TL;DR

Pievienojošā ražošana, ko bieži sauc par 3D drukāšanu, pamatnes maina automašīnu formu ražošanas procesus. Šī tehnoloģija ļauj izveidot ļoti sarežģītas sagataves ar tādām iezīmēm kā iekšējas konformas atdzišanas kanāli, kas ievērojami pagarina formas kalpošanas laiku, uzlabo lietvejas detaļu kvalitāti un samazina ražošanas izmaksas. Automobiļu speciālistiem 3D drukāšanas nākotne automašīnu formās simbolizē būtisku pāreju uz elastīgākiem, izdevīgākiem un inovatīvākiem ražošanas cikliem.

Paradigmas maiņa: kāpēc pievienojošā ražošana aizstāj tradicionālo sagatavju izgatavošanu

Automobiļu formu ražošanu jau sen dominē tradicionālas metodes, piemēram, CNC apstrāde, kas, lai gan uzticama, rada ievērojamas ierobežojumus dizainā un izturībā. Šīs konvencionālās tehnoloģijas bieži saskaras ar grūtībām sarežģītu iekšējo ģeometriju izveidē, kas noved pie formām ar īsāku kalpošanas laiku, jo tās cieš no termiskās noguruma un nevienmērīgas atdzesēšanas. Tas izraisa biežas remontdarbus, dārgu darbības pārtraukumu un iespējamas kļūdas galaproduktos. Nozari uz šādām metodēm balstīšanās ir radījusi aizkavēšanos inovācijās, palēninot ražošanas ciklus un palielinot izmaksas.

Pievienojošā ražošana (AM) tieši risina šīs problēmas, veidojot formas slānis pēc slāņa no metāla pulvera, kas nodrošina bezprecedenta brīvību dizainā. Atšķirībā no materiāla noņemšanas apstrādes, 3D drukāšana spēj izveidot sarežģītas iekšējas detaļas, piemēram, konformālas atdzesēšanas kanālus, kas precīzi atkārto formas kontūras. Kā paskaidrots ziņojumā, ko sagatavojis Sodick , šis optimizētais siltuma vadības risinājums novērš karstās vietu veidošanos, kas ir galvenais iemesls plaisām un nodilumam. Tas nodrošina vienmērīgāku izstrādājumu kvalitāti un ievērojami pagarina rīka kalpošanas laiku.

Šīs tehnoloģijas ietekmes iezīmīgs piemērs ir sadarbība starp MacLean-Fogg un Fraunhofer ILT , kuru rezultātā tika izgatavots milzīgs 156 kg smags 3D drukāts liešanas ieguldījums Toyota Europe vajadzībām. Šis komponents, ko izmanto Yaris hibrīda transmisijas korpusā, demonstrē AM mērogojamību un gatavību rūpnieciskai lietošanai liela mēroga automašīnbūves pielietojumos. Kombinējot tradicionālās un aditīvās tehnoloģijas hibrīda ražošanas vidē, uzņēmumi var sasniegt ražošanu pieprasījuma režīmā, samazināt krājumus un minimizēt piegādes ķēdes riskus, veidojot izturīgāku un elastīgāku darbību.

Šo pāreju uz progresīvākiem rīkiem aktīvi atbalsta nozares līderi. Piemēram, uzņēmumi, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. ir priekšplānā, nodrošinot augstas precizitātes automašīnu štancēšanas formas un metāla komponentus, izmantojot progresīvas simulācijas un projekta pārvaldību, lai apkalpotu OEM un Tier 1 piegādātājus. Viņu uzmanība kvalitātei un efektivitātei saskan ar galvenajām priekšrocībām, ko piedāvā pievienotā ražošana visai instrumentu ekosistēmai.

Galvenās tehniskās inovācijas, kas virza pārmaiņas: materiāli un procesi

3D drukāšanas piemērotība prasīgiem pielietojumiem, piemēram, automašīnu formām, ir atkarīga no būtiskiem sasniegumiem gan drukāšanas procesos, gan materiālu zinātnē. Runa nav tikai par spēju drukāt metālu, bet gan par spēju to drukāt ar precizitāti, izturību un termiskajām īpašībām, kas vajadzīgas, lai izturētu diešanas formas ļoti agresīvo vidi. Tieši šīs inovācijas paaugstina AM no prototipēšanas rīka līdz izturīgam rūpnieciskās ražošanas risinājumam.

Šo procesu priekšplānā ir lāzera pulvera gultnes fūzija (LPBF). Kā norāda Sodick, sistēmas, piemēram, LPM325, izmanto augstas jaudas lāzerus, lai selektīvi izkausētu un savienotu metāla pulveri kārtu pēc kārtas. Šī tehnika ļauj izgatavot blīvas, viendabīgas metāla detaļas ar ārkārtīgi sarežģītām iekšējām un ārējām ģeometrijām. LPBF precizitāte ļauj izgatavot elementus, piemēram, konformālas dzesēšanas kanālus, kurus nevar izgatavot ar tradicionālu urbi vai frēzi.

Vienlīdzīgi svarīga ir specializētu metālu pulveru attīstība. Piemēram, MacLean-Fogg patentētais L-40 instrumentu tērauda pulveris ir izstrādāts īpaši LPBF procesam. Šis materiāls sasniedz augstu cietību un izturību ar tikai mērenu priekšsildīšanu, kas minimizē plaisu rašanās risku būvniecības procesā. Turklāt tas samazina nepieciešamību pēc intensīvām pēcapstrādes termoapgūlēm, saīsinot kopējo laiku līdz tirgū. Šie jaunās paaudzes materiāli tieši risina parastos bojājumu punktus liešanā ar veidni, piemēram, alumīnija saķērēšanos ar rīka virsmu un plaisu veidošanos.

Šo tehnoloģiju kombinācija nodrošina taustāmus veiktspējas uzlabojumus. Saskaņā ar Sodick, ar optimizētiem pulveriem izdrukātas veidnes var izturēt gandrīz trīs reizes ilgāk nekā tās, kas izgatavotas no tradicionāla nerūsējošā tērauda, alumīnija liešanas ar veidni pielietojumos. Šo jaunās paaudzes materiālu priekšrocības ietver:

• Uzlabota izturība: Augsta pretestība termiskajai nogurumam un nolietojumam pagarina veidnes darbības mūžu.
• Samazināta uzturēšana: Augstās materiāla īpašības samazina problēmas, piemēram, saliešanu un triecienu, kas rada ilgākus uzturēšanas intervālus.
• Uzlabota veiktspēja: Vienotas termiskās īpašības nodrošina augstākas kvalitātes liešanas daļas ar mazāk defektiem.
• Ātrāka ražošana: Jautājums par to, vai ir iespējams izmantot šo metodi, ir izteikts kā:

Izmērāmas priekšrocības: uzlabo darbības efektivitāti, kvalitāti un peļņu

3D drukāšanas izmantošana automobiļu formām nav tikai tehnoloģiska radošuma, tā ir stratēģisks biznesa lēmums, ko veicina nozīmīgas, kvantitatīvas efektivitātes, izmaksu un produkta kvalitātes uzlabošanas. Pārkāpjot par parasto ražošanas ierobežojumiem, automobiļu ražotāji iegūst ievērojamu ieguldījumu atdevi un spēcīgu konkurences priekšrocību strauji attīstītajās tirgos.

Visnelieliecīgākā un efektīvākā priekšrocība ir radikāli samazināta veikšanas laika un izmaksu apjoms. Kā ziņots Industriālās iekārtas ziņas , automatizācijas piegādātājs Valiant TMS novēroja, ka ražošanas rīku komponentu piegādes laiks saīka no 4–6 nedēļām līdz tikai 3 dienām pēc AM ieviešanas. Šis paātrinājums ļauj ātrāk iterēt dizainu, operatīvāk reaģēt uz ražošanas līnijas problēmām un padara vispārējo ražošanas procesu elastīgāku. Arī izmaksu taupījumi ir ievērojami; gadījuma pētījums no Manufacturing Tomorrow uzsver, kā Standard Motor Products, izmantojot 3D drukāšanu, samazināja rīkošanas izmaksas līdz pat 90% un piegādes laiku vairāk nekā par 70%.

Papildus ātrumam un izmaksām, AM nodrošina augstāku veiktspēju un kvalitāti. Iespēja projektēt un drukāt formas ar konformālām dzesēšanas kanāliem nodrošina vienmērīgu siltuma novadīšanu, kas ir būtiski, lai novērstu trūkumus, piemēram, saraušanās porozitāti un deformāciju galīgajos liešanas izstrādājumos. Tas noved pie augstāka iznākuma, mazāk atkritumu un detaļām, kas atbilst stingrākiem izmēru toleranču ierobežojumiem. Turklāt progresīvās metāla sakausējumi, ko izmanto AM, nodrošina paaugstinātu izturību, rezultātā formas iztur vairāk liešanas ciklu, pirms nepieciešams veikt uzturēšanu vai nomaiņu.

Šie priekšrocības rada virknes efektu visā ražošanas vērtības ķēdē, paātrinot inovāciju ciklus un samazinot piegādes ķēžu trauslumu. Galvenās priekšrocības var apkopot šādi:

1. Ātrāks ievietošanas laiks tirgū: Ievērojami saīsināts sagatavošanas laiks instrumentiem ļauj ātrāku produktu attīstību un izlaišanu, kas ir būtisks konkurētspējas faktors automašīnu nozarē.
2. Ievērojama izmaksu samazināšana: Eliminējot nepieciešamību pēc sarežģītiem apstrādes iestatījumiem un samazinot materiālu atkritumus, AM samazina gan sākotnējās rīkojumizmaksas, gan kopējās īpašuma izmaksas.
3. Uzlabota detaļu kvalitāte un viendabīgums: Augstāka līmeņa siltuma vadīšana no konformālas dzesēšanas rezultātā nodrošina dimensiju precīzas detaļas ar labākām mehāniskajām īpašībām un mazāk kļūdām.
4. Ilgāka rīku kalpošanas laiks: Moderni materiāli un optimizēti dizaini samazina termisko nogurumu un nodilumu, palielinot izšaušanas reižu skaitu veidnē un minimizējot pārtraukumus remontdarbiem.
5. Lielāka dizaina brīvība: Inženieri var izveidot vieglās, sarežģītas un ļoti optimizētas veidnes, kuras iepriekš nebija iespējams izgatavot, atverot jaunas iespējas veiktspējai.

Izdevības un nākotnes perspektīvas: Ceļš uz pilnu industrializāciju

Neskatoties uz pievienojošās ražošanas pārveidojošo potenciālu, tās pilnīga industrializācija automašīnbūves nozarē joprojām ir turpināms process ar vairākām grūtībām, kas jāpārvar. Lai gan pirmie lietotāji ir panākuši ievērojamu panākumu, plašai integrācijai ir jārisina problēmas, kas saistītas ar kvalitāti, materiāliem un darbinieku prasmēm. Šo šķēršļu atzīšana ir pirmais solis, lai atslēgtu tehnoloģijas pilno potenciālu un noteiktu tās nākotnes virzienu.

Ražotājiem ir jāpārvar dažas galvenas problēmas, lai pilnībā izmantotu AM. Lai nodrošinātu, ka 3D drukātās detaļas vienmērīgi atbilst automažīnu rūpniecības stingrajam izturības un kvalitātes standartiem, nepieciešamas intensīvas testēšanas un validācijas procedūras. Turklāt, lai gan drukājamo metālu klāsts paplašinās, joprojām pastāv nepieciešamība pēc vēl augstākas veiktspējas materiāliem, kas var kalpot kā tiešie aizstājēji dažiem speciāliem sakausējumiem, ko izmanto tradicionālajā ražošanā. Beidzot, pastāv ievērojams prasmju trūkums; jaunajai inženieru paaudzei ir jāapmāca DfAM (Dizains pievienojošai ražošanai), lai domātu ārpus konvencionālo metožu ierobežojumiem.

Raugoties uz priekšu, 3D drukāšanas nākotne automašīnu ražošanā ir spoža un tiks virzīta, apvienojot vairākas galvenas tehnoloģiskas tendences. AM sistēmu integrācija ar mākslīgo intelektu (AI) un lietu interneta (IoT) ļaus reāllaikā uzraudzīt procesus un veikt prognozētu apkopi, tādējādi papildus uzlabojot efektivitāti un kvalitātes kontroli. Turpinātie sasniegumi materiālu zinātnē paplašinās pieejamo sakausējumu klāstu, atverot jaunas lietošanas iespējas pat vēl prasīgākiem komponentiem. Kā redzams MacLean-Fogg gadījumā, šī tehnoloģija jau ietekmē jaunas robežas, piemēram, strukturālo die casting un milzīgas "giga-casting" iekārtas.

Lai orientētos šajā ainavā, stratēģiskais plānošana ir būtiska. Panākumi prasīs ieguldījumus darbinieku apmācībā, sadarbību ar tehnoloģiju partneriem un skaidru redzes līniju, kā integrēt AM sistēmas kodolražošanas stratēģijās. Ceļš uz pilnu industrializāciju ir ceļojums, taču tāds, kas solīts pārveidot automašīnu ražošanu tuvākās desmitgades garumā.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir 3D drukas nākotne automašīnu rūpniecībā?

3D drukas nākotne automašīnu rūpniecībā ir plaša, pārejot no prototipēšanas uz rīku, stiprinājumu un galaproduktu lielražošanu. Galvenās tendences ietver AM izmantošanu komponentu atvieglošanai elektriskajās transportlīdzekļos (EV), sarežģītu rīku, piemēram, automašīnu veidņu ar konformu atdzesēšanu, izgatavošanu un rezerves daļu pieprasījuma ražošanas iespējošanu, lai izveidotu izturīgākas piegādes ķēdes. Tā ir arī būtiska ilgtspējas veicinātāja, samazinot materiālu atkritumus un ļaujot izmantot atkārtoti pārstrādātus vai biopamatu materiālus.

2. Vai pastāv tirgus 3D drukātām auto daļām?

Jā, pastāv ievērojams un strauji augošs tirgus 3D drukātām automašīnu daļām. Pēdējos gados pasaules automašīnu 3D drukāšanas tirgus vērtība bija miljardu apmērā un prognozē, ka tas piedzīvos ievērojamu izaugsmi. Šis tirgus aptver visu – sākot no prototipiem un pielāgotām iekštelpu sastāvdaļām līdz svarīgām veiktspējas daļām un sarežģītai apdarē. Lielie ražotāji, piemēram, GM, Ford un Toyota, jau plaši izmanto 3D drukāšanu. Piemēram, General Motors piecu nedēļu laikā ražoja 60 000 aizmugurējo spārnu blīvējumus vienam SUV modelim, apstiprinot tās komerciālo izmantojamību.