Funkcjonalny druk 3D w motoryzacji

0

Druk 3D ma szanse zawojować rynek motoryzacyjny. Większość przedsiębiorstw wytwarza prototypy za pomocą technologii addytywnych, ale niektóre firmy udowadniają, że możliwe jest nawet wyprodukowanie pełnego modelu samochodu.

W dobie masowej i „szczupłej” produkcji firmy szukają sposobów na zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów jednostkowych przy zachowaniu jakości i powtarzalności wytwarzanych produktów. Nacisk kładziony jest na ciągłą poprawę technik produkcji, przyspieszając różne fazy cyklu życia produktu, przy jednoczesnym zminimalizowaniu kosztów. Przedsiębiorstwa najczęściej wykorzystują druk 3D do tworzenia funkcjonalnych modeli testowych, które można zainstalować w prototypowych projektach.

Według raportu analityka SmarTech – Scotta Dunhama, najwięksi producenci samochodów wytwarzają za pomocą drukarek 3D aż 100 tysięcy modeli rocznie. Wykorzystanie technologii przyrostowych do produkcji prototypów jest o wiele bardziej ergonomiczne niż przy użyciu tradycyjnych metod, czego przykładem jest firma Motus.

Zdjęcia: Prototypy elementów silnika oraz obudowy silnika motocyklowego firmy Motus. Drukowane na urządzeniach z serii HP Jet Fusion

Kiedy dwóch entuzjastów motocykli zdecydowało się na założenie zupełnie nowej amerykańskiej firmy motocyklowej i postanowiło stworzyć coś zupełnie wyjątkowego. Wykorzystali technologię projektowania o wysokiej wydajności, która dała im podstawy do powołania nowego modelu amerykańskiego motocykla od podstaw, gotowego do rywalizacji z dużymi, uznanymi firmami. „Wybraliśmy rozwiązania HP doceniając oferowaną niezawodność, która jest kluczem do wydajnej pracy każdego dnia. Stacje robocze HP do projektowania wraz z drukarkami z serii Jet Fusion 3D, standaryzują systemy, prowadzące do udanego wprowadzenia produktu na rynek” – tak rekomenduje swój wybór Brian Case, wiceprezes i dyrektor ds. Projektowania w Motus Motocykle.

Zaprojektowanie własnego silnika, zbudowanie prototypów i testowanie ich wraz z wielokrotnym udoskonalaniem, uzyskanie certyfikacji NHTSA i EPA oraz wprowadzenie motocykli na rynek w mniej niż dziesięć lat zostało osiągnięte właśnie dzięki innowacjom z wykorzystaniem zarówno oprogramowania jak i prototypowania przestrzennego od HP.

Zdjęcia: Elementy układów wydechowych oraz sterujących stosowane w motoryzacji i lotnictwie. Drukowane na urządzeniach z serii HP Jet Fusion

Zdjęcie: Prototyp lusterka samochodowego wykonany w technologii Multi Jet Fusion i poddany post-processingowi

Samochód wydrukowany w 3D

Niektóre przedsiębiorstwa idą o krok dalej – przestają postrzegać technologię 3D jedynie jako narzędzie do szybkiego prototypowania. Additive Manufacturing (AM) ma już zastosowanie w procesach produkcyjnych. Firma Local Motors jako pierwsza w świecie stworzyła przy pomocy drukowania trójwymiarowego niemal całe auto. W jej ślady poszła chińska firma – Sanya Sihai, która wykorzystując technologię 3D, w 1,5 miesiąca wyprodukowała elektryczny samochód. Druk 3D umożliwia producentom samochodów projektowanie i opracowywanie aut zgodnie z najnowszymi trendami designerskimi i technologicznymi.

Zdjęcia: Projekt oraz prototyp samochodu przygotowanego w większości z elementów drukowanych w 3D.

General Motors przy współpracy z Autodesk pracuje nad zmianą podejścia do kwestii projektowania poszczególnych elementów samochodów. Pozwoliłoby to na ograniczenie liczby części w aucie, przy jednoczesnym zmniejszeniu masy i zwiększeniu wytrzymałości podzespołów. Będzie to możliwe dzięki technologii generative design, która polega na wprowadzeniu do programu Autodesk parametrów, takich jak wytrzymałość, masa, rodzaj materiału, punkty mocowań itp. dla danego komponentu, w celu zaprojektowania różnych wariantów części, spełniających te wymagania.

Części zamienne i końcowe oraz narzędzia z drukarki 3D

Pomoce produkcyjne, takie jak uchwyty, matryce i stemple oraz części tymczasowe również odgrywają kluczową rolę w osiąganiu pożądanej jakości i wolumenu produkcji. Pozwalają bowiem na szybkie wykrywanie defektów za pomocą wskaźników lub systemów pass / fail, ułatwiają jednolitą produkcję przy prawidłowym rozmieszczeniu części. Eliminują etapy produkcji, takie jak indywidualne znakowanie i częste sprawdzanie z powodu nieprawidłowego pozycjonowania części i skracają czas potrzebny do złożenia różnych komponentów.  Regularne, seryjne użycie specjalnych przyrządów, opraw lub innych narzędzi drukowanych w 3D kwalifikuje się jako zaawansowane zastosowanie technologii druku 3D w przemyśle motoryzacyjnym. Wiele firm już zdaje sobie sprawę z potencjału drukowania 3D w celu optymalizacji i usprawnienia różnych faz cyklu życia produktu dla zwiększenia własnej przewagi konkurencyjnej.

Zdjęcia: Części zamienne oraz małe elementy pozwalające na tymczasowe zastąpienie oryginalnych części w pojazdach i maszynach produkcyjnych.

Multi Jet Fusion od HP, jako najnowsza technologia drukowania 3D, może zaoferować największą szybkość wytwarzania i wysoką jakość wydrukowanych przedmiotów, w ​​porównaniu z innymi technologiami druku 3D oraz tradycyjnymi metodami produkcyjnymi. Dziesięciokrotnie skraca czas realizacji, dzięki czemu przetestowanie i uzyskanie końcowego projektu uzyskiwane jest w krótszym czasie. Zwiększa również elastyczność samego procesu wytwarzania, na przykład umożliwiając szybsze zmiany w profilu linii produkcyjnej, a także eliminuje przestoje spowodowane brakiem komponentów.

Coraz więcej firm demonstruje praktyczne zastosowania druku 3D, jak choćby SLM Solutions, która wykorzystuje technologie przyrostowe do produkcji form opon samochodowych. Elementy drukowane przestrzennie są również popularne w produkcji samochodów wyścigowych i można je znaleźć na przykład w naddźwiękowym modelu Bloodhounda. Oprócz modeli wyścigowych, producenci wykorzystują druk 3D, aby stworzyć na zamówienie luksusowe detale swoich samochodów lub, w przypadku Divergent Blade, całego podwozia.

Co może wspierać wdrożenie AM w sektorze motoryzacyjnym na większa skalę?

Kalkulacja kosztów operacyjnych procesów wytwarzania wraz z logistyką dostaw gotowych elementów pozwala branży automotive coraz pewniej ocenić czy Additive Manufacturing odpowiada na ich potrzeby. 3YOURMIND z siedzibą w Berlinie umożliwia firmom zarządzanie i optymalizację przepływów pracy związanych z produkcją addytywną.  Stworzyli oprogramowanie identyfikujące komponenty, części zamienne, które należy wytwarzać przyrostowo ze względu na większą opłacalność niż z wykorzystaniem na przykład CNC. W Wielkiej Brytanii coraz więcej firm oferujących usługi druku 3D, proponuje kalkulator kosztów produkcji części zamiennych przy użyciu metod przyrostowych kontra ubytkowych, co pozwala im otrzymywać coraz więcej zleceń.

Wypożyczalnie drukarek 3D i platformy łączące zleceniodawców druku przestrzennego

Nie zawsze zakup drukarek 3D może być najbardziej opłacalnym rozwiązaniem, dlatego Rent-A-Build – startup z Colorado, uruchomił pierwszą na świecie komercyjną wypożyczalnię markowych drukarek 3D. Klienci mogli wybierać spośród 20 modeli urządzeń, zamawiając je na jeden z czterech możliwych do wyboru okresów: 1 tydzień, 3 tygodnie, 1 miesiąc lub 3 miesiące. Platformy łączące zleceniodawców druku przestrzennego z firmami zainteresowanymi produkcją na żądanie, jak wspominana już 3YOURMIND, pozwalają przedsiębiorcom na wykorzystanie technologii druku 3D dla maksymalizacji ich potencjału.

Cyfrowe przepływy pracy 3D łączą zespoły i lokalizacje produkcyjne, optymalizują wykorzystanie zasobów i umożliwiają podejmowanie inteligentnych decyzji dotyczących produkcji AM. Zapewniają bowiem dodatkową wiedzę, której firmy potrzebują, aby rozszerzyć produkcję addytywną w całej organizacji, od modelowania CAD po optymalizację części do zaleceń technologii 3D.

Motoryzacja – zaawansowany użytkownik druku 3D

W ciągu ostatnich dwóch dziesięcioleci producenci motoryzacji przeszli od stosowania pojedynczej maszyny do szybkiego prototypowania do stworzenia kilku złożonych modeli. Dziś wykorzystują drukarki 3D do wielu bardziej zaawansowanych zastosowań zarówno w szybkim prototypowaniu, jak i narzędziach produkcyjnych. Dla niektórych firm motoryzacyjnych drukowanie 3D stało się siłą napędową wielu innowacyjnych projektów, co jest absolutną koniecznością w rozwoju nowych samochodów.

Rewolucja – Druk 3D z metalu

Wprowadzenie druku 3D z metalu to długo oczekiwany moment w przemyśle. Rozwój technologii addytywnych i możliwość drukowania metalowych części pozwoli producentom samochodów na personalizację modeli oraz szybsze wytwarzanie bardziej ergonomicznych, lżejszych pojazdów. Volkswagen, jeden z największych i najbardziej innowacyjnych producentów samochodów na świecie, włącza HP Metal Jet do długoterminowego planu projektowania i produkcji.

Zdjęcie: Stalowe elementy wykonane przy użyciu technologii addytywnych

Współpraca między Volkswagenem, GKN Powder Metallurgy i HP zaowocowała możliwością szybkiego wytypowania i produkcji elementów dostosowywanych do masy, takich jak zindywidualizowane breloki do kluczy i tabliczki znamionowe montowane na zewnątrz. Wieloletni plan Volkswagena dotyczący wykorzystania HP Metal Jet obejmuje również produkcję funkcjonalnych części o wyższych parametrach i znaczących wymaganiach konstrukcyjnych, takich jak gałki zmiany biegów i mocowania lusterek. Ponieważ nowe platformy, takie jak pojazdy elektryczne, wchodzą do masowej produkcji, oczekuje się, że HP Metal Jet będzie wykorzystywany do addytywnych zastosowań, takich jak lekkie części metalowe z certyfikatem bezpieczeństwa.

Zdjęcie: Gałka zmiany biegów do nowych samochodów marki Volkswagen wydrukowana w 3D

Automatyzacja produkcji jako klucz do rozwoju w branży motoryzacyjnej

Spora część koncernów motoryzacyjnych przeszła już do kolejnego etapu wdrożenia druku 3D, który nazywany jest Distributed Idea Generation. Ten etap charakteryzuje się używaniem większych flot drukarek, zazwyczaj wielu technologii drukowania, do których dostęp ma wiele zespołów projektowych. Liderzy w adaptacji druku 3D w przemyśle motoryzacyjnym wykorzystują druk 3D do produkcji narzędzi ręcznych i innych urządzeń lub przyrządów, aby zwiększyć wydajność w tradycyjnej procedurze montażu samochodów.

Branża motoryzacyjna stoi przed wyzwaniem, jak wykorzystać technologie addytywne, aby pozytywnie wpłynąć na trzy główne trendy napędzające przyszłą produkcję samochodów – zwiększoną oszczędność paliwa, elementy o wyższej wydajności i zróżnicowanie produktów. Dzisiejsze drukarki 3D są w stanie ulepszyć wszystkie te obszary, ale producentom motoryzacyjnym może zająć jeszcze trochę czasu, aby skutecznie zmodyfikować procesy projektowania samochodów z uwzględnieniem technologii przyrostowych.

Zarówno producenci drukarek 3D jak i dystrybutorzy zabiegają o wzrost zainteresowania i inne postrzeganie technologii addytywnych niż tylko dedykowanych w Rapid Prototyping, co ma się przełożyć na zwiększenie udziału AM w procesach produkcyjnych. Polskim przedstawicielem tej grupy jest Centrum Druku – właściciel serwisu internetowego HP3D.pl. Warsztaty 3D organizowane przez tę firmą pokazują jak połączyć zastosowanie druku 3D z uzyskaniem wymiernych korzyści związanych z optymalizacją produkcji.

DODAJ KOMENTARZ:

Leave A Reply