5 способов, которыми 3D-печать меняет автомобильную промышленность

Источник фото all3dp.com

 Статья с сайта formlabs.com адаптирована и дополнена для вас Top 3D Shop.

 В автосалоне пока нельзя купить полностью 3D-печатный автомобиль, но аддитивные технологии уже много лет используются при разработке автомашин. С каждым годом, особенно в последнее время, 3D-печать занимает все более важное место на всех этапах производства. Об этом свидетельствует быстрый рост доли рынка 3D-печати в автомобильном производстве, которая, согласно прогнозам, достигнет 2,5 млрд. долларов к 2023 году.

Например, компании, производящие автомобили класса люкс, в том числе Bentley, Porsche, BMW и Ferrari, используют 3D-печать для создания кастомизированных деталей интерьера авто. GM, Volvo, Ford используют 3D-печать для производства оснастки, чтобы сэкономить деньги, улучшить дизайн и сократить сроки поставки.

Источник 3dprinting.com

У 3D-печати постоянно появляются новые возможности, она становится все более доступной. Если первые 3D-принтеры стоили около 20 тыс. долларов, сейчас можно найти 3D-оборудование за 100 долларов. Теперь компании могут, с помощью аддитивных технологий, производить необходимые комплектующие непосредственно на собственных предприятиях и не зависеть от поставщиков.

Новыми материалами на 3D-принтерах можно печатать высокоточные, функциональные конечные детали. Аддитивные технологии облегчают процесс производства нестандартных изделий и повышают производительность.

Но это только начало пути. Далее расскажем о пяти ключевых способах, которыми 3D-печать стимулирует инновации в автомобильной промышленности, начиная от конструирования автомобиля до его производства. Плюс один бонус.

1. Изменение процесса прототипирования

Именно с изготовления прототипов началось применение 3D-принтеров в автомобильной промышленности. На 3D-печатные прототипы тратили куда меньше времени, чем его требовали традиционные методы.

С помощью 3D-принтеров Raise3D и программы ideaMaker компания Crazy Grandpa Garage смогла автоматизировать процесс создания кастомных деталей авто. Стоимость производства снизилась на 50%, надежность конструкции значительно повысилась, срок выполнения работ сократился на 83%. Детали теперь получаются очень хорошо подогнанными к автомобилю.

Источник: facebook.com

С помощью 3D-печати конструкторы автомобилей могут быстро создавать прототипы отдельных деталей или агрегатов, от детали интерьера до приборной панели, или даже полноразмерные модели авто. Благодаря 3D-прототипированию, начальная идея стремительно превращается в физическое воплощение концепции — концептуальную модель. Затем концепция может быть развита до изготовления полнофункциональных прототипов высокой точности, а после нескольких этапов проверки начинается массовое производство. Для автомобильной промышленности быстрое прохождение этих этапов жизненно необходимо, весь простой автомобильной производственной линии всего лишь в течение часа обходится компании очень дорого.

Например, сборочный завод американского производителя автомобилей General Motors утверждает, что благодаря приобретению 3D-принтера в 2016 году удалось сэкономить более 300 000 долларов США.

Применяя лазерную стереолитографию (SLA) на своем предприятии, дизайнеры и инженеры Ringbrothers не зависят от сторонних организаций. Стоимость снижается, время на разработку сокращается. Источник: formlabs.com

Патрубки для BMW M4 производства Eventuri, Источник: ultimaker.com

Традиционное прототипирование занимало много времени и обходилось дорого, в частности потому, что продукт проходил больше итераций. С 3D-печатью можно создать качественные прототипы за один день и при гораздо меньших затратах. Еще примеры.

The Ford Fiesta ST с 3D-печатными деталями, выст. SEMA 2016, ultimaker.com

Так, General Motors заключила партнерское соглашение с Autodesk по производству недорогих и легких деталей для автомобилей с использованием 3D-принтеров. По данным Autodesk, инструменты, приспособления и фитинги теперь можно производить за небольшую часть стоимости. Например, 3D-печатный инструмент, используемый для выравнивания идентификационных номеров двигателя и коробки передач, стоит меньше 3 долларов США в General Motors. Традиционно произведенный инструмент обойдется в 3000 долларов. Кроме того, время простоя из-за неисправного инструмента может быть значительно сокращено, поскольку новые инструменты производятся на месте.

2. Создание нестандартных и сложных деталей

Daihatsu, самый старый производитель автомобилей в Японии, в 2016 году запустил проект, позволяющий кастомизировать свою модель Copen.

Источник: 3dprint.com

В сотрудничестве со Stratasys клиенты Daihatsu могут проектировать и заказывать индивидуальные 3D-печатные панели для своих передних и задних бамперов с возможностью выбора из более чем 15 базовых рисунков в 10 различных цветах.

Источник: 3dprint.com

В Европе бренд BMW MINI также использует 3D-печать для создания персонализированных автомобильных деталей. С начала 2018 года клиенты MINI могут персонализировать различные элементы отделки, такие как приборная панель, светодиодные накладки на пороги и выступы с подсветкой, а также выбирать различные цвета и текстуры. Эти детали затем печатаются в 3D с использованием ряда технологий, от DLS Carbon до SLS.

Источник: formlabs.com

Гоночный автомобиль Volkswagen Motorsport's I.D. R Pikes Peak разработан с использованием более 2000 3D-печатных деталей для испытаний.

Источник amfg.ai

Применение 3D-принтеров дает возможность экспериментировать при разработке нестандартных конструкций, снижает расходы на их производство. Длительные производственные процессы создания продукции по индивидуальному заказу становятся гораздо короче.

В Ringbrothers используют 3D-печать для создания конечных деталей по индивидуальному заказу, например — вентиляционных решеток. Источник: formlabs.com

Крупные компании объединяют технологии 3D-печати и традиционные методы производства. Фольксваген воссоздал свой культовый Microbus 1962 года, заменив бензиновый двигатель на электрический, мощностью в 120 л.с. Для концептуального электрического минивэна Type 20 придумали множество усовершенствований, используя 3D-печатные детали. В числе таких улучшений — литые алюминиевые диски. Даже колпаки на диск колеса, хоть и выглядят как штампованные стальные, на самом деле напечатаны на SLA 3D-принтере от Formlabs, затем на них нанесли гальваническое покрытие и отполировали.

Источник: formlabs.com

Характеристики SLA 3D-принтера Formlabs Form 2

Источник: top3dshop.ru

Bentley Speed 6 — еще один пример. В Bentley использовали передовую технологию 3D-принтеров по металлу, чтобы изготовить решетку радиатора, боковые вентиляционные отверстия, дверные ручки и выхлопные трубы гораздо более сложные, чем используются в нынешних серийных моделях.

Bentley использовал 3D-печать металлом для создания сложных деталей, имеющих микронную точность. Источник: formlabs.com

3D-печать также позволила создавать детали, которые невозможно было изготовить никаким другим способом.

Яркий пример — моноблочный суппорт тормоза от Bugatti. Для некоторых компонентов Bugatti предпочел бы титан, из-за его высоких эксплуатационных характеристик, но обработка этого металла традиционными методами дорогая и сложная. 3D-печать позволила Bugatti изготовить тормозной суппорт из титанового сплава. За счет тонких стенок суппорт получился очень легким — почти в два раз легче кованого алюминиевого. При этом по прочности 3D-печатный моноблок превосходит алюминиевый. 3D-печатный моноблок из титана имеет предел прочности на разрыв 1250 Н / мм2. Это означает, что на квадратный миллиметр этого титанового сплава будет приложено усилие чуть более 125 кг без разрыва материала. Новый титановый суппорт длиной 41 см, шириной 21 см и высотой 13,6 см весит всего 2,9 кг по сравнению с используемым в настоящее время алюминиевым, который весит 4,9 кг.

Тормозной моноблок от Bugatti — самый крупный в отрасли функциональный 3D-печатной титановый компонент для автомобиля. Источник: formlabs.com

3. Изготовление инструментов и приспособлений

Различные приспособления помогают облегчить и ускорить производственные и сборочные процессы, повысить безопасность работников. Автомобильные заводы и поставщики комплектующих используют большое количество нестандартной оснастки, которая специально разрабатывается и оптимизируется для конечного использования. В результате, делается много нестандартного оборудования и инструментов, из-за этого увеличиваются затраты на производство.

Этот 3D-диск с защитным колесом был приобретен за 800 евро, но теперь его можно распечатать всего за 21 евро. Время разработки инструмента сократилось с 56 до 10 дней.

Источник: ultimaker.com

Если поручать изготовление нестандартных инструментов и приспособлений поставщикам услуг, которые изготавливают детали на станках из цельной металлической или пластиковой заготовки, это может на несколько недель задержать производство.

Так, разработка и создание прототипа коллекторного двигателя методами традиционного производства может занять до четырех месяцев и стоить около полумиллиона долларов. Благодаря 3D-печати компания Ford смогла разработать несколько вариантов всего за 4 дня и на 99,4% дешевле — всего за 3000 долларов.

Аддитивные технологии позволяют выполнить задачу за несколько часов и значительно сократить расходы, по сравнению с заказом на стороннем предприятии. Поскольку увеличение сложности 3D-печатной модели не влечет за собой дополнительных затрат, изделия можно лучше оптимизировать для их применения. Новые упругие материалы для 3D-печати во многих случаях позволяют печатать пластиковые детали вместо металлических или создавать на 3D-принтере прототипы, чтобы протестировать инструмент перед тем, как использовать его в работе

Постепенно производство 3D-печатных вспомогательных приспособлений и инструментов становится одной из самых больших областей применения аддитивных технологий.

Pankl Racing Systems использует 3D-печатные приспособления для крепления обрабатываемых деталей к ленте конвейера. Источник: formlabs.com

Например, компания Pankl Racing Systems использует комплекс из нескольких SLA 3D-принтеров Formlabs для изготовления важных производственных инструментов. При многоэтапном изготовлении деталей для коробок передач на автоматических токарных станках требуется серия приспособлений и инструментов, разработанных для каждой конкретной детали.

С помощью 3D-печати инженерам Pankl удалось сократить время на изготовление вспомогательных средств на 90% — с 2–3 недель примерно до 20 часов. Расходы тоже сократились на 80–90%, удалось сэкономить 150 000 долларов.

Переход на 3D-печать позволил Volkswagen Autoeuropa сократить расходы на разработку оснастки на 91% и сократить время ее изготовления на 95%.

4. Решение проблем с запчастями

Запасные части всегда представляли проблему для автомобильной промышленности. Спрос на них то есть, то нет, поэтому производство запчастей экономически довольно невыгодно, и хранение заранее изготовленных сменных компонентов тоже требует затрат. Но если нет доступных деталей для ремонта, возникают сложности, и основная продукция становится менее ценной.

3D-печать могла бы во многом решить проблему запчастей в автомобильной промышленности. Главными факторами являются печатные материалы, которые могут соответствовать характеристикам традиционных материалов, используемых в деталях, и быть рентабельными. К этому есть предпосылки.

С использованием систем автоматизированного проектирования чертежи всех деталей можно хранить в цифровом виде, поэтому не нужно будет хранить сами запчасти. Нужные клиенту детали можно будет печатать на 3D-принтере прямо в мастерской.

Даже устаревшие детали, чертежей которых не сохранилось, в принципе можно создать заново, сделав 3D-сканирование существующих деталей такого типа и применив обратную разработку (реверс-инжиниринг). Подробнее об этом можно почитать в нашем блоге. Старые проекты могут зажить новой жизнью. Есть немало любителей старинных автомобилей, с помощью 3D-печати можно было бы создавать запчасти и для них.

Компания Ringbrother с помощью 3D-печати воспроизвела эмблему Cadillac для собранного на заказ старого автомобиля. Источник: formlabs.com

5. Производство стандартных деталей

По мере того, как 3D-принтеры и материалы для 3D-печати будут становиться доступнее, возможен постепенный переход к производству серийных автомобильных деталей с помощью аддитивных технологий.

3D-печать дает возможность объединения компонентов в единое целое. Допустим, есть механизм, собранный из шести или семи автомобильных деталей, которые можно объединить в одну печатную деталь. Будет сэкономлено время и затраты на сборку. При 3D-печати также возможно уменьшить вес объединенного узла, в результате автомобиль будет эффективнее использовать горючее.

В компании 3D Systems спроектировали усовершенствованную выхлопную трубу для спортивного мотоцикла. На изображении ниже вы увидите 20 деталей из листового металла и гидроформованных деталей, необходимых для сборки оригинальной выхлопной трубы. Справа — монолитная выхлопная труба, которая не требует сборки, изготовленная с использованием металлической 3D-печати.

Источник: designnews.com

3D-печатная труба произведена с использованием титана марки Grade23 всего за 23 часа, для ее традиционного производства потребовались бы три недели. Время разработки дизайна сокращено с 6 недель до 6 дней. Аддитивная технология также устраняет необходимость в оснастке, креплениях, многократной сварке и нескольких проверках.

Оптимизация геометрии позволила сократить количество материала, необходимого для максимальной производительности. Все элементы оригинальной выхлопной трубы включены в новый дизайн и, при печати с типичной толщиной стенки 0,5 мм, 3D-печатная выхлопная труба примерно на 25% легче, чем оригинальная.

Широкий выбор материалов для 3D-печати начинает соответствовать требованиям различных компонентов автомобиля. Поскольку аддитивные методы снижают затраты по сравнению с традиционными (такими как, формовка и литье под давлением), то с производственной и финансовой точек зрения есть большой смысл для дальнейшего внедрения 3D-печати в производство основных деталей.

Volkswagen, один из крупнейших и самых инновационных производителей автомобилей в мире, применяет 3D-принтер HP Metal Jet для производства высокопроизводительных функциональных деталей с особыми конструктивными требованиями, таких как ручки переключения передач и крепления зеркал. Долгосрочные планы Volkswagen по сотрудничеству с HP включают ускорение процессов производства массово настраиваемых деталей, таких как кольца для ключей и внешние таблички с названиями.

+1. 3D-печатные автомобили

Хотя автомобили, напечатанные на 3D-принтере целиком, пока не вышли на рынок, по некоторым интересным проектам и концептам можно судить о возможном направлении развития автомобилестроения.

Light Cocoon. Немецкую инжиниринговую фирму EDAG на создание 3D-печатной несущей конструкции автомобиля-концепта Light Cocoon (“Кокон света”) явно вдохновила природа. Каркас напоминает прожилки листа дерева или его ветки. Несмотря на то, что на конструкцию EDAG ушло меньше материала, чем на обычную раму, все прочностные требования, предъявляемые к конструктивно значимым компонентам, выполнены. Снаружи корпус обтянут легкой и прочной водонепроницаемой тканью.

Покрытие защищает EDAG Light Cocoon от непогоды и придает автомобилю неповторимую индивидуальность. Источник: formlabs.com

Blade. Blade («Лезвие») анонсировали, как «первый в мире 3D-печатный суперкар». Он соответствует стандартам суперкаров, но сделан из недорогих материалов: карбоновых трубок и алюминиевых стержней, в сочетании с напечатанными на 3D-принтере металлическими деталями. Blade получился очень легким и собирать его совсем недолго.

Первый в мире 3D-печатный суперкар Blade. Источник: formlabs.com

Strati. Американская компания Local Motors напечатала на 3D-принтере и собрала электромобиль Strati прямо на выставочном стенде, всего за 44 часа. Напечатано было большинство составляющих — кузов, сиденья, части салона. Автомобиль состоит из менее чем 50 узлов — несравнимо меньше тех тысяч деталей, которые идут на традиционный автомобиль. Компания намеревается сократить срок печати до 10 часов.

Strati от Local Motors состоит менее, чем из 50 отдельных частей*. Источник: formlabs.com

LSEV. Разработанный итальянской компанией XEV, LSEV может стать первой ласточкой на рынке 3D-печатных электромобилей, когда появится в продаже. На 3D-принтере напечатаны шасси, сиденья, ветровое стекло и все видимые части LSEV. Благодаря активному использованию 3D-печати удалось сократить количество компонентов с 2000 всего до 57, в результате чего получилась очень легкая конструкция. Электрокар весит всего 450 кг.

LSEV — первый 3D-печатный электромобиль, который должен появиться на рынке в 2020 году. Источник: formlabs.com

Хотя большинство этих и многих других проектов 3D-печатных автомашин остаются на стадии концептов, поразительна степень проникновения 3D-печати в различные области автомобильной промышленности. В одних случаях аддитивные технологии предоставляют новые возможности для дизайна и производства, в других — снижают производственные затраты и экономят время.

Читайте также:

Изготовление гоночного болида на 3D-принтерах и ЧПУ-станках

3D-сканирование автомобилей в тюнинге и ремонте