Как 3D-печать революционизирует автомобильную промышленность

Замечательные разработки в аддитивных производственных технологиях за последние несколько десятилетий трансформировали потенциальные способы проектирования, разработки, производства, фабрикации и распределения продуктов. Автомобильный сектор был очень прогрессивен в экспериментах с 3D-печатью, и эти достижения открыли новые двери во множестве аспектов. Эта статья обзора текущие разработки и описывает, как 3D-печать может переформировать автомобильный сегмент.

В каких областях 3D-печать особенно хороша

Переход от традиционных производственных процессов к технологиям 3D-печати революционизировал компании из различных отраслей в улучшении технических и бизнес-аспектов деталей и продуктов, но есть две основные области, где аддитивное производство окажет наибольшее влияние на автомобильный сектор.

Инновации в продукте

Аддитивное производство может производить компоненты с меньшими дизайн-ограничениями, которые трудно произвести с традиционными производственными процессами. Эта гибкость дизайна прокладывает путь для инноваций, делая возможным добавление улучшенных функциональностей, таких как интегрированная электропроводка (через полые структуры), меньший вес (через решетчатые структуры) и сложные геометрии, невозможные традиционными процессами. Кроме того, новые технологии AM все больше способны производить многоматериальные напечатанные детали с индивидуальными свойствами, такими как электрическая проводимость и переменная прочность. Эти процессы AM играют важную роль в создании более безопасных, легких, быстрых и эффективных транспортных средств будущего. Light Cocoon от EDAG — классический пример того, как AM потенциально может открыть новые двери в терминах инноваций.

Цепочка поставок

AM сокращает общее время выполнения, устраняя необходимость в новом инструменте и напрямую производя конечные детали. Кроме того, поскольку AM обычно использует только материал, необходимый для производства компонента, его использование может резко сократить отходы и снизить потребление материала. Более того, легкие компоненты, произведенные AM, могут снизить затраты на перемещение, а производство по запросу и на месте может снизить затраты на запасы, обеспечивая гибкую цепочку поставок. Наконец, AM может поддерживать децентрализованное производство на низких и средних объемах, включая сокращение затрат и улучшенную способность производить продукты ближе к клиентам, уменьшая сложность цепочки поставок.

Этапы продукта, где AM может быть применен

Со своими уникальными преимуществами AM способен заменить несколько процессов, которые традиционно используются в автомобильном производстве. Вот четыре значительных изменения, которые AM может принести в автомобильную отрасль.

Процесс прототипирования

Прототипирование обычно трудоемко и в итоге становится дорогим, так как продукт проходит через больше итераций. Быстрое прототипирование (3D-печать) позволяет компаниям превратить грубые идеи в убедительную валидацию концепции. Эти концепции могут затем переходить к высокоточным прототипам, которые близко соответствуют конечному результату и в конечном счете направляют продукты через серию итераций и стадий валидации к массовому производству. В автомобильной отрасли эта быстрая валидация имеет первостепенное значение. С 3D-печатью высокоубедительные и репрезентативные прототипы могут быть созданы за пару дней, при гораздо более низкой стоимости и сокращают расстояние между идеей и конечным продуктом, укрепляя их общие рабочие процессы разработки продукта.

Ремонт и поддержка (запасные части)

С помощью CAD дизайны буквально всех деталей могут быть сохранены как цифровая копия на жестком диске компьютера, устраняя необходимость поддерживать запасы. С использованием 3D-печати запасная деталь потенциально может быть произведена по запросу. Доступность технологии поощрит поставщиков открыть новые пространства для обеспечения легкого снабжения 3D-напечатанными компонентами и запасными частями. Даже детали, которых больше не существует, потенциально могут быть воссозданы по требованию, на основе обратной инженерии цифровых сканов существующих деталей. Старые дизайны могут обрести новую жизнь, а с другой стороны, запасные части для классических автомобилей могут быть легко воспроизведены.

Кастомизация

Кастомизация очень дорога и трудоемка с традиционными производственными процессами. 3D-печать идеальна для производства недорогих кастомизированных деталей, предоставляя производителям новые возможности в том, что они могут производить и предлагать своим клиентам. Для небольших кастомных авто-мастерских — 3D-печать автомобильных деталей предоставила способы повышения качества и креативности их работы, предоставляя большой простор для экспериментов и совершенствования кастомных дизайнов.

Серийное производство (сборки различных деталей)

3D-печать может улучшить эффективность на стадии общего производства деталей. У вас может быть сборка из пяти или шести автомобильных деталей, которые теперь могут быть объединены в одну напечатанную деталь. Вы экономите время сборки и затраты, даже если отдельная деталь может быть дороже. Консолидируя детали, процессы 3D-печати также могут помочь снизить вес и улучшить топливную эффективность. С производственной точки зрения будет более разумно дальше внедрять 3D-печать в общее производство деталей.

Какие технологии и материалы подходят

От пластиковых обтекателей до металлических компонентов двигателя, AM доказало себя и имеет больше предложить в терминах технологических процессов и материалов, которые могут быть использованы. Эта таблица дает краткий обзор популярных вариантов.

Применение	Процесс	Материал	Особенности	Примеры
Интерьер и сиденья	SLA, SLS, MJF	Полимеры	Кастомизированные косметические компоненты	Панели приборов, рамы сидений
Шины, колеса, подвеска	SLS, MJF, DMLS	Алюминиевые сплавы, полимеры	Прочные, стойкие компоненты	Пружины подвески, колпаки ступиц
Электроника	SLS, MJF	Полимеры	Нежные компоненты	Датчики, однодетальные панели управления
Выпускные системы и эмиссии	DMLS	Алюминиевые сплавы	Полые металлические детали	Охлаждающие вентиляции
Под капотом	SLS, MJF	Нейлон	Теплостойкие функциональные детали	Крышка аккумулятора
Светотехника	SLA, MJF	Смолы	Полностью прозрачные, высокая детализация	Фары, прототипы фар
Воздуховоды	SLS, MJF	Нейлон	Гибкие воздуховоды	HVAC-воздуховоды
Прототипы	SLA	Полимеры	Высокая детализация, четкие детали	Финальные высокодетализированные прототипы
Функциональные крепления	SLS, SLM, MJF	Nylon PA12, титан	Легкие, высокопрочные	Кронштейн генератора
Сложные детали двигателя	DMLS	Алюминиевые сплавы	Консолидированные, легкие, функциональные металлические детали	Подвеска типа «вишня»

Текущие примеры промышленного использования

Многие автомобильные OEM уже начали работать с AM, осознав его способность и эффективность, вот 2 таких примера.

3D-напечатанные шины Uptis от Michelin

Французский производитель шин Michelin представил свой первый прототип шины, поддерживаемый аддитивными производственными технологиями, в 2019 году. Названная Uptis (Unique Puncture-proof Tire System), эти шины спроектированы как бескамерные, чтобы снизить риск проколов и других потерь воздуха, résultant от проколов или дорожных опасностей. Дизайн возможен только благодаря AM. Если успешно, мы можем ожидать, что Uptis оснастит некоторые автомобили к 2024 году. Наконец, эти проколоустойчивые шины также могут сократить отходы для продвижения устойчивой подвижности (одна из целей видения компании будущего подвижности).

Porsche и первые 3D-напечатанные поршни двигателя

Автомобильный гигант Porsche впервые 3D-напечатал поршни двигателя. Аддитивно изготовленные компоненты были разработаны для высокопроизводительного двигателя Porsche 911 GT2. 3D-печать позволила оптимизировать поршни, и в результате сделать этот критичный двигательный элемент на 10% легче, чем традиционно изготовленные. Porsche использовал специальный алюминиевый сплав для поршней, чтобы получить лучшие свойства для этого конкретного применения.

Заключение

Учитывая диапазон возможностей, открытых AM, лидерам автомобильных компаний следует рассмотреть преимущества AM-технологий, чтобы опередить конкуренцию. Хотя традиционные производственные техники глубоко укоренились и будут продолжать занимать сильную позицию в автомобильной отрасли, аддитивное производство пробирается внутрь.

Xometry работает с ведущими автомобильными производителями, такими как BMW, поставщиками 1 и 2 уровня, и 44% компаний Fortune 500 в секторе автомобилей и запчастей для упрощения их цепочки поставок и динамического масштабирования производственной мощности. Ознакомьтесь с нашими услугами 3D-печати!