Hvernig þrívíddarprentun umbreytir bílaframleiðslu

Þrívíddarprentunartækni knýr fram breytingar í bílaframleiðslu á margvíslegan hátt - frumgerðarhönnun og sannprófun, framleiðsluverkfæri,-endaframleiðsla hluta og vinnslu- og efnisvottun - og er smám saman að færa iðnaðinn í átt til framtíðar þar sem hægt væri að þrívíddarprenta heilt farartæki. Hér er nánari skoðun:

Passunar- og samsetningarathuganir: Bílaframleiðendur nota þrívíddarprentun til að framleiða fljótt-frumgerðir - hliðarspegla í fullri stærð, til dæmis - með því að nota FFF/FDM tækni til að sannreyna á viðráðanlegu verði hluta passa og samsetningu.

Sannprófun á hagnýtum frumgerð: Fyrir hluta sem þurfa mikinn styrk eða slétt yfirborðsáferð (svo sem festingar eða loftaflfræðilegar settar), plastefni- og duft-tækni eins og Selective Laser Sintering (SLS), ásamt samsettum efnum eða næloni, tryggðu að frumgerðin uppfylli kröfur um frammistöðu.

Full-litamódelskjáir: Efnissprautun og þrívíddar blekspraututækni er notuð til að framleiða full-hugmyndalíkön eða mælikvarða, sem styðja hönnunargagnrýni og markaðskynningar.

Sannprófun frumgerða er ekki einangrað skref í þróunarferli bifreiða - hún fer í gegnum alla þróunarferil ökutækja. Frá fyrstu hugmyndaskissu til loka fjöldaframleiðslu fer bíll venjulega í gegnum tugi, stundum hundruðir, endurtekningar frumgerða. Innleiðing þrívíddarprentunar hefur í grundvallaratriðum breytt því hvernig þetta ferli virkar.

Samkvæmt hefðbundnu þróunarlíkani gæti það að framleiða eina hliðarspegils-frumgerð þýtt að hafa samband við sérhæfða verkfæraverslun, bíða í vikur og borga tugi þúsunda dollara. Með skrifborðs- eða iðnaðar FFF/FDM 3D prenturum geta verkfræðingar fengið efnislegan hluta á klukkustundum til einum degi eða tveimur, fest hann beint á ökutækið til að prófa passa, og athugað hvort bilið sé rétt, festingargötin samræmd og ytra yfirborðið samsvarar loftaflfræðilegum væntingum. Þessi hraðvirka "hönnun–prent–próf–endurskoða" lykkja gerir hönnunargöllum kleift að grípa og leiðrétta snemma í verkefninu, og forðast gríðarlegan endurvinnslukostnað sem stafar af því að uppgötva vandamál aðeins eftir að verkfæri hafa þegar verið skorin niður.

Fyrir hagnýtar frumgerðir sem krefjast meiri styrkleika og yfirborðsgæða - undirvagnsíhluti, loftaflfræðisett og þess háttar - SLS ásamt næloni eða samsettum efnum getur framleitt hluta með þeim vélræna styrk og víddarstöðugleika sem þarf til strangari sannprófunar, svo sem vind-göngprófanir eða þreytuprófanir, sem endurspegla raunverulegar aðstæður{3} fyrir verkfræðinga í heiminum fyrir notkun{3}.

Hugmyndalíkön í öllum-litum, framleidd með efnissprautun og þrívíddar blekspraututækni, þjóna á meðan öðrum tilgangi - og styðja við hönnunarskoðunarfundi og markaðsrannsóknir. Hönnuðir og stjórnendur geta haldið og rannsakað í fullri-skala eða minnkað-allt-litalíkan í ákvörðunar-fundi, frekar en að treysta eingöngu á flutning eða á-myndefni á skjánum - sem bætir verulega gæði hönnunarsamskipta og ákvarðanatöku-.

Létt, vinnuvistfræðileg hönnun: Þrívíddarprentaðar keppur og innréttingar eru léttari og vinnuvistvænni en hefðbundin málmverkfæri, draga úr þreytu stjórnanda og bæta öryggi á verksmiðjugólfinu. BMW notar til dæmis þrívíddarprentuð hjálpartæki til að draga úr álagi á þumalfingur fyrir línustarfsmenn.

Kostnaður og tímasparnaður: Hefðbundin verkfæri geta tekið margar vikur að framleiða og kostað mikið, á meðan þrívíddarprentun getur skilað verkfærum innan nokkurra daga, með miklu meira rúmfræðilegu frelsi og færri skorðum á lokahönnun hluta.

Mót og fínstilling svæðisfræði: Hægt er að þrívíddarprenta innspýtingarmót fyrir plasthluta og kjarna fyrir málmsteypu með flóknum rúmfræði, sem styður -bjartsýni hönnunar (eins og lífræn, lífræn-innblásin form) sem draga úr efnisnotkun en viðhalda styrkleika. Meðal annarra GM og Volvo hafa þegar tekið upp þessa aðferð til að stytta afgreiðslutíma og draga úr kostnaði.

Samanborið við eigin íhluti ökutækisins er oft litið framhjá notkun þrívíddarprentunar í framleiðsluverkfærum og framleiðsluhjálpum - en áhrif þess á daglega verksmiðjuhagkvæmni og vellíðan starfsmanna eru jafn djúp. Á hefðbundinni færibandi nota starfsmenn málmfestingar, handverkfæri og staðsetningarbúnað hundruð eða þúsundir sinnum á dag. Endurteknar hreyfingar og þyngd málmverkfæra geta leitt til úlnliðsgöngheilkennis, tognunar á þumalfingri og annarra endurtekinna-meiðsla með tímanum.

Eftir að hafa kynnt sérsniðin þrívíddarprentuð stuðningstæki og léttar innréttingar hafa BMW og aðrir bílaframleiðendur getað minnkað þyngd verkfæra nokkrum sinnum, á sama tíma og hannað verkfæri í kringum tiltekna handform og gripvenjur tiltekins starfsmanns - sem hefur marktækt dregið úr þreytu stjórnanda og lækkað tíðni slysa á vinnustað. Tilvik eins og þessi sýna að gildið sem þrívíddarprentun hefur í för með sér er ekki takmarkað við að bæta afköst hlutanna sjálfra - það kemur líka beint fólkinu sem vinnur framleiðslulínuna til góða.

Á mótunarhliðinni eru fyrirtæki eins og GM og Volvo að nota þrívíddarprentun til að framleiða kjarna fyrir sprautumót, nota staðfræðifínstillingaralgrím til að hanna lífrænar, lífrænar -innblásnar rúmfræði sem viðhalda mótstyrk og endingartíma á sama tíma og efnisnotkun og framleiðslutími styttist verulega. Í samanburði við hefðbundin stálverkfæri, sem getur tekið marga mánuði að véla, er hægt að framleiða þrívíddarprentuð mót á dögum til vikum - sem þjappa verulega saman-tímalínu framleiðslu- fyrir nýja ökutækisíhluti og flýta fyrir því hversu fljótt ný gerð kemst á markað.

Lúxus farartæki og sérsniðin framleiðsla: Hágæða vörumerki eins og Rolls-Royce og Porsche nota þrívíddarprentun til að framleiða litla-lotu sérsniðna hluta - innri hnappa, handbremsuíhluti og svipaða hluti - til að mæta persónulegum óskum viðskiptavina. BMW býður upp á tugþúsundir þrívíddarprentaðra íhluta fyrir Phantom og fyrirtæki eins og Ferrari nota tæknina til að endurtaka innanhússhönnun hratt.

Varahlutir eftir -eftirspurn: Audi og aðrir bílaframleiðendur bjóða upp á þrívíddarprentaða varahluti fyrir bæði núverandi og eldri gerðir bíla, sem dregur úr birgðakostnaði og styttir afgreiðslutíma aðfangakeðjunnar. Sjaldgæfir hlutar fyrir klassískar gerðir, til dæmis, er hægt að framleiða fljótt úr stafrænni hönnun og forðast háan kostnað við hefðbundin verkfæri.

Ein af kjarnagildistillögunum fyrir vörumerki lúxusbíla er að bjóða viðskiptavinum upp á sannarlega---tegund upplifun. Viðskiptavinir vörumerkja eins og Rolls-Royce og Porsche eru oft tilbúnir að borga aukagjald fyrir mjög sérsniðnar innréttingar - innri hnapp sem er grafið með einliti viðskiptavinar, til dæmis, eða handbremsu sem er lagaður að eigin óskum. Að búa til sérstakt mót fyrir hvern einstakan viðskiptavin er greinilega ekki raunhæft við hefðbundna framleiðslu - kostnaðurinn og tíminn virkar einfaldlega ekki.

3D prentun leysir nákvæmlega þessa „litla lotu, mikla sérsniðna“ spennu. Rolls-Royce deild BMW býður upp á tugþúsundir valanlegra þrívíddarprentaðra íhluta fyrir Phantom, sem gerir viðskiptavinum kleift að velja úr víðtækum vörulista - eða jafnvel biðja um algjörlega nýjar sérsniðnar - án þess að framleiðsluhliðin þurfi að þróa sérstakt mót fyrir hvert afbrigði. Ofurbílamerki eins og Ferrari nota svipaða nálgun og nota tæknina fyrir hraða endurtekningu og litla-prufuframleiðslu á innréttingum, sem styttir tímann sem það tekur að fara frá hugmynd til framleiðslu fyrir innréttingu nýrrar tegundar.

Fyrir utan nýjar-aðlögun ökutækja skilar þrívíddarprentun einnig umtalsverðu gildi í framboði á eftirmarkaði. Bílaframleiðendur með langa sögu og mikið úrval af fyrri gerðum, eins og Audi, þurfa að halda áfram að útvega varahluti í klassísk ökutæki sem eru áratuga gömul - en upprunalegu verkfærin fyrir marga af þessum sjaldgæfu hlutum hafa fyrir löngu verið eytt og það er dýrt að klippa mót til baka, sérstaklega þegar aðeins verður þörf á örfáum einingum, sem gerir það að lélegri efnahagstillögu.

Með því að stafræna þrívíddargögnin fyrir þessa sjaldgæfu hluta geta bílaframleiðendur framleitt þau eftir þörfum með þrívíddarprentun hvenær sem viðskiptavinur þarfnast þeirra - án þess að vera með stórar efnislegar birgðir sem binda vörugeymslupláss og án hins háa kostnaðar á hverja-einingu sem fylgir endurgerð fyrir litla framleiðslulotu. Þetta „stafræna vöruhús“ líkan er að verða vaxandi stefna í varahlutaframboði í klassískum og takmörkuðu-upplagi.

Samþjöppun uppréttrar fjöðrunar: Carbon Performance sameinaði níu aðskilda hluti af uppréttri fjöðrun Lotus sportbíls í einn þrívíddarprentaðan álhluta, sem minnkaði þyngd og bætti stífleika.

Nýsköpun bremsuklossa: Bugatti þrívíddarprentað títan bremsuklossa stóðst þrýstiprófun, sem sýnir fram á styrk og endingu sem er betri en hefðbundin framleidd diskar.

Innbyggðar kælirásir: BMW prentar kælivökvarásir beint í M-röð strokkahausa og hámarkar hitastjórnun til að auka afköst vélarinnar.

Prentun á heildarbyggingu ökutækja: Local Motors 3D prentaði yfirbyggingu Strati rafknúinnar ökutækis síns og Honda prentuðu hliðarplötur fyrir Micro Commuter hugmyndina sína - sem sýna bæði möguleika þrívíddarprentunar á öllu -byggingarstigi ökutækisins.

Sameining Carbon Performance á níu aðskildum hlutum uppréttrar fjöðrunar Lotus sportbíls í einn þrívíddarprentaðan álhluta er sérstaklega lýsandi dæmi, því það sýnir einn af grundvallarkostunum sem aðgreina þrívíddarprentun frá hefðbundinni framleiðslu: samþjöppun hluta. Hefðbundin framleiðsla, takmörkuð af því hvernig hlutar eru unnar og settir saman, krefst oft þess að brjóta flókinn hagnýtan íhlut í nokkra einfaldari hluta sem eru unnar sérstaklega og síðan tengdir saman með boltum eða suðu. Hver og einn af þessum samskeytum er hugsanlegur veikur punktur og hugsanleg bilunarhætta, og hver og einn bætir einnig samsetningartíma og -gæðastýringu.

Auka-framleiðslurökfræðin á bak við þrívíddarprentun brýtur algjörlega þessa þvingun. Hönnuðir geta byrjað beint frá virknikröfunni og hannað eina, samþætta flókna uppbyggingu - sem fellir virkni níu aðskildra hluta saman í einn prentaðan íhlut. Þetta dregur ekki aðeins úr hlutafjölda og samsetningarflækjustig, heldur einnig - með því að útrýma mörgum samskeytum - bætir verulega stífleika og áreiðanleika burðarvirkisins um leið og sparar þyngd.

Þrívíddarprentað títan bremsuklossa frá Bugatti sýnir á sama hátt möguleika þrívíddarprentunar í öfgafullum-afköstum hlutum. Bremsuklossar þurfa að þola gífurlegan hemlunarþrýsting og endurteknar hitauppstreymi. Títan þykkni Bugatti, framleidd með þrívíddarprentun, fór í gegnum strangar þrýstiprófanir og sýndi fram á styrk og endingu sem var betri en þykkni sem gerðar voru með hefðbundinni smíða eða steypu - sönnun þess að aukefnaframleiðsla getur nú keppt topp-á móti hefðbundnum {1}öryggisferlum á afkastamiklum{{}}miklum afköstum.

Þrívíddarprentað Strati rafbíll Local Motors og þrívíddarprentað hliðarspjöld Honda fyrir Micro Commuter hugmyndina tákna snemmtæka könnun á þrívíddarprentun sem nær frá íhlutastigi upp í heildaruppbyggingu ökutækja. Þó að þessi verkefni séu nú að mestu á hugmyndastigi-fullgildingar og lítillar-lotu-framleiðslu, sýna þau fram á hagkvæmni þrívíddarprentunar fyrir stóra byggingarhluta-líkams, sem byggir upp dýrmæta tæknireynslu og gögn í átt að stærri-fullri-prentun í 3D farartæki.

Efling stöðlunar og vottunar: SYMPA verkefnið er að þróa bíla-vottuð SLA plastefni. IDAM verkefnið, samræmt af BMW, beinist að iðnvæðingu aukefnaframleiðsluferla og sjálfvirknikerfa. NextGenAM verkefnið er í samstarfi við geimgeirann til að hámarka framleiðslu skilvirkni.

Minnkað hindrun fyrir framleiðendur: Þegar prentunarferli og efni hafa verið vottuð geta lítil og meðal-fyrirtæki tekið upp samhæfðan vélbúnað beint til að framleiða hluta, án þess að bera háan kostnað af óháðri vottun - sem flýtir fyrir upptöku þrívíddarprentunar í bílaiðnaðinum.

Staðla- og vottunarvinna er oft sá hluti sem auðvelt er að gleymast, en samt mikilvægasti, þátturinn í því að færa nýja tækni frá rannsóknarstofunni yfir í stóra-iðnfræðilega notkun. Bílaiðnaðurinn hefur ákaflega strangar reglur um frammistöðu efnis og öryggisstaðla fyrir íhluti -, jafnvel nýtt efni eða ferli sem skilar glæsilegum árangri á tæknilegu stigi mun eiga í erfiðleikum með að vera almennt notað í framleiðslubílum án iðnaðarvottunar.

SYMPA verkefnið einbeitir sér að þróun bifreiða-vottuð SLA ljósnæm plastefni, hreinsa slóð fyrir trjákvoða-undirstaða 3D prentunarefni til að komast inn í birgðakeðju bílahluta. IDAM verkefnið, samræmt af BMW, leggur áherslu á iðnaðarsamþættingu alls aukefnaframleiðsluverkflæðisins við sjálfvirknikerfi, kanna hvernig hægt er að umbreyta þrívíddarprentunarferli sem nú byggir að miklu leyti á handvirkri inngrip í eitt sem getur keyrt stöðugt og í stærðargráðu í sjálfvirkri framleiðslulínu. NextGenAM verkefnið gengur skrefi lengra, í samstarfi við geimferðaiðnaðinn til að hámarka í sameiningu framleiðslu skilvirkni málmaaukefna - þar sem geimfar hefur safnað upp þroskaðri reynslu í gæðaeftirliti og vottun fyrir þrívíddarprentun úr málmi, og samvinna af þessu tagi milli-iðnaðar hjálpar til við að flýta fyrir tækniþroska bílageirans.

Þegar þessir vottunarrammar hafa verið settir á laggirnar og settar í notkun munu þeir draga verulega úr hindruninni fyrir litla og meðalstóra-framleiðendur að taka upp þrívíddarprentun. Í dag krefst þess að ljúka efnis- og ferlivottun sjálfstætt verulegri fjárfestingu í tíma og peningum - oft meira en smærra fyrirtæki þolir. Þegar iðnaðarstaðlar og vottunarferli eru til staðar geta smærri fyrirtæki tekið upp nú þegar-vottuð, samhæf vélbúnaðar- og efniskerfi beint til framleiðslu, án þess að endurtaka þá vottunarfjárfestingu. Þetta mun hraða verulega útbreiðslu þrívíddarprentunar um alla aðfangakeðju bíla, sérstaklega að láta annað- og þriðja-hlutabirgðir einnig njóta góðs af hagkvæmni sem tæknin býður upp á.

Hagkvæmni fullkomlega þrívíddarprentaðs farartækis: Þegar þrívíddarprentunartækni þroskast fyrir kjarnaíhluti eins og rafhlöður, mótora og skynjara, gætu framtíðarökutæki að lokum verið prentuð að fullu, frá vél til hjóla. Prentvænir seglar eru þegar til, til dæmis - 3D prentun á rafmótor þarf aðallega til að sigrast á áskorunum í sjálfvirkri samsetningu og efnissamhæfi.

Sjálfvirk samsetning áskoranir: Núverandi hindranir eru meðal annars getu vélfærakerfa til að samþætta hluta sem koma frá mörgum prenturum. Verkefni eins og IDAM eru að byggja upp háþróaða framleiðsluaðstöðu til að hjálpa til við að ýta þessu markmiði áfram.

Væntanleg umbreyting í iðnaði: Þó að fljúgandi bílar séu enn fjarlægir möguleikar gætu þrívíddarprentaðir bílar færst frá hugmynd til framleiðslu á næsta áratug, og endurmótað í grundvallaratriðum aðfangakeðjur og framleiðslulíkön hefðbundinnar bílaframleiðslu.

Til að ná „fullkomlega þrívíddarprentuðu farartæki“ þarf að leysa meira en bara prentun á líkamsbyggingu - því mikilvægari áskorunin liggur í aukinni framleiðslu á mjög samþættum kjarnaíhlutum eins og rafhlöðum, mótorum og skynjurum. Prentvæn segulmagnaðir efni hafa nú þegar náð bylting, sem þýðir að varanlegir seglarnir í hjarta rafmótors geta nú verið framleiddir með prentun, sem leggur efnisgrundvöll fyrir frekari samþættingu mótorframleiðslu í prentferlið. Að fullkomlega þrívíddarprentun á heilum mótor þarf samt að leysa áskorunina um að prenta saman mörg mismunandi efni og hagnýtar einingar - spóluvinda, einangrunarefni, kælivirki og fleira - sem er áfram lykilatriði núverandi tæknirannsókna.

Jafnvel þegar hægt er að framleiða hvern einstakan íhlut með þrívíddarprentun er hæfileiki sjálfvirka samsetningarstigsins jafn mikilvægur til að ná fram framleiðslu á ökutækis-mælikvarða. Núverandi flöskuháls í iðnaði er að vélfærakerfi, þegar samþætt er íhlutum sem koma frá mismunandi prenturum og mismunandi framleiðslulotum, þurfa oft sérsniðnar-forritaðar grip- og samsetningarleiðir fyrir hverja hlutategund - sem skortir sveigjanleika og fjölhæfni sem þarf til að takast á við mikla-blöndun, lítið-magn í framleiðslu þrívíddarprentaðra hluta. Samstarf iðnaðarins eins og IDAM verkefnið vinnur að því að byggja upp fullkomnari sjálfvirka framleiðsluaðstöðu, kanna hvernig hægt er að gera vélfærakerfi aðlögunarhæfari að margs konar þrívíddarprentuðum hlutum - að mikilvægum þröskuldi sem þarf að fara yfir til að ná fram stækkaðri framleiðslu á fullkomlega þrívíddarprentuðum ökutækjum.

Þó að framleiðsla á fullkomlega þrívíddarprentuðum,-fljúgandi bíl er fjarlæg í augnablikinu, bendir núverandi ferill tækniþróunar til þess að þrívíddarprentaðir bílar gætu smám saman færst frá hugmyndaprófun í-lítil framleiðslu á næsta áratug. Þessi breyting mun fela í sér meira en bara uppfærslu á framleiðslu-ferlisstigi - hún á í grundvallaratriðum að endurmóta birgðakeðjuskipulag og framleiðsluskipulag hefðbundins bílaiðnaðar, hverfa frá líkani sem byggt er á stóra-staðlaðri framleiðslu og miðstýrðri verkfærafjárfestingu, í átt að sveigjanlegra, dreifðari, eftirspurn eftir{{.8}}módeli fyrir stafræna framleiðslu.

Með því að stytta þróunarlotur, lækka framleiðslukostnað og gera flókna hönnun kleift, hefur þrívíddarprentun orðið aðal drifkraftur nýsköpunar í bílaframleiðslu. Þar sem byltingarnar halda áfram í efnisvísindum og sjálfvirkni, nálgast tímabil fullkomlega þrívíddarprentaða farartækisins - sem færir greininni áður óþekkta skilvirkni og sérsniðnar möguleika. Allt frá hraðri endurtekningu við staðfestingu frumgerða, til léttra uppfærslna á framleiðsluverkfærum, til sérsniðinna og eftirspurnar-hlutaframleiðslu, alla leið til framtíðarsýnar fullprentaðs farartækis, þrívíddarprentun er kerfisbundið að endurmóta hvert stig í bílaframleiðslu, ýta undir hagkvæmni og persónulega sveigjanleika í heild sinni.