше, чем большинство из тех, что используют его сегодня.

В Ford мы сосредоточены на том, чтобы попытаться изучить текущие возможности компании сегодня и воспользоваться некоторыми преимуществами, поскольку мы развиваемся вместе с технологиями и помогаем направлять их туда, где мы хотим. идти в будущее.

Какие еще факторы следует учитывать?

Я думаю, что мы много говорили об аддитивной и 3D-печати в том, что касается технологий и машин. Но есть еще два дополнительных фактора:программное обеспечение и обучение.

Для того, чтобы все эти элементы соответствовали друг другу, такие компании, как Ford и другие, будут сосредоточивать усилия на обучении сотрудников использованию методологий проектирования для аддитивного производства (DfAM) - это другой способ подумать о своем подходе к дизайн.

По большому счету, в инженерных школах нас учат думать о проектах, которые можно создать с помощью обычных процессов. DfAM будет просить людей по-другому думать о том, что они делают и как они подходят к своим проектам.

Программное обеспечение будет огромной частью этого. Такие инструменты, как программное обеспечение для оптимизации топологии, традиционно было очень сложным в использовании, поэтому вопрос в том, как они будут развиваться, чтобы стать более простыми в использовании продуктами в будущем.

Программному обеспечению генеративного проектирования уделяется много внимания в настоящее время. промышленность прямо сейчас. Но как мы можем воспользоваться возможностями программного обеспечения для генеративного проектирования, чтобы, по крайней мере, создать первоначальную концепцию, которую инженер может начать воплощать в жизнь? Эти и другие вопросы необходимо будет решить в будущем.

<цитата>

Итак, если вы посмотрите на обучение, программное обеспечение и эволюцию оборудования, эти три фактора должны быть тесно связаны друг с другом, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами этих технологий.

Ford недавно открыл Центр передового производства. Не могли бы вы рассказать нам о видении, лежащем в основе предприятия, и о том, чего Ford надеется достичь?

Что касается аддитивной части объекта, мы сосредоточились на многих вещах, о которых я упомянул. На самом деле речь идет о продвижении технологий, о взаимодействии с поставщиками и поставщиками - и о том, чтобы взять их с собой в этот путь.

Например, недавно у нас была пара поставщиков первого уровня, и мы обсуждали, в каком направлении мы движемся с технологиями и что планируем делать.

Таким образом, объект - это место, где мы можем объединить множество этих взаимодействий:мы можем работать с поставщиками 3D-печати над новыми процессами, оборудованием и материалами.

У нас гибкая площадь помещений, поэтому мы можем ввозить машину на условиях консигнации на 6 месяцев или год. Мы можем настроить и запустить его, а также предоставить прямую обратную связь об использовании технологии в приложениях. Мы можем сделать это для поддержки разработки материалов, процессов или даже совершенно новой технологии.

И в то же время мы действительно открыли это место для совместной работы. Если у нас есть поставщик, которого нам нужно задействовать в этих технологиях, а его еще нет, мы готовы пригласить его на это место и сказать:«Вот машины, давайте продолжим и начнем строить детали, которые более применимы к вашему бизнесу, и что нам нужно, чтобы вы сделали с технологиями ».

Что ждет Ford в 2019 году?

Мы вложили значительные средства в этот объект, и вы увидите, как мы начали использовать эти инвестиции.

В будущем вы увидите больше объявлений о продуктах, которые будут напечатаны на 3D-принтере для серийных автомобилей, и больше объявлений о приложениях, о том, как мы используем их в производственном пространстве для повышения нашей эффективности, помочь ускорить циклы разработки продуктов, повысить качество и представить новые продукты.

Аддитивное производство будет и дальше внедряться все больше и больше в повседневную часть нашей деятельности. Вместо того, чтобы быть исключением из нормы, это будет гораздо более приемлемым в том виде, в каком это делается.