3D spausdinimo taikymas automobilių gamybos pramonėje

3D spausdinimo technologija įvairiais būdais keičia automobilių gamybos pramonę: nuo dalių gamybos ir formų gamybos iki sutrumpėjusių MTEP ciklų, lengvo integruoto dizaino ir dar didesnių poslinkių visoje pramonės tiekimo grandinėje. Nors technologija vis dar susiduria su tikrais apribojimais, kai kalbama apie-masinę masinę gamybą, jos, kaip pagalbinės transporto priemonių kūrimo priemonės, vertė tapo plačiai pripažinta visoje pramonėje. Toliau išsamiai apžvelgiama, kaip šiandien taikomas 3D spausdinimas, ir nuoširdžiai paaiškinama, kur vis dar trūksta.

3D spausdinimas dabar naudojamas tiek plastikiniams, tiek metaliniams automobilių komponentams gaminti. Plastikinė 3D spausdinimo technologija puikiai tinka ne-kritinėms dalims, pvz., vidaus valdymo skydams ir prietaisų skydelio komponentams, kur matmenų tolerancijos yra mažesnės, o dizaino kartojimas yra svarbesnis nei neapdorotas mechaninis stiprumas. Metalinis 3D spausdinimas, priešingai, vis dažniau taikomas sudėtingoms dalims, tokioms kaip variklio blokai ir cilindrų galvutės - sudėtingos vidinės geometrijos komponentai, kuriuos sunku arba brangu pagaminti naudojant įprastą liejimą.

Vienas žymus pavyzdys yra liejimo be raštų{0}beformos technika, kuri buvo naudojama siekiant sutrumpinti variklio komponentų gamybos ciklą nuo tradicinių trijų-iki -keturių mėnesių, reikalingų įrankiams apdirbti, iki dviejų savaičių, tuo pačiu sumažinant išlaidas nuo kelių šimtų tūkstančių iki kelių milijonų juanių. Toks pelnas įmanomas, nes technologija aplenkia poreikį suprojektuoti, apdirbti ir patvirtinti fizinę formą, kad būtų galima pagaminti vieną dalį -, tai yra žingsnis, kuris tradiciškai sunaudoja didžiąją dalį variklio komponentų kūrimo laiko.

Be to, technologijos apribojimus taip pat svarbu suprasti, kaip ir jos stipriąsias puses. Pagrindinės sistemos, pvz., jėgos pavara, pakaba, akumuliatorių paketas, padangos, ratai, laidų pynė, elektros varikliai ir priekiniai stiklai, vis dar beveik visiškai priklauso nuo tradicinių gamybos metodų. 3D spausdinimas negali tiesiogiai pagaminti tikslių elektroninių komponentų, pvz., laidų, grandinių plokščių ar jutiklių - jie tvirtai išlieka nusistovėjusių elektronikos gamybos procesų srityje, o tai beveik nepakeis. Praktiškai tai reiškia, kad 3D spausdinimas šiandien papildo, o ne pakeičia įprastą automobilių gamybą.

Vienas iš ryškiausių 3D spausdinimo pranašumų automobilių kontekste yra greitas formų ir įrankių prototipų kūrimas. Kadangi ši technologija gamina dalis tiesiai iš kompiuterinių grafinių duomenų, nereikalaujant apdirbimo ar fizinės formos, pagal poreikį ji gali generuoti beveik bet kokios formos komponentus. Tai žymiai sutrumpina automobilių formų kūrimo ir gamybos ciklą, palyginti su įprastais metodais.

Kai tradicinių formų kūrimas gali užtrukti kelis mėnesius -, įskaitant projektavimą, įrankių gamybą, bandomuosius paleidimus ir taisymo ciklus - 3D spausdinimas gali sutrumpinti tą patį laiką iki kelių savaičių, tuo pačiu sumažinant MTTP išlaidas. Šis greičio pranašumas susilieja visoje transporto priemonės programoje: forma, kurią galima kartoti per dienas, o ne savaites, leidžia inžinierių komandoms išbandyti daugiau dizaino variantų prieš įsipareigodamos naudoti brangius gamybos įrankius.

Žvelgiant į tolesnę ateitį, daugelis pramonės atstovų mano, kad 3D spausdinimas yra potenciali ateities automobilių formų gamybos kryptis plačiau. Sumažinus priklausomybę nuo tradicinių štampavimo ir kalimo procesų tam tikroms reikmėms, priedų gamyba gali padėti formų gamybai sukurti veiksmingesnį, pigesnį modelį -, ypač mažos-apimties arba labai pritaikytų įrankių eksploatacijose, kai sunku pateisinti išankstines įprastų štampų sąnaudas.

Automobilių gamintojai naudojasi sparčiais{0}}3D spausdinimo prototipų kūrimo pranašumais, kad žymiai sutrumpėtų laikas, reikalingas išorės dizaino patvirtinimui ir modelių gamybai. Kai naujų transporto priemonių kūrimo ciklai kažkada paprastai viršydavo dvejus metus, daugelis programų dabar sutrumpėjo iki vienerių metų. Šis pagreitis nevyksta vakuume -, tai yra tiesioginis atsakas į stiprėjančią konkurenciją rinkoje. Vien 2014 m. Kinijos rinkoje buvo pristatyti 328 nauji transporto priemonių modeliai, o dėl konkurencinio spaudimo gamintojai pradėjo naudoti 3D spausdinimą kaip būdą padidinti MTTP efektyvumą ir greičiau pateikti naujų dizainų rinkai.

Be neapdoroto greičio, 3D spausdinimas taip pat palaiko tuo pačiu metu sinchronizuotą gaminio projektavimo ir gamybos procesų vystymą. Užuot dirbę pagal griežtai nuoseklų dizainą-, o-kurkite darbo eigą, inžinierių ir gamybos komandos gali dirbti lygiagrečiai, o tai sumažina delsą, atsirandančią dėl pirminės-ir{5}}atgal peržiūros. Greitas prototipų kūrimas taip pat leidžia anksčiau atskleisti dizaino trūkumus, sumažinant bendrą kūrimo riziką, kol dizainas nėra užrakintas įrankiams.

Struktūrinis optimizavimas yra viena iš sričių, kurioje 3D spausdinimas suteikia privalumų, kuriuos sunku pakartoti naudojant tradicinę gamybą. Komponentai, kuriems anksčiau reikėjo surinkti tūkstantį ar daugiau atskirų dalių, kai kuriais atvejais gali būti sujungti į kelias dešimtis spausdintų dalių. Sujungus su kompozitinėmis medžiagomis, tokiomis kaip anglies pluoštas, toks dalių sujungimas gali reikšmingai sumažinti bendrą transporto priemonės svorį.

Transporto priemonėse, kuriose yra 3D{1}}spausdintų konstrukcinių elementų, kaip integruoto dizaino metodo dalį, yra mažiau surinkimo žingsnių, o daugeliu atvejų geresnis bendras našumas - svorio sumažinimas tiesiogiai palaiko geresnį efektyvumą ir valdymo savybes. Vis dažniau manoma, kad ši projektavimo paradigma nukreipia į naują automobilių gamybos kryptį, kuri ilgainiui gali paskatinti platesnę pramonę taikyti efektyvesnius ir aplinką tausojančius gamybos metodus, nes dėl konsoliduotų konstrukcijų paprastai taip pat sumažinamas medžiagų švaistymas ir supaprastinamas eksploatacijos pabaigos išardymas.

Tradicinė automobilių gamyba priklauso nuo sudėtingų, dažnai pasaulinių tiekimo grandinių, o komponentai tiekiami iš kelių šalių iki galutinio surinkimo

Įspūdinga šio pokyčio iliustracija yra koncepcinė transporto priemonė, kuri pasiekė lokalizuotą gamybą naudojant 3D spausdinimą, sumažindama gabenimo į užsienį kaštus{1}} ir pristatymo laiką, kuris paprastai atsiranda dėl visame pasaulyje paskirstytos tiekimo grandinės. Žvelgiant plačiau, 3D spausdinimas palaiko mažų-partijinę, labai individualizuotą gamybą, kuri puikiai dera su platesniu pramonės perėjimu nuo didelio-standartizuota gamybos prie lankstesnių gamybos modelių. Šis lankstumas padeda gamintojams greičiau reaguoti į besikeičiančią rinkos paklausą -, kuri tampa vis vertingesnė, nes vartotojų pageidavimai susiskaido ir transporto priemonių gyvavimo ciklas trumpėja.

Nepaisant šių pranašumų, 3D spausdinimas vis dar negali konkuruoti su tradiciniais štampavimo ir kalimo procesais, kai kalbama apie didelio masto standartizuotą gamybą. Keletas veiksnių ir toliau riboja platesnį pritaikymą: kai kuriose srityse medžiagų savybės vis dar atsilieka nuo įprastų metalinių dalių, paviršiaus kokybei paprastai reikia atlikti papildomus po-apdirbimo veiksmus, pvz., poliravimą ir dažymą, o dalies kainą pagal tūrį sunku pagrįsti nustatytais masinės{5}}gamybos metodais. Dideliu mastu gaminamos transporto priemonės taip pat turi atitikti griežtus reguliavimo reikalavimus, o daugelyje jurisdikcijų 3D -spausdintų komponentų medžiagų savybės dar nėra visiškai patvirtintos pagal šiuos standartus.

Taip pat yra struktūrinis talentų ir tiekimo grandinės brandos atotrūkis. Šiuo metu pramonėje trūksta pakankamai specialistų, kurie būtų gerai susipažinę su projektavimo principais, būdingais priedų gamybai - kuriant 3D spausdinimą, reikia visiškai kitokio požiūrio nei kuriant štampuotas ar apdirbtas dalis. Tuo pačiu metu platesnė pagalbinė ekosistema, įskaitant specializuotus medžiagų tiekėjus ir tolesnio{4}}apdorojimo paslaugų teikėjus, vis dar vystosi ir dar nepasiekė tradicinėse automobilių tiekimo grandinėse matomo brandumo lygio.

Atsižvelgiant į šiuos suvaržymus, tikėtina, kad 3D spausdinimas artimiausiu metu greičiausiai išaugs kaip pagalbinis įrankis, pirmiausia naudojamas transporto priemonių kūrimo ir plėtros etape, kur jis gali optimizuoti projektavimo darbo eigą greitai kuriant prototipus ir sumažinti brangių fizinių formų poreikį ankstyvosiose patvirtinimo stadijose.

Ilgalaikėje perspektyvoje perspektyviausias kelias gali būti 3D spausdinimo derinimas su tradiciniais gamybos metodais -, pavyzdžiui, naudojant 3D-spausdintas formas kartu su įprastiniais štampavimo procesais -, kad būtų pasiekta sąnaudų ir efektyvumo pusiausvyra. Toks mišrus metodas galėtų palaipsniui išplėsti scenarijų, kai priedų gamyba tampa praktiška didesnei-apimčiai, o ne reikalauti, kad technologija konkuruotų su štampavimu ir kalimu pagal savo sąlygas.

Technologijoms ir toliau tobulėjant, tikimasi, kad pramonė toliau populiarės, ypač aukščiausios klasės{0}}pritaikytų transporto priemonių segmentuose ir naujų energetinių transporto priemonių sektoriuje, kur mažesnės gamybos apimties, greitesnis dizaino iteravimas ir dalių konsolidavimas ypač gerai dera su 3D spausdinimo galimybėmis. Tikėtina, kad šiuose segmentuose priedų gamybos vertė vis labiau išryškės - ne kaip didmeninė tradicinės automobilių gamybos pakaitalas, o kaip vis labiau būtinas jos papildymas.