TRUMPAI

Pridėtinės gamybos technologijos, dažniausiai žinomos kaip 3D spausdinimas, esminiai keičia automobilių formų gamybą. Šios technologijos leidžia kurti labai sudėtingas formas su tokiais elementais kaip vidinės konforminio aušinimo kanalai, kurie ženkliai pailgina formos tarnavimo laiką, gerina liejinių kokybę ir sumažina gamybos išlaidas. Automobilių pramonei priklausantiems specialistams 3D spausdinimo ateitis automobilių formose reiškia esminį poslinkį link lankstesnių, ekonomiškesnių ir inovatyvesnių gamybos ciklų.

Paradigmos pasikeitimas: kodėl pridėtinės gamybos technologijos keičia tradicinę formavimo įrangą

Automobilių formų gamyba ilgą laiką buvo dominuojama tradicinių metodų, tokių kaip CNC apdirbimas, kuris, nors ir patikimas, turi rimtų apribojimų dizaine ir ilgaamžiškume. Šie konvenciniai metodai dažnai kovoja su sudėtingomis vidinėmis geometrijomis, dėl ko formos turi trumpesnį tarnavimo laiką dėl šiluminės nuovargio ir nevienodo aušinimo. Tai lemia dažnus remontus, brangų prastovų laiką ir galimus defektus galutiniuose liejiniuose. Pramonės priklausomybė nuo šių metodų sukūrė strigtį inovacijoms, sulėtindama gamybos ciklus ir padidindama išlaidas.

Priedės gamyba (AM) tiesiogiai išsprendžia šias problemas, formuodama formas sluoksnis po sluoksnio iš metalo miltelių, suteikdama beprecedentę dizaino laisvę. Skirtingai nei atimtis, 3D spausdinimas gali kurti sudėtingas vidines struktūras, tokias kaip adaptuoti aušinimo kanalai, kurie tiksliai pakartoja formos kontūrus. Kaip paaiškinta ataskaitoje, pateiktoje Sodick , šis optimizuotas šilumos valdymas neleidžia susidaryti karščio taškams, kurie yra pagrindinė įtrūkimų ir dėvėjimosi priežastis. Tai užtikrina pastovesnį detalių kokybę ir ženkliai pailgina įrankio eksploatacijos trukmę.

Įspūdingas šios technologijos poveikio pavyzdys – bendradarbiavimas tarp MacLean-Fogg ir Fraunhofer ILT , kurio metu buvo sukurtas milžiniškas 156 kg svorio 3D spausdinamas liejimo įtaisas „Toyota Europe“. Ši detalė, naudojama „Yaris Hybrid“ transmisijos korpusui, rodo pridėtinės gamybos (AM) mastelio didinimo galimybes ir paruoštumą pramonei didelėms automobilių pramonės aplikacijoms. Derinant tradicines ir pridėtines technologijas hibridinėje gamybos aplinkoje, įmonės gali pasiekti gamybą pagal poreikį, sumažinti atsargų lygį ir mažinti tiekimo grandinės riziką, sukurdamos atsparesnę ir lankstesnę operaciją.

Šį poslinkį link pažangios įrangos priima pramonės lyderiai. Pavyzdžiui, tokios įmonės kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. yra priešakyje teikdami aukštos tikslumo automobilių štampavimo formos ir metalinius komponentus, naudodamiesi pažangiomis imitacijomis ir projekto valdymu, kad aptarnautų OEM ir Tier 1 tiekėjus. Jų dėmesys kokybei ir efektyvumui atitinka pagrindinius pridėtinės gamybos pranašumus visoje įrankių ekosistemoje.

Pagrindiniai technologiniai naujovės, skatinančios pokyčius: medžiagos ir procesai

3D spausdinimo galimybė naudoti reikmingoms automobilių formoms priklauso nuo esminių pažangų tiek spausdinimo procesuose, tiek medžiagų moksle. Svarbu ne tik gebėjimas spausti metalą, bet ir spausti jį su reikiamu tikslumu, stiprumu ir šiluminėmis savybėmis, kad išlaikytų žiaurias liejimo formose sąlygas. Būtent šios inovacijos 3D spausdinimą iš prototipavimo įrankio paverčia patikimu pramoniniu gamybos sprendimu.

Šių procesų pirmoje vietoje yra lazerinis miltelių lovos lydymas (LPBF). Kaip nurodo Sodick, sistemos, tokios kaip LPM325, naudoja aukštos galios lazerius, kad selektyviai lydytų ir sujungtų metalo miltelius sluoksniu po sluoksnio. Ši technika leidžia kurti tankius, homogeniškus metalinius detalių elementus su itin sudėtingomis vidinėmis ir išorinėmis geometrijomis. Būtent LPBF tikslumas leidžia gaminti tokius elementus kaip formos atitinkantys aušinimo kanalai, kurių neįmanoma pagaminti tradiciniais gręžimo ar frezavimo būdais.

Vienodai svarbus yra specialių metalo miltelių kūrimas. Pavyzdžiui, MacLean-Fogg patentuotas L-40 įrankinio plieno miltelis buvo sukurtas specialiai LPBF procesui. Šis medžiaga pasiekia aukštą kietumą ir atsparumą trūkinėjimui tik su vidutinišku įšildymu, kas mažina įtrūkimų riziką gaminant. Be to, tai sumažina poreikį išsamiam po gamybos atliekamam terminiam apdorojimui, sutrumpinant bendrą rinkai pasirengimo laiką. Šios pažangios medžiagos tiesiogiai sprendžia dažnas kliūtis lydinio liejimo formose, tokias kaip aliuminio prilipimas prie formos paviršiaus ir įtrūkimų susidarymas.

Šių technologijų derinys užtikrina matomus našumo rezultatus. Pagal Sodick, su optimizuotais milteliais spausdintos formos tarnauja beveik tris kartus ilgiau nei iš tradicinio nerūdijančio plieno pagamintos formos, naudojamos aliuminio lydinio liejimo taikymuose. Šių pažangių medžiagų privalumai apima:

• Padidėjęs patvarumas: Didelis atsparumas šiluminiam nuovargiui ir dilimui pratęsia formos veikimo trukmę.
• Sumažintas priežiūros poreikis: Aukštesnės medžiagos savybės mažina problemų, tokių kaip suvirinimas ir įtrūkimai, tikimybę, dėl ko ilgėja techninės priežiūros intervalai.
• Gerėjantis našumas: Nuolatinės šiluminės savybės užtikrina aukštesnės kokybės liejinius su mažesniu defektų kiekiu.
• Greitesnis gamybos procesas: Sumažėjęs poreikis dėl apdorojimo ir terminio apdorojimo pagreitina visą gamybos eigą.

Išmatuojami pranašumai: našumo, kokybės ir grąžinamo investicijų dydžio didinimas

3D spausdinimo taikymas automobilių formoms nėra tik technologinis keistumas; tai strateginis verslo sprendimas, kurį skatina reikšmingi, išmatuojami efektyvumo, sąnaudų ir produkto kokybės patobulinimai. Atsikratę tradicinės gamybos apribojimų, automobilių kompanijos pasiekia didelę grąžą iš investicijų ir įgyja stiprų konkurencinį pranašumą sparčiai besivystančiame rinkoje.

Nepalyginti mažesnis pristatymo laikas ir sąnaudos yra pats akivaizdžiausias ir svarbiausias pranašumas. Apie tai praneša Industrial Equipment News , automatizacijos tiekėjas Valiant TMS pastebėjo, kad įrankių komponentų pristatymo laikas sumažėjo nuo 4–6 savaičių iki vos 3 dienų integruojant AM. Šis pagreitėjimas leidžia greičiau atnaujinti projektavimą, greičiau reaguoti į gamybos linijos problemas ir padidina bendrą gamybos lankstumą. Kainos taupymas yra ne mažiau įtikinamas; atvejo analizė iš Gamintojau Rytoj pabrėžia, kaip Standard Motor Products įrankių kainas sumažino iki 90 % ir pristatymo laiką – daugiau nei 70 % naudodami 3D spausdinimą.

Ne tik greičiu ir kaina, bet ir AM suteikia geresnį našumą ir kokybę. Galimybė projektuoti ir spausti formas su adaptuotais aušinimo kanalais užtikrina vienodą šilumos išsisklaidymą, kas yra būtina, kad būtų išvengta defektų, tokių kaip susitraukimo porėtumas ir išlinkimas galutiniuose liejiniuose. Tai lemia didesnį derlių, mažiau atliekų ir detales, kurios atitinka tikslesnius matmenų ribojimus. Be to, pažangios metalo lydinių, naudojamų AM, siūlo padidintą ilgaamžiškumą, dėl ko formos išlaiko daugiau liejimo ciklų prieš reikalaujant techninės priežiūros ar pakeitimo.

Šie pranašumai sukuria kaskadinį efektą visoje gamybos vertės grandinėje, pagreitindami inovacijų ciklus ir sumažindami tiekimo grandinės pažeidžiamumą. Pagrindiniai pranašumai gali būti apibendrinti taip:

1. Greitesnis rinkos patekimas: Žymiai trumpesni paruošimo laikai įrankiams leidžia greičiau vystyti ir pristatyti produktus – svarbus pranašumas konkurencinguose automobilių sektoriuje.
2. Reikšmingas sąnaudų sumažėjimas: Pašalinus poreikį sudėtingoms apdirbimo sąrankoms ir sumažinus medžiagų atliekas, AM sumažina tiešiogines įrangos išlaidas bei bendras savininkystės išlaidas.
3. Pagerinta detalių kokybė ir vientisumas: Išplėstinis šilumos valdymas dėka pritaikomos aušinimo sistemos užtikrina dimensiškai tikslias dalis su geresnėmis mechaninėmis savybėmis ir mažiau defektų.
4. Ilgesnis įrankių tarnavimo laikas: Pažangios medžiagos ir optimizuoti konstrukciniai sprendimai sumažina šiluminį nuovargį ir dilimą, padidindami liejimo ciklų skaičių kiekvienam formos komplektui ir mažindami prastovas remontams.
5. Didesnė konstravimo laisvė: Inžinieriai gali kurti lengvas, sudėtingas ir labai optimizuotas formas, kurias anksčiau buvo neįmanoma pagaminti, atverdami naujas našumo galimybes.

Iššūkiai ir ateities perspektyvos: kelias link visiškos industrializacijos

Nepaisant pridėtinės gamybos transformacinio potencialo, jos visiška industrializacija automobilių pramonėje vis dar yra vykstantis procesas, kuriame reikia įveikti keletą kliūčių. Nors pirmieji pradininkai pasiekė nuostabių rezultatų, plačiam integravimui reikia spręsti klausimus, susijusius su kokybe, medžiagomis ir darbuotojų įgūdžiais. Pripažinus šias kliūtis, pirmasis žingsnis bus atvertas technologijos viso potencialo atskleidimui ir jos ateities krypties formavimui.

Gamintojams reikia įveikti keletą pagrindinių iššūkių, norint visiškai pasinaudoti pridėtine gamyba (AM). Siekiant užtikrinti, kad 3D spausdinamų detalių patvarumas ir kokybė nuosekliai atitiktų automobilių pramonės griežtus reikalavimus, reikalingos intensyvios bandomosios ir patvirtinimo procedūros. Be to, nors spausdinamų metalų asortimentas plečiasi, vis dar trūksta daugiau aukštos kokybės medžiagų, kurios galėtų tiesiogiai pakeisti tam tikras specializuotas tradicinėje gamyboje naudojamas lydines. Galiausiai, egzistuoja didelis įgūdžių trūkumas; naują inžinierių kartą reikia mokyti projektavimo pridėtinei gamybai (DfAM) principais, kad galėtų mąstyti už įprastų metodų ribų.

Žvelgiant į priekį, 3D spausdinimo automobilių gamyboje ateitis yra šviesi ir bus grindžiama kelių pagrindinių technologijų tendencijų susiliejimu. Pridėtinės gamybos (AM) sistemų integracija su dirbtiniu intelektu (AI) ir „Internetu daiktų“ (IoT) leis tikro laiko režimu stebėti procesus ir vykdyti prognozuojamąją techninę priežiūrą, dar labiau padidinant efektyvumą ir kokybės kontrolę. Tęsiantis pasiekimams medžiagų moksluose, išaugs prieinamų lydinių asortimentas, atveriant naujas galimybes dar reikalaujamesniems komponentams. Kaip matyti iš „MacLean-Fogg“ atvejo, ši technologija jau veržiasi į naujas sritis, tokias kaip struktūrinis lydinys ir milžiniški „giga-lydymo“ įrankiai.

Kad būtų galima sėkmingai orientuotis šioje srityje, būtinas strateginis planavimas. Sėkmei reikės investicijų į darbuotojų mokymą, bendradarbiavimo su technologijų partneriais ir aiškaus matymo, kaip integruoti pridėtinės gamybos technologijas į pagrindines gamybos strategijas. Kelias į visišką industrializaciją yra ilgas procesas, tačiau jis pažada performati automobilių gamybą artimiausiais dešimtmečiais.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kokia yra 3D spausdinimo ateitis automobilių pramonėje?

3D spausdinimo ateitis automobilių pramonėje yra plati, judama nuo prototipavimo link įrankių, tvirtinimų ir galutinių detalių masinės gamybos. Pagrindiniai pokyčiai apima pridėtinės gamybos (AM) naudojimą lengvinti elektromobilių komponentams, sudėtingų įrankių, tokių kaip automobilių formos su pritaikytu aušinimu, kūrimą bei atsarginių dalių gamybą pagal užsakymą, kad būtų sukurtos atsparesnės tiekimo grandinės. Tai taip pat svarbus tvarumo skatinimo veiksnys, nes sumažinamas medžiagų švaistymas ir leidžiama naudoti perdirbtas arba biologinės kilmės medžiagas.

2. Ar yra rinka 3D spausdinamoms automobilių detalėms?

Taip, yra reikšmingas ir sparčiai augantis 3D spausdinamų automobilių dalių rinkos segmentas. Pasaulinė automobilių 3D spausdinimo rinka pastaraisiais metais buvo vertinama milijardais ir numatoma, kad ji patirs didelį augimą. Ši rinka apima viską – nuo prototipų ir individualių salonų detalių iki svarbių našumo rodiklių dalių ir sudėtingos įrangos. Dideli OEM gamintojai, tokie kaip GM, Ford ir Toyota, jau plačiai naudoja 3D spausdinimą. Pavyzdžiui, General Motors per penkias savaites pagamino 60 000 sparnų tarpinių vienam SUV modeliui, patvirtindama šios technologijos komercinį gyvybingumą.