Использование технологий 3D печати в автомобильной отрасли
Темпы прогресса в аддитивном производстве (AM) впечатляют. За несколько лет технология 3D печати превратилась из экзотической игрушки для изобретателей и хорошо финансируемых научных лабораторий в серьезную практическую революционную технологию, которая вполне может изменить промышленное производство.
Аддитивное производство (AM, или 3D-печать) впервые появилось в Японии в начале 1980-х годов, когда была изобретена стереолитография (SLA). Дела пошли еще дальше, когда основателем Stratasys Скоттом Крампом в 1989 году была изобретена технология FDM (от Fused Deposition Modelling, «моделирование методом наплавления»).
Эта технология стала популярной всего десять лет назад, когда истек срок действия первых патентов FDM. Производители наводнили рынок недорогим оборудованием - 3D-принтерами, использующими очень похожие технологии, также известные как FFF-принтеры (Fused Filament Fabrication, «производство методом наплавления нитей», устройства для создания трехмерных объектов, путем послойного нанесения на рабочую поверхность расплавленного термопластика).
В то же время оригинальные технологии 3D аддитивного производства SLA и селективное лазерное спекание (SLS) (метод аддитивного производства, который заключается в спекании мелкодисперсного порошкового материала с помощью лазера) совершенствовались и становились более рентабельными и доступными для бизнеса. И конечно же, появляются совершенно новые технологии 3D печати, некоторые из которых связаны с обещаниями полностью изменить мир не только прототипирования, но и коммерческого производства.
Что ждет в будущем?
В будущем мы вполне можем увидеть интеграцию AM в гибридные роботизированные рабочие станции , оснащенные системами автоматической смены инструмента, которые позволят им переключаться между еще большим количеством технологий AM, такими как производство плавленого гранулята (FGF - также известная как прямая печать гранулы) и непрерывную подачу волокна, на измельчение, на укладку термопластичной композитной ленты, изготовление единичных деталей по индивидуальному заказу, что еще совсем недавно было невозможным.
Пример. В течение нескольких лет компания Covestro (ранее DSM) работала с Toyota Motorsport GmbH (TMG) над разработкой и производством деталей SLA для ограниченной серии гоночных автомобилей TMG GT86 CS-V3. В этом случае технологии 3D печати это более экономичное решение, поскольку TMG может печатать детали вместо того, чтобы делать их вручную, как это было раньше.
TMG также широко использует стереолитографию для быстрого тестирования новых концепций дизайна, включая испытания в аэродинамической трубе . SLA позволяет создавать несколько вариантов дизайна одновременно, сокращая циклы разработки продукта. Детали включают воздухозаборник, колпачок воздухозаборника и каналы охлаждения тормозов.
Что означают технологии 3D-печати для автомобильной отрасли?
AM также может оказаться бесценным в персонализации и тюнинге автомобилей . Покупатели сейчас могут могут выбирать комплектации автомобилей с точки зрения цвета, объема и типа двигателя, отделки салона и информационно-развлекательных систем. Однако, покупателям все еще доступно относительно небольшое количество опций. AM позволит клиентам выбирать всевозможные уникальные для них варианты - и за умеренную дополнительную плату.
Вот лишь один пример: Twikit - технологическая компания из Бельгии, специализирующаяся на массовой настройке и цифровом производстве; он также является партнером Covestro (ранее DSM). Его технология используется в программе «Mini Yours Customize» от BMW, которая позволяет пользователям автомобиля Mini персонализировать некоторые элементы салона с помощью приложения на своем мобильном устройстве и заказать их в Центре аддитивного производства BMW в Германии. Это только начало. Завтра у вас может появиться интерьер, включающий в себя гораздо больше элементов AM, которые точно соответствуют вашим требованиям.
Использование AM для производства запасных частей к автомобилям звучит не так привлекательно, как AM для гоночных автомобилей, но практические последствия огромны. Это особенно верно, когда речь идет о запчастях для автомобилей, которые находятся в эксплуатации более нескольких лет. В настоящее время автопроизводители обязаны держать немалые запасы всех видов запчастей в течение как минимум десяти лет на случай, если они понадобятся. Это дорого и громоздко. Крупные компании и их дистрибьюторы имеют склады, простирающиеся на бесчисленные мили, в которых хранятся компоненты, которые, возможно, никогда не понадобятся. Стоимость доставки запчастей, часто на большие расстояния, от склада до конечного потребителя также может быть значительной. То же самое и с затратами на производство и обслуживание производственных инструментов.
Аддитивное производство и запчасти
Было бы намного проще, если бы эти компоненты и запасные части можно было производить только тогда, когда они необходимы. Технологии AM предоставляет такую возможность, а также дают возможность производить компоненты практически в любой точке мира. Все, что требуется, это 3d принтер. Материал должен быть доступен на месте, а файл STL - эквивалент пресс-формы для литья под давлением - можно загрузить не более чем за несколько минут. Подсчитано, что использование AM для производства автомобильных запчастей (пластмассы и металла) может снизить затраты на инвентаризацию примерно на 80%.
Некоторые крупные автопроизводители уже пользуются этой возможностью. Porsche использует AM для производства некоторых запасных частей, чтобы помочь некоторым из своих классических моделей, таких как 959, оставаться в эксплуатации. Mercedes-Benz также недавно анонсировал 3D-печать деталей для своих классических моделей.
В небольшом повороте истории старые модели мотоциклов Ducati получают новую жизнь благодаря одному из последних продуктов Covestro (ранее DSM) для FFF. Novamid® ID1030 CF10, сополимер полиамида 6,66, армированного 10% углеродным волокном, был принят ведущим специалистом в области мотоциклов в Европе, чтобы помочь отремонтировать два супербайка Ducati 998 RS и сделать их пригодными для гонок на соревнованиях по супербайку Ducati.
План состоял в том, чтобы отремонтировать и обновить байки, но поиск запасных частей для системы воздушного охлаждения оказался затруднительным. Поэтому вместо этого Биггелаар работал с Switchtec, местным специалистом по FFF и деловым партнером Covestro (ранее DSM), чтобы спроектировать и напечатать новый воздухозаборник для замены старого карбюратора.
Концепция использования AM для производства запасных частей имеет большой потенциал по многим причинам. Все чаще, особенно в Европе, старым автомобилям запрещают въезд в центры городов, потому что их выбросы различных газов и твердых частиц слишком высоки. AM может быть полезным инструментом для модернизации не только классических автомобилей, но и всевозможных устаревших автомобилей, чтобы они соответствовали последним правилам. Идея может идти вразрез с тенденцией производителей автомобилей заставлять покупателей менять автомобиль каждые три года или около того, но с точки зрения эффективности это имеет большой смысл.
Переход на цифровые технологии
Прогресс в области 3D технологий сопровождается значительными достижениями в области автоматизированного проектирования и CAE (англ. Computer-aided engineering — общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов). Прогнозирующее моделирование для моделирования работы деталей, находящихся под нагрузкой, еще до того, как они будут напечатаны, приобретает все большее значение. Инструменты структурного анализа, такие как Digimat-AM от e-Xstream, могут существенно снизить потребность в испытаниях материалов и итерациях проектирования. Covestro (ранее DSM) сотрудничает с e-Xstream в области прогнозного моделирования поведения деталей FFF, изготовленных из армированного полиамида.
Обе компании считают, что сочетание высокопроизводительного термопластического решения Covestro (ранее DSM) и подхода к моделированию механизмов усталостного разрушения, а также точных и удобных числовых инструментов e-Xstream предоставит пользователям возможность получить доступ к улучшенной методологии моделирования усталости. Это должно стать важным шагом на пути к широкомасштабному внедрению AM для серийного производства компонентов оригинального оборудования.