Zastosowania druku 3D w przemyśle motoryzacyjnym

Technologia druku 3D zmienia przemysł motoryzacyjny na wiele sposobów, od produkcji części i tworzenia form po skrócone cykle badawczo-rozwojowe, lekką zintegrowaną konstrukcję, a nawet szersze zmiany w przemysłowym łańcuchu dostaw. Choć technologia ta w dalszym ciągu napotyka realne ograniczenia w przypadku masowej produkcji-na dużą skalę, jej wartość jako narzędzia pomocniczego w projektowaniu pojazdów została powszechnie uznana w całej branży. Poniżej znajduje się szczegółowe spojrzenie na to, jak druk 3D jest obecnie stosowany, wraz ze uczciwym opisem obszarów, w których nadal jest on niewystarczający.

Druk 3D jest obecnie wykorzystywany do produkcji zarówno plastikowych, jak i metalowych elementów samochodowych. Technologia druku 3D z tworzyw sztucznych dobrze nadaje się do-niekrytycznych części, takich jak wewnętrzne panele sterowania i elementy deski rozdzielczej, gdzie tolerancje wymiarowe są mniej wymagające, a iteracja projektu jest ważniejsza niż sama wytrzymałość mechaniczna. Z kolei druk 3D metalu jest coraz częściej stosowany w przypadku skomplikowanych części, takich jak bloki silnika i głowice cylindrów, - komponentów o skomplikowanej geometrii wewnętrznej, których produkcja metodą konwencjonalnego odlewania jest trudna lub kosztowna.

Godnym uwagi przykładem jest technika odlewania-bez wzorców, stosowana w celu skrócenia cyklu produkcyjnego komponentów silnika z tradycyjnych trzech-do-miesięcy wymaganych na obróbkę do zaledwie dwóch tygodni, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów o kilkaset tysięcy do kilku milionów juanów. Tego rodzaju korzyści są możliwe, ponieważ technologia omija potrzebę projektowania, obróbki mechanicznej i sprawdzania poprawności fizycznej formy przed wyprodukowaniem pojedynczej części -, co tradycyjnie zajmuje większość czasu realizacji prac nad opracowywaniem podzespołów silnika.

To powiedziawszy, ograniczenia tej technologii są tak samo ważne, jak zrozumienie ich mocnych stron. Podstawowe układy, takie jak układ napędowy, zawieszenie, akumulator, opony, koła, wiązki przewodów, silniki elektryczne i szyby przednie, w dalszym ciągu opierają się prawie wyłącznie na tradycyjnych metodach produkcyjnych.. 3Druk cyfrowy nie może bezpośrednio wytwarzać precyzyjnych elementów elektronicznych, takich jak okablowanie, płytki drukowane czy czujniki. - Pozostają one zdecydowanie w domenie ustalonych procesów produkcji elektroniki i nic nie wskazuje na to, że produkcja przyrostowa zastąpi je w najbliższej przyszłości. W praktyce oznacza to, że druk 3D funkcjonuje dziś jako uzupełnienie, a nie zamiennik konwencjonalnej produkcji samochodów.

Jedną z najbardziej oczywistych zalet druku 3D w kontekście motoryzacyjnym jest szybkie prototypowanie form i oprzyrządowania. Ponieważ technologia ta umożliwia budowanie części bezpośrednio z danych graficznych komputera, bez konieczności obróbki mechanicznej lub tworzenia fizycznej formy, na żądanie może generować komponenty o niemal dowolnym kształcie. To radykalnie skraca cykl rozwoju i produkcji form samochodowych w porównaniu z metodami konwencjonalnymi.

Tam, gdzie tradycyjne opracowywanie form może trwać kilka miesięcy, - i obejmuje projektowanie, produkcję narzędzi, serie próbne i cykle poprawek, - 3druk cyfrowy może skrócić ten sam czas do kilku tygodni, jednocześnie obniżając koszty badań i rozwoju. Ta zaleta szybkości ma zastosowanie w całym programie pojazdu: forma, którą można powtarzać w ciągu kilku dni, a nie tygodni, umożliwia zespołom inżynierskim testowanie większej liczby wariantów projektu przed zastosowaniem kosztownych narzędzi produkcyjnych.

Patrząc dalej w przyszłość, wiele osób w branży postrzega druk 3D jako potencjalny przyszły kierunek produkcji form samochodowych w szerszym ujęciu. Zmniejszając zależność od tradycyjnych procesów tłoczenia i kucia w przypadku niektórych zastosowań, produkcja przyrostowa może pomóc w popchnięciu produkcji form w stronę bardziej wydajnego,-tańszego modelu-, szczególnie w przypadku małych-nakładów lub wysoce dostosowanych serii oprzyrządowania, gdzie początkowy koszt konwencjonalnych matryc jest trudny do uzasadnienia.

Producenci samochodów wykorzystują możliwości-szybkiego prototypowania druku 3D, aby znacznie skrócić czas potrzebny na weryfikację projektu zewnętrznego i produkcję modelu. Tam, gdzie kiedyś cykle opracowywania nowych pojazdów rutynowo przekraczały dwa lata, obecnie wiele programów skrócono do mniej niż jednego roku. To przyspieszenie nie dzieje się w próżni - jest bezpośrednią reakcją na nasilającą się konkurencję na rynku. Tylko w 2014 r. na chiński rynek wprowadzono 328 nowych modeli pojazdów, a poziom presji konkurencyjnej zmusił producentów do wykorzystania druku 3D jako sposobu na zwiększenie wydajności badań i rozwoju oraz szybsze wprowadzanie nowych projektów na rynek.

Poza samą szybkością, druk 3D wspiera także równoczesny, zsynchronizowany rozwój procesów projektowania i wytwarzania produktów. Zamiast pracować według ściśle sekwencyjnego procesu projektowania,-następnie-budowania, zespoły inżynieryjne i produkcyjne mogą wykonywać iteracje równolegle, co ogranicza opóźnienia spowodowane-wprowadzaniem-poprawek wstecz. Szybkie prototypowanie pozwala również na wcześniejsze ujawnienie wad projektowych, zmniejszając ogólne ryzyko rozwoju, zanim projekt zostanie przekazany do oprzyrządowania.

Optymalizacja strukturalna to jeden z obszarów, w którym druk 3D oferuje korzyści trudne do odtworzenia w przypadku tradycyjnej produkcji. Komponenty, które kiedyś wymagały złożenia tysiąca lub więcej pojedynczych części, można w niektórych przypadkach połączyć w zaledwie kilkadziesiąt wydrukowanych części. W połączeniu z materiałami kompozytowymi, takimi jak włókno węglowe, tego rodzaju konsolidacja części może spowodować znaczące zmniejszenie całkowitej masy pojazdu.

Pojazdy zawierające elementy konstrukcyjne wydrukowane w 3D-w ramach zintegrowanego podejścia do projektowania charakteryzują się mniejszą liczbą etapów montażu, a w wielu przypadkach lepszą ogólną wydajnością - zmniejszenie masy bezpośrednio przekłada się na lepszą wydajność i właściwości jezdne. Ten paradygmat projektowania jest coraz częściej postrzegany jako wskazujący ogólnie na nowy kierunek produkcji samochodów, który z czasem może popchnąć szerszą branżę w kierunku bardziej wydajnych i bardziej zrównoważonych pod względem środowiskowym metod produkcji, ponieważ skonsolidowane projekty zazwyczaj zmniejszają również straty materiałowe i upraszczają-koniec-demontażu.

Tradycyjna produkcja samochodów opiera się na złożonych, często globalnych łańcuchach dostaw, w których komponenty pochodzą z wielu krajów przed ostatecznym montażem.. 3Technologia druku D może zmienić ten model, umożliwiając skoncentrowanie projektowania, zaopatrzenia, produkcji, sprzedaży i recyklingu w jednym regionie, zmniejszając zależność od-logistyki długodystansowej.

Godną uwagi ilustracją tej zmiany jest pojazd koncepcyjny, który umożliwił lokalną produkcję dzięki drukowi 3D, ograniczając-koszty wysyłki transgranicznej i czas realizacji, które zazwyczaj wynikają z globalnie rozproszonego łańcucha dostaw. Mówiąc szerzej, druk 3D umożliwia produkcję w małych-partiach i wysoce zindywidualizowaną, co dobrze wpisuje się w szersze przejście w branży od standardowej produkcji na dużą-skalę w stronę bardziej elastycznych modeli produkcji. Ta elastyczność pomaga producentom szybciej reagować na zmieniające się zapotrzebowanie rynku -. Ta funkcja staje się coraz cenniejsza w miarę fragmentacji preferencji konsumentów i skracania się cykli życia pojazdów.

Pomimo tych zalet druk 3D nadal nie może konkurować z tradycyjnymi procesami tłoczenia i kucia, jeśli chodzi o standaryzowaną produkcję na dużą-skalę. Szersze zastosowanie nadal utrudnia kilka czynników: w niektórych zastosowaniach wydajność materiału w dalszym ciągu pozostaje w tyle za konwencjonalnie wytwarzanymi częściami metalowymi, jakość powierzchni zwykle wymaga dodatkowych-etapów obróbki końcowej, takich jak polerowanie i malowanie, a koszt-części w ujęciu ilościowym nadal trudno uzasadnić w porównaniu z ustalonymi metodami-produkcji masowej. Pojazdy produkowane na dużą skalę muszą również spełniać rygorystyczne wymogi prawne, a w wielu jurysdykcjach właściwości materiałów-drukowanych w 3D komponentów nie zostały jeszcze w pełni sprawdzone pod kątem tych norm.

Istnieje również strukturalna luka w zakresie dojrzałości talentów i łańcucha dostaw. W branży brakuje obecnie wystarczającej liczby specjalistów, którzy są głęboko zaznajomieni z zasadami projektowania charakterystycznymi dla wytwarzania przyrostowego. - projektowanie pod kątem drukowania 3D wymaga naprawdę innego sposobu myślenia niż projektowanie części tłoczonych lub obrabianych maszynowo. Jednocześnie szerszy ekosystem wspierający, obejmujący dostawców specjalistycznych materiałów i dostawców usług-obróbki końcowej, wciąż się rozwija i nie osiągnął jeszcze poziomu dojrzałości obserwowanego w tradycyjnych łańcuchach dostaw motoryzacyjnych.

Biorąc pod uwagę te ograniczenia, druk 3D prawdopodobnie odnotuje największy-terminowy rozwój jako narzędzie pomocnicze wykorzystywane głównie w fazie badawczo-rozwojowej opracowywania pojazdów, gdzie może zoptymalizować przebieg prac projektowych poprzez szybkie prototypowanie i zmniejszyć potrzebę stosowania kosztownych form fizycznych na wczesnych etapach walidacji.

W dłuższej perspektywie najbardziej obiecującą ścieżką rozwoju może być połączenie druku 3D z tradycyjnymi metodami produkcyjnymi, - na przykład wykorzystanie form drukowanych 3D-w połączeniu z konwencjonalnymi procesami tłoczenia - w celu znalezienia równowagi między kosztami a wydajnością. Tego rodzaju podejście hybrydowe mogłoby stopniowo rozszerzać zakres scenariuszy, w których produkcja przyrostowa staje się praktyczna w przypadku-produkcji na większą skalę, zamiast wymagać, aby technologia konkurowała bezpośrednio z tłoczeniem i kuciem na własnych warunkach.

W miarę doskonalenia się technologii oczekuje się, że jej zastosowanie w branży będzie nadal rosło, szczególnie-w segmentach pojazdów z najwyższej półki, dostosowanych do indywidualnych potrzeb oraz w sektorze pojazdów o nowym napędzie, gdzie mniejsze serie produkcyjne, szybsza iteracja projektu i konsolidacja części szczególnie dobrze pasują do tego, co druk 3D sprawdza się najlepiej. W tych segmentach wartość wytwarzania przyrostowego będzie prawdopodobnie coraz bardziej widoczna - nie jako hurtowego zamiennika tradycyjnej produkcji samochodów, ale jako jej coraz bardziej niezbędne uzupełnienie.