Как 3D-печать переформатирует автопром: 4 ключевых тренда цифрового производства

Автономные авто, электромобили и массовая кастомизация переопределяют автомобильный ландшафт. Чтобы оставаться конкурентоспособными в эре Индустрии 4.0, производители ускоряют внедрение технологий 3D-печати.

1. 3D-печать питает электрификацию транспорта

Недавний опрос Jabil показывает: 48% автопроизводителей нацелены стать лидерами рынка электромобилей. Эта амбиция топлит растущее использование аддитивного производства (АМ) по сектору.

Пока индустрия пивотит от ДВС к EV, 3D-печать предлагает быстрый путь разработки и позволяет дизайны, ранее невозможные. Облегчение, движимое генеративными инструментами дизайна и свободой АМ, особенно критично для EV, где уменьшение массы напрямую переводится в больший запас хода и меньшие требования к батарее.

«Генеративный дизайн и АМ скоро станут основными энейблерами более лёгких деталей для электромобилей», — говорит Кевин Квинн, директор по аддитивному дизайну и производству GM, в интервью Additive Manufacturing Media.

Снижение веса жизненно важно: более тяжёлые авто требуют большие батареи для целей запаса хода, а сами батареи добавляют значительную массу. Таким образом, каждый сэкономленный килограмм в авто или его компонентах удлиняет запас хода и улучшает характеристики.

Olli от Local Motors — автономный 3D-напечатанный электрический шаттл — иллюстрирует тренд. Используя крупнейшие в мире 3D-принтеры, BAAM от ORNL и LSAM от Thermwood, компания произвела большинство структурных компонентов Olli, включая крышу и нижнюю кузовную часть. Olli сейчас на испытаниях в 13 глобальных локациях.

Arcimoto, американский производитель устойчивых авто, партнёрствует с XponentialWorks для производства Fun Utility Vehicles (FUV) с 3D-напечатанными деталями: задним качающим рычагом, кулаком, верхним рычагом управления и педалю тормоза. Эти компоненты перепроектированы инструментом генеративного дизайна ParaMatters, давая экономию веса 34–49%. С этими редизайнами Arcimoto достигла 120 lbs из 200-lb цели и планирует достичь финальной цели скоро.

2. Интеграция АМ в серийное автопроизводство

Пока 3D-печать сначала завоевала тракцию для быстрого прототипирования, производители теперь поворачивают к ней для прямого производства деталей и оснастки. Этот сдвиг сигнализирует о движении к цифровому массовому производству.

Однако автопроизводство требует высокой пропускной способности, низкой стоимости материалов и глубокой автоматизации. Плюс эволюционирующие паттерны спроса, динамика цепочек поставок и толчок к массовой кастомизации добавляют сложности.

Для решения этих вызовов АМ-индустрия продвигается быстро. Металлический binder jetting, например, предлагает более быстрые скорости печати, чем многие другие металлические АМ-процессы — явное преимущество для объёмного производства.

Автопроизводители также автоматизируют свои АМ-рабочие процессы: внедряя инструменты DfAM (Design for Additive Manufacturing), ПО MES (Manufacturing Execution System) для прослеживаемости и автоматизированные постобработки. Одновременно разработчики материалов выпускают УФ-стабильные пластики и автоградные металлы вроде алюминия и стали, соответствующие отраслевым спецификациям.

Отчёт SmarTech прогнозирует выручку автопромышленного АМ-производства почти $10 млрд к концу этого десятилетия.

Хотя производство конечных деталей АМ всё ещё набирает скорость, ожидается ускорение импульса в ближайшие 5–10 лет по мере созревания технологий и появления новых применений.

3. Коллаборация движет индустриализацию АМ

Промышленные и исследовательские партнёры работают над индустриализацией 3D-печати в полностью автоматизированные производственные линии для авто. Масштаб недавних проектов подчёркивает этот коллаборативный импульс.

Проект Industrialisation and Digitalisation of Additive Manufacturing (IDAM), возглавляемый BMW Group, объединяет двенадцать партнёров для построения линий, способных производить минимум 50 000 серийных компонентов в год и более 10 000 индивидуальных или запасных деталей. Проект также нацелен на удвоение снижения стоимости единицы металлических 3D-напечатанных компонентов. IDAM продлится два года, устанавливая устойчивую металлическую 3D-печать в производстве.

В полимерном АМ проект POLYLINE решает вызовы интеграции 3D-напечатанных полимеров в автолинии. Фокус на разработке новых стандартов, повышении автоматизации и создании цифровых данных рабочих процессов, повышающих эффективность через производство и цепочки поставок.

Обе инициативы, базирующиеся в Германии, отражают сильные инвестиции страны в АМ для производства конечных деталей.

4. 3D-напечатанная электроника для коннектед авто

Коннектед автомобили размножают сенсоры и антенны, требуя более мелкой, сложной электроники. 3D-печать для электроники позволяет встраивать эти компоненты прямо в механические структуры, повышая надёжность и срок службы при снижении затрат и времени разработки.

Исследователи Института систем и робототехники в Португалии исследуют 3D-напечатанные тактильные сенсоры для замены физических кнопок. Neotech AMT GmbH видит потенциал в 3D-печати нагревательных узоров для салонов авто, снижая вес, количество деталей и шаги сборки.

Хотя 3D-напечатанные электронные компоненты ещё не мейнстрим, широкое внедрение 3D-печати для металла и пластика в автосекторе предполагает, что следующая волна лёгкой сложной электроники последует.

3D-печать в автопроме: на пороге перемен

По мере того как автомобили становятся умнее и автономнее, автопроизводители и поставщики сталкиваются с трансформационными сдвигами, движущими дальнейшее внедрение 3D-печати. Технология предлагает неповторимую гибкость, позволяя создавать детали, которые традиционные процессы не могут произвести.

Стратегические партнёрства с АМ-компаниями и коллаборативные индустриализационные проекты формируют будущее автомобильного производства. Пока полный эффект ещё должен быть продемонстрирован, видение и масштаб этих инициатив сигнализируют о светлом будущем 3D-печати в отрасли.