3D-печать в автомобильной промышленности:4 основных тенденции цифрового производства

Новые тенденции в автономных транспортных средствах, электромобилях и массовой настройке заставляют автопроизводителей и поставщиков адаптироваться. Чтобы оставаться актуальными в эпоху Индустрии 4.0, автомобильные компании ускоряют внедрение технологий 3D-печати.

Сегодня 3D-печать или аддитивное производство (AM) используется на многих этапах производства автомобилей, от прототипирования и изготовления инструментов до производства запасных частей и конечных деталей, что позволяет автопроизводителям оставаться гибкими и инновационными.

Поскольку 3D-печать все более укрепляется в автомобильной промышленности, мы исследуем четыре захватывающих тенденции, определяющих будущее технологий в этом секторе.

1. 3D-печать будет способствовать электрификации транспортных средств

Согласно недавнему исследованию Jabil, 48% автопроизводителей стремятся стать лидерами рынка электромобилей. Эта растущая тенденция к электрификации транспортных средств способствует растущему использованию AM в автомобилестроении.

По мере того, как промышленность переходит от двигателей внутреннего сгорания к электромобилям, 3D-печать становится все более популярным решением, которое может ускорить разработку. и радикально изменить наш взгляд на конструкцию автомобильных компонентов.

Последнее возможно благодаря облегченным возможностям новых инструментов проектирования, таких как генеративный дизайн, и гибкости AM, позволяющей воплотить в жизнь продвинутые проекты.

В интервью изданию Additive Manufacturing Media Кевин Куинн, директор по аддитивному дизайну и производству General Motors, сказал, что генеративный дизайн и AM станут основными технологиями, обеспечивающими более легкие детали, - лишь вопрос времени. электромобили.

Но почему облегчение так важно?

Снижение веса издавна было целью автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, чтобы способствовать снижению расхода топлива и выбросов. В электромобилях снижение веса по-прежнему играет роль в снижении энергопотребления и, следовательно, увеличении запаса хода с данным аккумулятором. Но есть еще одно соображение.

Чем тяжелее автомобиль, тем большей емкости аккумулятора требуется для достижения установленного диапазона и целевых характеристик. Но батареи тяжелые по сравнению с другими компонентами транспортного средства, поэтому увеличение емкости аккумулятора приводит к непропорциональному увеличению веса транспортного средства.

Это порочный круг, который означает, что снижение веса - как общего веса транспортного средства, так и его компонентов - имеет решающее значение для электромобиля.

По состоянию на 2020 год несколько проектов электромобилей использование 3D-печати в разработке и производстве. Одним из примеров является Olli от компании Local Motors, напечатанный на 3D-принтере автономный электрический шаттл, предназначенный для местных низкоскоростных перевозок.

Шаттл был разработан в первую очередь для использования в городских центрах, на предприятиях и в университетах кампусы и больницы.

Так как же компании удалось этого добиться?

Компания Local Motors использовала одни из крупнейших в мире 3D-принтеров - Big Area Additive Manufacturing (BAAM) ORNL и Large Scale Additive Manufacturing Thermwood ( LSAM) - для производства большинства компонентов Olli, включая крышу и нижнюю часть кузова.

Автономный шаттл, который в настоящее время проходит испытания в 13 точках по всему миру, является важной вехой. в использовании 3D-печати для производства электромобилей.

Однако Local Motors - не единственная компания, выпускающая электромобили с 3D-печатью. Arcimoto, американский производитель экологически чистых транспортных средств, производит автомобили Fun Utility Vehicles (FUV), в которых используются легкие компоненты, напечатанные на 3D-принтере, разработанные в сотрудничестве с XponentialWorks.

Детали, в том числе задний поворотный рычаг, поворотный кулак. , верхний рычаг и педаль тормоза были переработаны для 3D-печати с использованием инструмента генеративного дизайна ParaMatters, что позволило снизить вес от 34 до 49 процентов.

Благодаря измененному дизайну деталей компании выполнили 120 из 200-фунтового целевого показателя снижения веса и планируют достичь конечной цели в ближайшие месяцы.

Поскольку индустрия электромобилей продолжает выяснять, как наилучшим образом использовать 3D-печать, следующее десятилетие станет решающим для ускорения использования этой технологии в экологически чистых транспортных средствах.

2. Внедрение AM в серийное производство автомобилей

Автомобильная промышленность была одной из первых, кто применил 3D-печать для быстрого создания прототипов. Теперь автопроизводители определили косвенное (например, пресс-формы) и прямое производство деталей как высшее ценностное предложение для AM.

Такое смещение акцента свидетельствует об одной захватывающей тенденции:производители оборудования для автомобильной и 3D-печати движутся по пути к массовому цифровому производству.

Тем не менее, этот путь не совсем простой. Автомобильная промышленность предъявляет уникальные производственные требования, включая высокую производительность, низкие материальные затраты и высокий уровень автоматизации производства.

В то же время отрасль формируется меняющимися тенденциями спроса, динамики цепочки поставок и нормативных требований, не говоря уже о стремлении к массовой кастомизации.

Чтобы соответствовать требованиям требований производства автомобильных запчастей, отрасль AM должна быстро развиваться.

Тем не менее, в отрасли мы все чаще наблюдаем развитие новых технологий, способствующих достижению более крупных деталей, больших объемов и более быстрого производства.

Этот прогресс в основном обусловлен развитием оборудования и увеличением автоматизации процессов. Например, струйная обработка металлическим связующим выходит из тени как жизнеспособная производственная технология. Он предлагает более высокую скорость печати по сравнению с другими процессами обработки металлов давлением, что является большим преимуществом для автопроизводителей.

Что касается автоматизации, производители автомобилей ищут способы упростить этапы рабочих процессов AM. Это включает, например, включение инструментов проектирования для автоматизации DfAM (Проектирование для аддитивного производства), программного обеспечения MES для управления рабочим процессом и прослеживаемости, а также интеграцию оборудования для автоматизированной постобработки.

Между тем, количество материалов для конечного использования, отвечающих требованиям автомобильной промышленности, увеличивается. Компании, занимающиеся разработкой материалов, осознают потенциал сочетания 3D-печати с производством автомобилей и работают над выпуском устойчивых к УФ-излучению, прочных пластиков и популярных автомобильных металлов, таких как алюминий и сталь.

Согласно отчету SmarTech, с учетом этих событий выручка от производства автомобилей AM к концу этого десятилетия достигнет почти 10 миллиардов долларов.

В то время как AM соответствует потребностям автомобильной промышленности, производство конечных деталей с использованием этой технологии только начинает набирать обороты. В течение следующих пяти-десяти лет этот рост будет расти благодаря как технологическим усовершенствованиям, так и новым приложениям AM для серийного производства.

3. Сотрудничество способствует индустриализации AM в автомобилестроении

Компании и исследовательские институты в равной степени прилагают все усилия, чтобы превратить 3D-печать в промышленные высокоавтоматизированные производственные процессы для производства автомобилей.

Расширение сотрудничества особенно заметно по количеству запущенных в последнее время проектов.

Одним из таких проектов является проект индустриализации и цифровизации аддитивного производства (IDAM) из Германии, запущенный в прошлом году.

Двенадцать партнеров проекта планируют создать производственные линии AM, способные производить не менее 50 000 компонентов в год при производстве общих деталей и более 10 000 отдельных деталей и запасных частей с высочайшим качеством и ценой.

Кроме того, удельные затраты на металлические компоненты, напечатанные на 3D-принтере, должны быть выше чем вдвое, согласно проекту.

Проект IDAM, который координируется BMW Group, будет работать в течение следующих двух лет, помогая наладить устойчивую 3D-печать металлом в производстве.

Помимо 3D-печати металлом, промышленность также стремится продвигать полимерный AM для производства автомобилей. В этом отношении проект POLYLINE знаменует собой веху в области 3D-печати автомобильными полимерами.

Запущенный ранее в этом году проект POLYLINE направлен на преодоление существующих проблем при интеграции AM в производственные линии автомобилей. Например, участники проекта будут работать над разработкой новых стандартов и созданием решений для повышения автоматизации производственного цеха.

Что касается горизонтальной интеграции, проект будет работать над созданием рабочих процессов цифровых данных для достижения большей эффективности. через производственные процессы и цепочки поставок.

Оба проекта базируются в Германии, что неудивительно, учитывая, что на сегодняшний день немецкие автопроизводители вложили больше всего средств в разработку AM для производства конечных деталей.

4. 3D-печать электроники для подключенных автомобилей

По мере того, как мир вступает в новую эру подключенных к сети транспортных средств, количество электронных устройств, таких как датчики и антенны в транспортном средстве, увеличивается. С этим ростом возникает большая потребность в разработке и производстве более компактной и сложной электроники.

3D-печать для электроники создает новые способы производства интеллектуальных компонентов для сетевых транспортных средств и сбора автомобильных данных.

Возьмем для примера датчики. Чтобы транспортные средства могли собирать данные об окружающей среде и характеристиках автомобилей, вам потребуются датчики с возможностью беспроводной связи, настраиваемыми форм-факторами и даже неплоской геометрией.

Традиционно такие датчики изготавливаются отдельно от транспортного средства, и их необходимо сначала собрать, а затем отправить производителю для окончательной установки в компонент.

Достижения в области AM-систем для электроники открывают возможность встраивать эти датчики непосредственно в механические компоненты и конструкцию транспортных средств. Такой подход может обеспечить более высокую надежность и более длительный срок службы по сравнению с датчиками, собираемыми традиционным способом.

Кроме того, электронная 3D-печать может снизить затраты и время разработки для создания этих датчиков.

Разное Кнопки, которые можно найти в автомобиле, могут быть одним из приложений, в которых можно использовать датчики, напечатанные на 3D-принтере. Исследователи из Института систем и робототехники в Португалии разрабатывают подходы к замене физических кнопок сенсорными сенсорами, напечатанными на 3D-принтере.

Компания Neotech AMT GmbH, разработчик оборудования для электроники для 3D-печати, видит еще одно потенциальное применение электроники для 3D-печати, а именно модели нагревателей для салонов автомобилей. 3D-печать моделей нагревателей может снизить их вес, уменьшить количество деталей и уменьшить количество этапов ручной сборки.

Несмотря на все преимущества, до электронных компонентов для автомобилей, напечатанных на 3D-принтере, еще далеко. Но поскольку многие автопроизводители внедряют 3D-печать для металлических и пластмассовых деталей автомобилей, обязательно последует более широкое использование 3D-печати для более легких и сложных электронных компонентов.

3D-печать в автомобилестроении:на грани перемен

По мере того как автомобили становятся умнее и автономнее, автопроизводители и поставщики оказываются на пороге революционных изменений. Эти изменения также способствуют растущему использованию 3D-печати в автомобилестроении.

3D-печать помогает компаниям стать более гибкими в производстве и разрабатывать лучшие автомобильные компоненты, которые были бы невозможны при использовании традиционных процессов.

Внедрение технологий 3D-печати в автомобилестроение также стало тенденцией. Автопроизводители подписывают стратегическое партнерство с компаниями AM и инициируют совместные проекты для индустриализации AM.

Хотя результаты этих усилий еще не продемонстрированы, их масштаб и видение говорят о том, что будущее 3D-печати в автомобильной промышленности будет светлым.