Notkun þrívíddarprentunar í bílaframleiðsluiðnaðinum

3D prentunartækni er að endurmóta bílaframleiðsluiðnaðinn á margvíslegan hátt, allt frá framleiðslu á hlutum og mótagerð til styttra rannsókna og þróunarlota, léttri samþættri hönnun og jafnvel víðtækari tilfærslum um iðnaðarframboðskeðjuna. Þó að tæknin standi enn frammi fyrir raunverulegum takmörkunum þegar kemur að stórum-fjöldaframleiðslu, hefur gildi hennar sem hjálpartæki í þróun ökutækja orðið almennt viðurkennt í greininni. Hér að neðan er ítarlegt yfirlit yfir hvernig þrívíddarprentun er beitt í dag, ásamt heiðarlegri frásögn af því hvar hún skortir enn.

3D prentun er nú notuð til að framleiða bæði plast og málm bílaíhluti. Þrívíddarprentunartækni úr plasti hentar vel fyrir ó-mikilvæga hluti eins og stjórnborð innanhúss og mælaborðsíhluti, þar sem víddarvikmörk eru minna krefjandi og endurtekning hönnunar skiptir meira máli en hrár vélrænni styrkur. Þrívíddarprentun úr málmi er aftur á móti í auknum mæli notuð á flókna hluta eins og vélarblokka og strokkahausa - íhluti með flókna innri rúmfræði sem erfitt eða dýrt er að framleiða með hefðbundinni steypu.

Eitt athyglisvert dæmi er mynsturlausa móta-lausa steyputækni sem hefur verið notuð til að stytta framleiðsluferil vélarhluta úr hefðbundnum þremur-í-fjórum mánuðum sem þarf til verkfæra niður í allt að tvær vikur, en lækka kostnað um allt frá nokkur hundruð þúsundum upp í nokkrar milljónir júana. Svona hagnaður er mögulegur vegna þess að tæknin fer framhjá þörfinni á að hanna, véla og sannreyna líkamlegt mót áður en hægt er að framleiða einn hlut - skref sem venjulega eyðir meirihluta leiðslutíma í þróun vélhluta.

Sem sagt, takmarkanir tækninnar eru jafn mikilvægar að skilja og styrkleika hennar. Kjarnakerfi eins og aflrás, fjöðrun, rafhlöðupakka, dekk, hjól, raflögn, rafmótorar og framrúður treysta enn nánast eingöngu á hefðbundnar framleiðsluaðferðir. 3D prentun getur ekki beint framleitt nákvæma rafeindaíhluti eins og raflögn, rafrásir eða skynjara - þeir eru enn fastir á sviði rafeindatækni sem hefur staðfest að það sé ekki framleitt framleiðsla mun rýma þeim á næstunni. Í reynd þýðir þetta að þrívíddarprentun virkar í dag sem viðbót við, frekar en í staðinn fyrir, hefðbundna bílaframleiðslu.

Einn skýrasti kosturinn við 3D prentun í bílasamhengi er hröð frumgerð fyrir mót og verkfæri. Vegna þess að tæknin byggir hluta beint úr tölvugrafískum gögnum án þess að þurfa vinnslu eða líkamlegt mót, getur hún búið til íhluti af næstum hvaða lögun sem er eftir þörfum. Þetta styttir verulega þróunar- og framleiðsluferil fyrir bílamót miðað við hefðbundnar aðferðir.

Þar sem hefðbundin mótaþróun getur tekið nokkra mánuði - sem nær yfir hönnun, verkfærasmíði, prufukeyrslur og leiðréttingarlotur - 3D prentun getur þjappað sömu tímalínunni niður í nokkrar vikur, en samtímis lækkað rannsóknar- og þróunarkostnað. Þessi hraðakostur sameinast um ökutækiskerfi: mót sem hægt er að endurtaka á dögum frekar en vikum gerir verkfræðingateymum kleift að prófa fleiri hönnunarafbrigði áður en þeir skuldbinda sig til dýrra framleiðslutækja.

Þegar horft er lengra fram í tímann, líta margir í iðnaðinum á þrívíddarprentun sem hugsanlega framtíðarstefnu fyrir bílamótaframleiðslu víðar. Með því að draga úr ósjálfstæði á hefðbundnum stimplunar- og mótunarferlum fyrir tiltekin forrit gæti aukefnaframleiðsla hjálpað til við að ýta moldframleiðslu í átt að skilvirkara, -kostnaðarlíkani -, sérstaklega fyrir lítið-magn eða mjög sérsniðnar verkfæri þar sem erfitt er að réttlæta fyrirframkostnað hefðbundinna móta.

Bílaframleiðendur nýta sér hraðvirkan-frumgerðastyrk þrívíddarprentunar til að þjappa verulega saman þeim tíma sem þarf fyrir löggildingu ytri hönnunar og gerð líkana. Þar sem þróunarlotur nýrra ökutækja fóru einu sinni að jafnaði yfir tvö ár, hafa mörg forrit nú verið þjappað niður í eitt ár. Þessi hröðun á sér ekki stað í tómarúmi - hún er bein viðbrögð við harðnandi samkeppni á markaði. Árið 2014 eitt og sér voru 328 nýjar bílagerðir settar á kínverska markaðinn og það stig samkeppnisþrýstings hefur ýtt á framleiðendur til að taka upp þrívíddarprentun sem leið til að auka R&D skilvirkni og fá nýja hönnun á markað hraðar.

Fyrir utan hráan hraða styður þrívíddarprentun einnig samtímis, samstillta þróun vöruhönnunar og framleiðsluferla. Frekar en að vinna í gegnum stranglega raðhönnun-þá-byggja verkflæði, verkfræði- og framleiðsluteymi geta endurtekið sig samhliða, sem dregur úr töfum af völdum-og-breytinga. Hröð frumgerð gerir einnig hönnunargöllum kleift að koma fyrr á yfirborðið, sem dregur úr heildarþróunaráhættu áður en hönnun er læst inni fyrir verkfæri.

Byggingarhagræðing er eitt af þeim sviðum þar sem þrívíddarprentun býður upp á kosti sem erfitt er að endurtaka með hefðbundinni framleiðslu. Íhlutir sem einu sinni þurftu að setja saman þúsund eða fleiri einstaka hluta geta í sumum tilfellum verið sameinuð í aðeins nokkra tugi prentaða hluta. Þegar það er blandað saman við samsett efni eins og koltrefjar, getur samþjöppun af þessu tagi valdið marktækri lækkun á heildarþyngd ökutækis.

Ökutæki sem innihalda 3D-prentaða burðarþætti sem hluti af samþættri hönnunarnálgun njóta góðs af færri samsetningarskrefum og í mörgum tilfellum, bætt heildarframmistöðu - þyngdarminnkun styður beinlínis betri skilvirkni og meðhöndlunareiginleika. Þessi hönnunarhugmynd er í auknum mæli talin benda í átt að nýrri stefnu fyrir bílaframleiðslu almennt, sem gæti ýtt breiðari iðnaðinum í átt að skilvirkari og umhverfisvænni framleiðsluaðferðum með tímanum, þar sem sameinuð hönnun dregur venjulega einnig úr efnissóun og einfaldar sundurliðun-af-lífslokum.

Hefðbundin bílaframleiðsla er háð flóknum, oft alþjóðlegum aðfangakeðjum, með íhlutum sem eru fengnir frá mörgum löndum fyrir lokasamsetningu. 3D prenttækni hefur möguleika á að breyta því líkani með því að leyfa hönnun, innkaupum, framleiðslu, sölu og endurvinnslu að safnast saman innan eins svæðis, sem dregur úr ósjálfstæði á langri-flutningastarfsemi.

Athyglisverð lýsing á þessari breytingu er hugmyndabíll sem náði staðbundinni framleiðslu með þrívíddarprentun, minnkaði sendingarkostnað yfir-landamæri og afgreiðslutíma sem venjulega fylgir aðfangakeðju sem er dreifð á heimsvísu. Meira að segja 3D prentun styður litla-lotu, mjög sérsniðna framleiðslu, sem passar vel við víðtækari breytingu iðnaðarins frá stór-staðlaðri framleiðslu yfir í sveigjanlegri framleiðslulíkön. Þessi sveigjanleiki hjálpar framleiðendum að bregðast hraðar við breyttri eftirspurn á markaði -, en möguleiki sem hefur orðið sífellt verðmætari eftir því sem óskir neytenda brotna niður og líftíma ökutækja styttist.

Þrátt fyrir þessa kosti getur þrívíddarprentun samt ekki keppt við hefðbundin stimplunar- og mótunarferli þegar kemur að stórum-staðlaðri framleiðslu. Nokkrir þættir halda áfram að hefta víðtækari upptöku: efnisframmistöðu er enn á eftir hefðbundnum framleiddum málmhlutum í sumum forritum, yfirborðsgæði krefjast venjulega viðbótarþrepa eftir-vinnslu eins og slípun og málningu og enn er erfitt að réttlæta kostnað fyrir hvern-hluta miðað við rúmmál gegn viðurkenndum fjölda-framleiðsluaðferðum. Ökutæki sem framleidd eru í stærðargráðu verða einnig að uppfylla strangar eftirlitskröfur og í mörgum lögsagnarumdæmum hafa efniseiginleikar þrívíddar-prentaðra íhluta ekki enn verið fullgiltir í samræmi við þá staðla.

Það er líka skipulagsbil í þroska hæfileika og aðfangakeðju. Iðnaðurinn skortir eins og er nógu marga fagmenn sem þekkja djúpt við hönnunarreglur sem eru sértækar fyrir aukefnaframleiðslu - að hanna fyrir þrívíddarprentun krefst raunverulega öðruvísi hugarfars en að hanna fyrir stimplaða eða vélræna hluta. Á sama tíma er víðtækara vistkerfið, þar á meðal sérhæfðir efnisbirgjar og þjónustuveitendur eftir-vinnslu, enn í þróun og hefur ekki enn náð því þroskastigi sem sést í hefðbundnum birgðakeðjum bíla.

Með hliðsjón af þessum takmörkunum er líklegt að þrívíddarprentun muni sjá mesta vöxtinn á næstunni- sem aukaverkfæri sem notað er fyrst og fremst á rannsóknar- og þróunarstigi ökutækjaþróunar, þar sem það getur fínstillt hönnunarvinnuflæði með hraðri frumgerð og dregið úr þörfinni fyrir dýr efnismót á fyrstu stigum staðfestingar.

Til lengri tíma litið getur vænlegasta leiðin fram á við falið í sér að sameina þrívíddarprentun við hefðbundnar framleiðsluaðferðir - til dæmis með því að nota þrívíddar-prentaðar mót í tengslum við hefðbundna stimplunarferla - til að ná jafnvægi á milli kostnaðar og hagkvæmni. Þessi tegund blendingsaðferðar gæti smám saman stækkað svið atburðarásar þar sem aukefnaframleiðsla verður hagnýt fyrir meira-magn framleiðslu, frekar en að krefjast þess að tæknin keppi-á móti-við stimplun og smíða á eigin forsendum.

Eftir því sem tæknin heldur áfram að þroskast er búist við að upptaka iðnaðarins haldi áfram að vaxa, sérstaklega í hágæða sérsniðnum ökutækjum og í nýjum orkubílageiranum, þar sem smærri framleiðslulotur, hraðari hönnunarendurtekning og samþjöppun hluta falla sérstaklega vel að því sem þrívíddarprentun gerir best. Í þessum flokkum er líklegt að verðmæti aukefnaframleiðslu verði æ áberandi -, ekki sem heildsölu í stað hefðbundinnar bílaframleiðslu, heldur sem sífellt ómissandi viðbót við hana.