Примене 3Д штампања у аутомобилској индустрији

Технологија 3Д штампања преобликује индустрију производње аутомобила на различите начине, од производње делова и израде калупа до скраћених циклуса истраживања и развоја, лаганог интегрисаног дизајна, па чак и ширих промена у индустријском ланцу снабдевања. Иако се технологија још увек суочава са стварним ограничењима када је у питању масовна-производња, њена вредност као помоћног алата у развоју возила постала је широко призната у целој индустрији. Испод је детаљан поглед на то како се 3Д штампање примењује данас, заједно са искреним приказом где још увек недостаје.

3Д штампа се сада користи за производњу пластичних и металних аутомобилских компоненти. Технологија пластичне 3Д штампања је погодна за не-критичне делове као што су унутрашње контролне табле и компоненте контролне табле, где су толеранције димензија мање захтевне, а итерација дизајна је важнија од сирове механичке чврстоће. Насупрот томе, 3Д штампање метала се све више примењује на сложене делове као што су блокови мотора и главе цилиндра - компоненте са сложеном унутрашњом геометријом које је тешко или скупо произвести конвенционалним ливењем.

Један значајан пример је техника ливења{0}}без калупа без шаблона која је коришћена за скраћивање циклуса производње компоненти мотора са традиционална три-на-четири месеца која су потребна за израду алата на само две недеље, уз смањење трошкова од неколико стотина хиљада до неколико милиона јуана. Ова врста добитка је могућа јер технологија заобилази потребу за пројектовањем, машином и валидацијом физичког калупа пре него што се један део може произвести - корак који традиционално троши већину времена у развоју компоненти мотора.

Међутим, ограничења технологије су једнако важна за разумевање као и њене предности. Основни системи као што су погонски систем, вешање, батерија, гуме, точкови, каблови, електрични мотори и ветробранско стакло се и даље готово у потпуности ослањају на традиционалне методе производње. 3Д штампање не може директно да произведе прецизне електронске компоненте као што су ожичење, плоче или сензори - они ће остати чврсто у домену производних процеса који не замењују успостављену електронику скоро термин. У пракси, то значи да 3Д штампа данас функционише као допуна, а не замена за конвенционалну производњу аутомобила.

Једна од најјаснијих предности 3Д штампања у аутомобилском контексту је брза израда прототипа за калупе и алате. Пошто технологија гради делове директно из компјутерских графичких података без потребе за машинском обрадом или физичким калупом, може да генерише компоненте скоро сваког облика на захтев. Ово драматично скраћује развојни и производни циклус за аутомобилске калупе у поређењу са конвенционалним методама.

Где традиционални развој калупа може да потраје неколико месеци - обухватајући дизајн, израду алата, пробне радње и циклусе корекције - 3Д штампање може да компримује исти временски оквир на неколико недеља, док истовремено смањује трошкове истраживања и развоја. Ова предност у брзини се комбинује у целом програму возила: калуп који се може поновити у данима, а не недељама, омогућава инжењерским тимовима да тестирају више варијација дизајна пре него што се посвете скупим производним алатима.

Гледајући даље унапред, многи у индустрији виде 3Д штампање као потенцијални будући правац за ширење производње калупа за аутомобиле. Смањењем зависности од традиционалних процеса штанцања и ковања за одређене примене, адитивна производња би могла да помогне да се производња калупа помери ка ефикаснијем-моделу са нижим трошковима -, посебно за мале-производе алата са малим обимом или веома прилагођеним потребама где је тешко оправдати почетни трошак конвенционалних калупа.

Произвођачи аутомобила користе брзу{0}}снагу 3Д штампања у изради прототипа како би значајно смањили време потребно за валидацију спољашњег дизајна и производњу модела. Тамо где су циклуси развоја нових возила некада рутински прелазили две године, многи програми су сада сведени на мање од једне године. Ово убрзање се не дешава у вакууму - већ је директан одговор на интензивирање тржишне конкуренције. Само у 2014. години на кинеском тржишту лансирано је 328 нових модела возила, а тај ниво конкурентског притиска натерао је произвођаче да усвоје 3Д штампање као начин да повећају ефикасност истраживања и развоја и брже пласирају нове дизајне на тржиште.

Осим сирове брзине, 3Д штампа такође подржава истовремени, синхронизовани развој дизајна производа и производних процеса. Уместо да раде кроз стриктно секвенцијални дизајн-а затим-израђују ток посла, инжењерски и производни тимови могу да понављају паралелно, што смањује кашњења изазвана ревизијама уназад{4}}и-назад. Брза израда прототипа такође омогућава да недостаци у дизајну испливају раније, смањујући укупни развојни ризик пре него што дизајн буде закључан за алат.

Оптимизација структуре је једна од области у којој 3Д штампа нуди предности које је тешко поновити традиционалном производњом. Компоненте које су некада захтевале склапање хиљаду или више појединачних делова могу се, у неким случајевима, консолидовати у само неколико десетина штампаних делова. Када се комбинује са композитним материјалима као што су карбонска влакна, ова врста консолидације делова може довести до значајног смањења укупне тежине возила.

Возила која садрже 3Д-штампане структурне елементе као део интегрисаног приступа дизајну имају користи од мањег броја корака састављања и, у многим случајевима, побољшане укупне перформансе - смањење тежине директно подржавају бољу ефикасност и карактеристике управљања. Ова парадигма дизајна се све више сматра да указује на нови правац за аутомобилску производњу уопште, који може да гурне ширу индустрију ка ефикаснијим и еколошки одрживијим производним методама током времена, пошто консолидовани дизајни обично такође смањују отпад материјала и поједностављују растављање на крају{4}}{{5}животног века.

Традиционална производња аутомобила зависи од сложених, често глобалних ланаца снабдевања, са компонентама које се добијају из више земаља пре коначног склапања. 3Д технологија штампања има потенцијал да промени тај модел омогућавајући да се дизајн, набавка, производња, продаја и рециклажа концентришу у једном региону, смањујући зависност од-логистике на даљину.

Значајна илустрација ове промене је концептно возило које је постигло локализовану производњу путем 3Д штампања, смањујући-трошкове прекограничне испоруке и време испоруке које обично долази са глобално дистрибуираним ланцем снабдевања. У ширем смислу, 3Д штампање подржава малу-серијску, високо прилагођену производњу, што је добро у складу са ширим померањем индустрије од стандардизоване производње великих{5}}на размера ка флексибилнијим производним моделима. Ова флексибилност помаже произвођачима да брже реагују на промену потражње тржишта -, што је могућност која постаје све вреднија како се преференције потрошача фрагментирају и животни циклус возила скраћује.

Упркос овим предностима, 3Д штампа и даље не може да се такмичи са традиционалним процесима штанцања и ковања када је у питању стандардизована производња великих размера-. Неколико фактора наставља да ограничава шире усвајање: перформансе материјала и даље заостају за конвенционално произведеним металним деловима у неким применама, квалитет површине обично захтева додатне кораке накнадне-обраде као што су полирање и фарбање, а по-цену по обиму и даље је тешко оправдати у односу на утврђене методе масовне-производње. Возила произведена у великим размерама такође морају да испуњавају строге регулаторне захтеве, а у многим јурисдикцијама својства материјала 3Д-штампаних компоненти још увек нису у потпуности потврђена у односу на те стандарде.

Такође постоји структурни јаз у зрелости талента и ланца снабдевања. Индустрији тренутно недостаје довољно професионалаца који су дубоко упознати са принципима дизајна специфичним за адитивну производњу - дизајнирање за 3Д штампање захтева заиста другачији начин размишљања од дизајна за штанцане или машински обрађене делове. Истовремено, шири екосистем подршке, укључујући специјализоване добављаче материјала и пружаоце услуга накнадне{4}}обраде, још увек се развија и још увек није достигао ниво зрелости који се види у традиционалним ланцима снабдевања у аутомобилској индустрији.

С обзиром на ова ограничења, 3Д штампање ће вероватно доживети највећи краткорочни- раст као помоћни алат који се користи првенствено током фазе истраживања и развоја возила, где може да оптимизује токове дизајна кроз брзу израду прототипа и смањи потребу за скупим физичким калупима током раних фаза валидације.

Дугорочно, најперспективнији пут напред може да укључује комбиновање 3Д штампања са традиционалним методама производње -, на пример, коришћењем 3Д-штампаних калупа у комбинацији са конвенционалним процесима штанцања - како би се успоставила равнотежа између цене и ефикасности. Ова врста хибридног приступа могла би постепено да прошири опсег сценарија у којима адитивна производња постаје практична за производњу већег-обичајног опсега, уместо да захтева да се технологија такмичи-на-глава са штанцањем и ковањем под сопственим условима.

Како технологија наставља да сазрева, очекује се да ће усвајање у индустрији наставити да расте, посебно у сегментима врхунских{0}}прилагођених возила и у сектору нових енергетских возила, где су мање производње, бржа итерација дизајна и консолидација делова посебно добро усклађени са оним што 3Д штампање најбоље ради. У овим сегментима, вредност адитивне производње ће вероватно постати све очигледнија - не као велепродајна замена за традиционалну производњу аутомобила, већ као све неопходнија допуна.