3D-printimise rakendused autotööstuses

3D-printimise tehnoloogia kujundab autotööstust mitmel viisil ümber, alates osade tootmisest ja vormide valmistamisest kuni lühendatud uurimis- ja arendustsükliteni, kerge integreeritud disainini ja isegi suuremate niheteni kogu tööstuslikus tarneahelas. Kuigi suures-masstootmises on sellel tehnoloogial endiselt tõsiseid piiranguid, on selle väärtus sõidukiarenduse abivahendina kogu tööstuses laialdaselt tunnustatud. Allpool on üksikasjalik ülevaade sellest, kuidas 3D-printimist tänapäeval rakendatakse, koos ausa ülevaatega selle kohta, kus see ikkagi alla jääb.

3D-printimist kasutatakse nüüd nii plastist kui metallist autokomponentide tootmiseks. Plastikust 3D-printimise tehnoloogia sobib hästi mitte-kriitiliste osade jaoks, nagu interjööri juhtpaneelid ja armatuurlaua komponendid, kus mõõtmete tolerantsid on vähem nõudlikud ja disaini iteratsioon on olulisem kui töötlemata mehaaniline tugevus. Metallist 3D-printimist rakendatakse seevastu üha enam keerukatele osadele, nagu mootoriplokid ja silindripead - keeruka sisegeomeetriaga komponendid, mida on raske või kulukas toota tavapärase valamise abil.

Üks tähelepanuväärne näide on mustriteta vormi{0}}vaba valamise tehnika, mida on kasutatud mootorikomponentide tootmistsükli lühendamiseks traditsiooniliselt kolmelt-nelja kuuni, mis kulub tööriistade töötlemiseks kuni kahe nädalani, vähendades samal ajal kulusid mitmesaja tuhande kuni mitme miljoni jüaani võrra. Selline kasu on võimalik, kuna tehnoloogia jätab kõrvale vajaduse füüsilise valuvormi kujundamiseks, töötlemiseks ja kinnitamiseks enne üksiku osa valmistamist -, mis tavaliselt kulutab mootorikomponentide arendamiseks suurema osa teostusajast.

Sellegipoolest on tehnoloogia piirangud sama olulised kui selle tugevused. Põhisüsteemid, nagu jõuülekanne, vedrustus, aku, rehvid, rattad, juhtmestikud, elektrimootorid ja tuuleklaasid, toetuvad endiselt peaaegu täielikult traditsioonilistele tootmismeetoditele. 3D-printimine ei suuda otseselt toota elektroonikatäppiskomponente, nagu juhtmeid, trükkplaate või andureid - need jäävad kindlalt väljakujunenud elektroonika tootmisprotsesside valdkonda, ja seal pole peaaegu ühtegi elektroonika tootmisprotsessi. Praktikas tähendab see, et 3D-printimine toimib tänapäeval pigem tavapärase autotööstuse täiendusena kui selle asendajana.

Üks 3D-printimise selgemaid eeliseid autotööstuses on vormide ja tööriistade kiire prototüüpimine. Kuna tehnoloogia ehitab osad otse arvutigraafika andmetest ilma töötlemist või füüsilist vormi nõudmata, saab see nõudmisel genereerida peaaegu igasuguse kujuga komponente. See lühendab oluliselt autovormide arendus- ja tootmistsüklit võrreldes tavapäraste meetoditega.

Kui traditsioonilise vormi väljatöötamine võib kesta mitu kuud -, mis hõlmab projekteerimist, tööriistade valmistamist, proovikäibeid ja parandustsükleid, - 3D-printimine võib sama ajakava lühendada mõne nädalani, vähendades samal ajal uurimis- ja arenduskulusid. See kiiruseeelis ühtlustub kogu sõidukiprogrammis: vorm, mida saab korrata päevade, mitte nädalate jooksul, võimaldab insenerimeeskondadel katsetada rohkem disainivariante, enne kui nad hakkavad kasutama kallist tootmistööriista.

Kaugemale tulevikku vaadates näevad paljud tööstuses 3D-printimist potentsiaalse tulevikusuunana autovormide tootmisel laiemalt. Vähendades teatud rakenduste sõltuvust traditsioonilistest stantsimis- ja sepistamisprotsessidest, võib lisatootmine aidata vormide tootmist suunata tõhusama, -maksumuslikuma mudeli - poole, eriti väikesemahuliste või väga kohandatud tööriistade puhul, kus tavapäraste stantside algkulusid on raske õigustada.

Autotootjad kasutavad 3D-printimise kiireid{0}}prototüüpide loomise tugevusi, et väliskujunduse kinnitamiseks ja mudelite tootmiseks kuluvat aega märkimisväärselt lühendada. Kui uute sõidukite arendustsüklid ületasid varem tavaliselt kahte aastat, on paljud programmid nüüd kokku surutud alla ühe aasta. See kiirendus ei toimu vaakumis -, see on otsene reaktsioon tihenevale turukonkurentsile. Ainuüksi 2014. aastal toodi Hiina turul turule 328 uut sõidukimudelit ja see konkurentsisurve on sundinud tootjaid kasutusele võtma 3D-printimise, et suurendada teadus- ja arendustegevuse tõhusust ning tuua turule kiiremini uusi disainilahendusi.

Lisaks töötlemata kiirusele toetab 3D-printimine ka tootedisaini ja tootmisprotsesside samaaegset sünkroniseeritud arendamist. Selle asemel, et töötada läbi rangelt järjestikuse kujunduse-ja-töövoo ülesehitamise, saavad inseneri- ja tootmismeeskonnad paralleelselt itereerida, mis vähendab edasi--ja-edasi-tagasi muudatustest põhjustatud viivitusi. Kiire prototüüpimine võimaldab ka disainivead varem esile kerkida, vähendades üldist arendusriski enne, kui disain on tööriistade jaoks lukustatud.

Struktuuri optimeerimine on üks valdkondi, kus 3D-printimine pakub eeliseid, mida traditsioonilise tootmisega on raske korrata. Komponendid, mis kunagi nõudsid tuhande või enama üksikosa kokkupanemist, saab mõnel juhul koondada vaid mõnekümneks trükitud osaks. Kombineerituna komposiitmaterjalidega, nagu süsinikkiud, võib selline osade ühendamine oluliselt vähendada sõiduki kogumassi.

Sõidukid, mis sisaldavad integreeritud disainilahenduse osana 3D{1}}prinditud konstruktsioonielemente, saavad kasu vähematest kokkupanekuetappidest ja paljudel juhtudel parandab üldist jõudlust - kaalu vähendamine, mis toetab otseselt paremat tõhusust ja juhitavust. Seda disainiparadigmat nähakse üha enam kui autotootmise üldiselt uuele suunale, mis võib aja jooksul tõugata laiemat tööstust tõhusamate ja keskkonnasäästlikumate tootmismeetodite poole, kuna konsolideeritud disainilahendused vähendavad tavaliselt ka materjali raiskamist ja lihtsustavad -eluea lõpus{5}}demonteerimist.

Traditsiooniline autotootmine sõltub keerulistest, sageli globaalsetest tarneahelatest, mille komponendid hangitakse enne lõplikku kokkupanekut mitmest riigist. 3D-printimise tehnoloogial on potentsiaali seda mudelit muuta, võimaldades projekteerimisel, hankimisel, tootmisel, müügil ja ringlussevõtul koondada ühte piirkonda, vähendades sõltuvust kaug{1}}logistikast.

Märkimisväärne näide sellest nihkest on ideesõiduk, mis saavutas lokaliseeritud tootmise 3D-printimise abil, vähendades-piiriüleseid saatmiskulusid ja tarneaegu, mis tavaliselt kaasnevad ülemaailmselt hajutatud tarneahelaga. Laiemas plaanis toetab 3D-printimine väikeseid-partiisid, väga kohandatud tootmist, mis on hästi kooskõlas tööstuse laiema üleminekuga suuremahuliselt standardiseeritud tootmiselt paindlikumatele tootmismudelitele. See paindlikkus aitab tootjatel kiiremini reageerida muutuvale turunõudlusele -, mis on muutunud järjest väärtuslikumaks, kuna tarbijate eelistused killustuvad ja sõidukite eluiga lüheneb.

Nendest eelistest hoolimata ei suuda 3D-printimine siiski konkureerida traditsiooniliste stantsimis- ja sepistamisprotsessidega, kui tegemist on suuremahulise, standardiseeritud tootmisega. Laiemat kasutuselevõttu piiravad jätkuvalt mitmed tegurid: materjali jõudlus jääb mõnes rakenduses endiselt maha tavapäraselt toodetud metallosade omast, pinnakvaliteet nõuab tavaliselt täiendavaid järeltöötlusetappe, nagu poleerimine ja värvimine, ning osa maksumust mahus on endiselt raske põhjendada väljakujunenud masstootmismeetoditega. Suures mahus toodetud sõidukid peavad vastama ka rangetele regulatiivsetele nõuetele ja paljudes jurisdiktsioonides ei ole 3D{8}}prinditud komponentide materjaliomadusi nende standardite järgi veel täielikult kinnitatud.

Struktuurne lünk on ka talentides ja tarneahela küpsuses. Tööstuses napib praegu piisavalt spetsialiste, kes tunneksid põhjalikult lisaainete tootmise spetsiifilisi disainipõhimõtteid -. 3D-printimiseks mõeldud projekteerimine nõuab tõeliselt teistsugust mõtteviisi kui stantsitud või töödeldud osade projekteerimine. Samal ajal on laiem toetav ökosüsteem, sealhulgas spetsialiseerunud materjalide tarnijad ja{4}}järeltöötlusteenuste pakkujad, alles arenemisjärgus ega ole veel jõudnud traditsiooniliste autode tarneahelate küpsuse tasemele.

Arvestades neid piiranguid, kasvab 3D-printimise lähiajal tõenäoliselt kõige suurem kasv

Pikemas perspektiivis võib kõige lootustandvam edasiminek hõlmata 3D-printimise kombineerimist traditsiooniliste tootmismeetoditega -, näiteks 3D-prinditud vormide kasutamist koos tavapäraste stantsimisprotsessidega -, et leida tasakaal kulude ja tõhususe vahel. Selline hübriidne lähenemine võib järk-järgult laiendada stsenaariumide valikut, kus lisandite tootmine muutub praktiliseks suurema-mahu tootmiseks, selle asemel, et nõuda tehnoloogialt konkureerimist stantsimise ja sepistusega oma tingimustel.

Tehnoloogia arenedes kasvab eeldatavasti tööstuse kasutuselevõtt, eriti tippklassi kohandatud sõidukite segmentides ja uute energiasõidukite sektoris, kus väiksemad tootmismahud, kiirem disaini iteratsioon ja osade konsolideerimine sobivad eriti hästi sellega, mida 3D-printimine kõige paremini teeb. Nendes segmentides muutub lisaainete tootmise väärtus tõenäoliselt üha ilmsemaks - mitte traditsioonilise autotööstuse hulgimüügi asendajana, vaid selle üha asendamatuma täiendusena.