Primjena 3D štampe u automobilskoj industriji

Tehnologija 3D štampanja preoblikuje industriju proizvodnje automobila na različite načine, od proizvodnje delova i izrade kalupa do skraćenih ciklusa istraživanja i razvoja, laganog integrisanog dizajna, pa čak i širih promena u industrijskom lancu snabdevanja. Iako se tehnologija još uvijek suočava sa stvarnim ograničenjima kada je u pitanju masovna-proizvodnja, njena vrijednost kao pomoćnog alata u razvoju vozila postala je široko prepoznata u cijeloj industriji. Ispod je detaljan pogled na to kako se 3D štampanje danas primjenjuje, zajedno s iskrenim prikazom gdje još uvijek ne uspijeva.

3D štampa se sada koristi za proizvodnju plastičnih i metalnih automobilskih komponenti. Tehnologija plastične 3D štampe je pogodna za ne-kritične dijelove kao što su unutrašnji kontrolni paneli i komponente instrument table, gdje su tolerancije dimenzija manje zahtjevne, a iteracija dizajna je važnija od sirove mehaničke čvrstoće. Nasuprot tome, 3D štampanje metala se sve više primjenjuje na složene dijelove kao što su blokovi motora i glave cilindra - komponente sa zamršenom unutrašnjom geometrijom koje je teško ili skupo proizvesti konvencionalnim livenjem.

Jedan značajan primjer je tehnika livenja bez šablona{0}}bez kalupa koja je korištena za skraćivanje ciklusa proizvodnje komponenti motora sa tradicionalna tri-na-četiri mjeseca potrebna za izradu alata na samo dvije sedmice, uz smanjenje troškova od nekoliko stotina hiljada do nekoliko miliona juana. Ova vrsta dobitka je moguća jer tehnologija zaobilazi potrebu za dizajnom, mašinom i validacijom fizičkog kalupa prije nego što se jedan dio može proizvesti - korak koji tradicionalno troši većinu vremena u razvoju komponenti motora.

Međutim, ograničenja tehnologije su jednako važna za razumijevanje kao i njene snage. Osnovni sistemi kao što su pogonski sklop, ovjes, baterija, gume, kotači, kablovi, električni motori i vjetrobranska stakla se još uvijek gotovo u potpunosti oslanjaju na tradicionalne metode proizvodnje. 3D štampanje ne može direktno proizvesti precizne elektronske komponente kao što su ožičenje, ploče ili senzori - oni će ostati čvrsto u domeni proizvodnih procesa koji ne potiskuju etabliranu proizvodnju elektronike. skoro termin. U praksi, to znači da 3D štampa danas funkcioniše kao dopuna, a ne zamena za konvencionalnu proizvodnju automobila.

Jedna od najjasnijih prednosti 3D štampe u automobilskom kontekstu je brza izrada prototipa za kalupe i alate. Budući da tehnologija gradi dijelove direktno iz kompjuterskih grafičkih podataka bez potrebe za strojnom obradom ili fizičkim kalupom, može generirati komponente gotovo bilo kojeg oblika na zahtjev. Ovo dramatično skraćuje razvojni i proizvodni ciklus za automobilske kalupe u poređenju sa konvencionalnim metodama.

Gdje tradicionalni razvoj kalupa može potrajati nekoliko mjeseci - obuhvatajući dizajn, izradu alata, probne vožnje i cikluse korekcije - 3D štampanje može komprimirati isti vremenski okvir na nekoliko sedmica, dok istovremeno smanjuje troškove istraživanja i razvoja. Ova prednost u brzini spaja se u cijelom programu vozila: kalup koji se može ponoviti u danima, a ne u sedmicama, omogućava inženjerskim timovima da testiraju više varijacija dizajna prije nego što se posvete skupim proizvodnim alatima.

Gledajući dalje naprijed, mnogi u industriji gledaju na 3D štampanje kao na potencijalni budući pravac za širenje proizvodnje kalupa za automobile. Smanjenjem ovisnosti o tradicionalnim procesima štancanja i kovanja za određene primjene, aditivna proizvodnja bi mogla pomoći da se proizvodnja kalupa potakne prema efikasnijem-modelu s nižim troškovima -, posebno za male-proizvode alata ili visoko prilagođene serije gdje je teško opravdati početni trošak konvencionalnih kalupa.

Proizvođači automobila koriste snagu brzog-prototipa 3D štampanja kako bi značajno komprimirali vrijeme potrebno za validaciju vanjskog dizajna i proizvodnju modela. Tamo gdje su ciklusi razvoja novih vozila nekada rutinski prelazili dvije godine, mnogi programi su sada sažeti na manje od jedne godine. Ovo ubrzanje se ne dešava u vakuumu - već je direktan odgovor na intenziviranje tržišne konkurencije. Samo u 2014. godini, 328 novih modela vozila lansirano je na kinesko tržište, a taj nivo konkurentskog pritiska natjerao je proizvođače da usvoje 3D štampanje kao način za povećanje efikasnosti istraživanja i razvoja i brže plasiranje novih dizajna na tržište.

Osim sirove brzine, 3D štampa takođe podržava istovremeni, sinhronizovani razvoj dizajna proizvoda i proizvodnih procesa. Umjesto da rade kroz striktno sekvencijalni dizajn-a zatim-izgradite tok posla, inženjerski i proizvodni timovi mogu iterirati paralelno, što smanjuje kašnjenja uzrokovana nazad{4}}i-revizijama. Brza izrada prototipa također omogućava da nedostaci u dizajnu isplivaju ranije, smanjujući ukupni razvojni rizik prije nego što dizajn bude zaključan za alat.

Optimizacija strukture jedno je od područja u kojima 3D štampa nudi prednosti koje je teško ponoviti tradicionalnom proizvodnjom. Komponente koje su nekada zahtevale sastavljanje hiljadu ili više pojedinačnih delova mogu se, u nekim slučajevima, konsolidovati u samo nekoliko desetina štampanih delova. U kombinaciji sa kompozitnim materijalima kao što su karbonska vlakna, ova vrsta konsolidacije delova može dovesti do značajnog smanjenja ukupne težine vozila.

Vozila koja uključuju 3D-štampane strukturne elemente kao dio integrisanog pristupa dizajnu imaju koristi od manjeg broja koraka sastavljanja i, u mnogim slučajevima, poboljšane ukupne performanse - smanjenja težine direktno podržavaju bolju efikasnost i karakteristike upravljanja. Ova paradigma dizajna se sve više smatra da ukazuje na novi smjer za automobilsku proizvodnju općenito, koji može gurnuti širu industriju prema efikasnijim i ekološki održivijim proizvodnim metodama tokom vremena, budući da konsolidovani dizajn obično također smanjuje otpad materijala i pojednostavljuje rastavljanje na kraju{4}}{{5}životnog vijeka.

Tradicionalna proizvodnja automobila zavisi od složenih, često globalnih lanaca snabdijevanja, s komponentama koje se nabavljaju iz više zemalja prije konačnog sklapanja. 3D tehnologija štampanja ima potencijal da promijeni taj model dopuštajući da se dizajn, nabavka, proizvodnja, prodaja i reciklaža koncentrišu unutar jedne regije, smanjujući ovisnost o- logistici na daljinu.

Značajna ilustracija ove promjene je konceptno vozilo koje je postiglo lokaliziranu proizvodnju putem 3D štampanja, smanjujući-troškove prekogranične dostave i vrijeme isporuke koje obično dolazi s globalno distribuiranim lancem nabavke. U širem smislu, 3D štampanje podržava malu-serijsku, visoko prilagođenu proizvodnju, što je dobro usklađeno sa širim pomakom industrije od standardizirane proizvodnje velikih{5}}na fleksibilnijim modelima proizvodnje. Ova fleksibilnost pomaže proizvođačima da brže odgovore na promjenjivu potražnju tržišta -, što je mogućnost koja postaje sve vrijednija kako se preferencije potrošača fragmentiraju i životni ciklus vozila skraćuje.

Uprkos ovim prednostima, 3D štampa i dalje ne može da se takmiči sa tradicionalnim procesima štancanja i kovanja kada je u pitanju velika-standardizovana proizvodnja. Nekoliko faktora i dalje ograničava šire usvajanje: performanse materijala i dalje zaostaju za konvencionalno proizvedenim metalnim dijelovima u nekim aplikacijama, kvalitet površine obično zahtijeva dodatne korake naknadne-obrade kao što su poliranje i farbanje, a po-trošak po zapremini i dalje je teško opravdati u odnosu na utvrđene metode masovne-proizvodnje. Vozila proizvedena u velikim količinama također moraju ispunjavati stroge regulatorne zahtjeve, a u mnogim jurisdikcijama svojstva materijala 3D-štampanih komponenti još uvijek nisu u potpunosti potvrđena u odnosu na te standarde.

Takođe postoji strukturni jaz u zrelosti talenta i lanca snabdevanja. Industriji trenutno nedostaje dovoljno profesionalaca koji su duboko upoznati sa principima dizajna specifičnim za aditivnu proizvodnju - dizajniranje za 3D štampanje zahtijeva istinski drugačiji način razmišljanja od dizajna za utisnute ili obrađene dijelove. Istovremeno, širi ekosistem podrške, uključujući specijalizirane dobavljače materijala i pružaoce usluga naknadne obrade, još uvijek se razvija i još nije dostigao nivo zrelosti koji se vidi u tradicionalnim lancima nabavke automobila.

S obzirom na ova ograničenja, 3D štampa će vjerovatno doživjeti svoj najveći kratkoročni-rast kao pomoćni alat koji se prvenstveno koristi tokom R&D faze razvoja vozila, gdje može optimizirati radni tok dizajna kroz brzu izradu prototipa i smanjiti potrebu za skupim fizičkim kalupima tokom ranih faza validacije.

Dugoročno, najperspektivniji put naprijed može uključivati ​​kombinovanje 3D štampanja sa tradicionalnim metodama proizvodnje -, na primjer, korištenjem 3D-štampanih kalupa u kombinaciji sa konvencionalnim procesima štancanja - kako bi se uspostavila ravnoteža između troškova i efikasnosti. Ova vrsta hibridnog pristupa mogla bi postepeno proširiti raspon scenarija u kojima aditivna proizvodnja postaje praktična za veću-proizvodnju, umjesto da zahtijeva tehnologiju da se takmiči-u-glavu sa štancanjem i kovanjem pod vlastitim uvjetima.

Kako tehnologija nastavlja da sazrijeva, očekuje se da će usvajanje u industriji nastaviti rasti, posebno u vrhunskim{0}}prilagođenim segmentima vozila i u sektoru novih energetskih vozila, gdje su manje proizvodnje, brža iteracija dizajna i konsolidacija dijelova posebno dobro usklađeni s onim što 3D štampa najbolje radi. U ovim segmentima, vrijednost aditivne proizvodnje će vjerovatno postati sve očiglednija - ne kao veleprodajna zamjena za tradicionalnu proizvodnju automobila, već kao sve nezamjenjiviju dopunu.