3D принтиране в автомобилостроенето

АвтоматизацияТехнологииАвтомобилостроене в България - специално издание на сп. Инженеринг ревю • 15.09.2016

3D принтиране в автомобилостроенето
3D принтиране в автомобилостроенето

През изминалото десетилетие същественият напредък в технологиите за адитивно производство (АП), известни повече като 3D принтиране, промениха потенциалните възможности за проектиране, разработка, производство и дистрибуция на множество изделия. В автомобилостроенето този напредък отвори вратите за новаторски технически решения – за по-чиста, по-лека и по-безопасна продукция, по-кратки срокове на доставка и намаление на разходите.

Докато производителите на автомобили и техните поддоставчици използват методите за АП предимно за бързата изработка на прототипи, технологичното развитие на тези методи ще ги прави все по-предпочитани в бъдеще за иновативни продукти и в масовото серийно производство.

Новите разработки в адитивните технологии, заедно с напредъка в свързаните с тях направления, като новите видове материали, не само ще намерят полезно приложение в производството на автомобили, а също така ще променят традиционния начин за изработка на детайли, както и системата на доставките.

Ролята на АП за повишаване на конкурентоспособността
Много трудно е да се заеме място в световното автомобилостроене, особено на водещите позиции, където четирите най-големи производители прибират една трета от всички приходи в отрасъла – за 2013 г. това са над 2 трилиона долара.

От друга страна, секторът за производство на части и допълнителни принадлежности, реализиращ приходи от 1,5 трилиона долара, се характеризира със силна конкуренция и голям брой по-малки играчи. За да оцелеят и да се развиват успешно в такава среда, фирмите трябва да съсредоточат усилията си в специализирани дейности, които могат да повишат конкурентоспособността им.

Има две области, в които АП ще окаже най-силно влияние върху конкуренцията между производителите на автомобили, и потенциално може да промени правилата на играта.

Като средство за разработка на иновативни продукти
АП дава възможност при конструирането на отделни компоненти да се преодоляват някои от ограниченията, които традиционните методи налагат. Тази гъвкавост е особено полезна при изработката на изделия със специфични характеристики и осигурява разширени функционални възможности като формирането на кабелни канали (чрез обособяване на кухини), намаляването на теглото (чрез решетести структури) и изработката на обекти със сложна геометрия, които иначе не могат да се направят по стандартните методи.

Нещо повече, по новите технологии за АП могат все по-надеждно да се печатат тримерно детайли, съставени от множество материали, и притежаващи индивидуални свойства, като променлива якост и електропроводимост. Тези технологии за АП ще играят съществена роля при създаването в бъдеще на по-бързи, по-безопасни, по-леки и по-ефективни превозни средства.

Движеща сила за промени в системата на доставките
Като елиминира необходимостта от нова инструментална екипировка и осигурява направо изработката на крайните детайли, АП съкращава общото време за доставка и по този начин се реагира по-бързо на пазарното търсене.

Освен това, тъй като в АП обикновено се използва само материалът, който е необходим за изработката на компонента, при приложението на тези нови технологии може драстично да се намали скрапът и да се ограничи разходът на материали. Нещо повече, произведените по адитивните методи леки компоненти могат да доведат до по-ниски транспортни разходи, а това, че се изработват по заявка и на място, може да намали складовите разходи.

И накрая, адитивните технологии могат да са в основата на децентрализирано производство на изделия в малки и средни количества. Използването на пълния им капацитет ще позволи на фирмите съществено да променят системата на доставките, в това число да намалят разходите и да създадат по-добри възможности за производство в по-голяма близост до потребителите, да опростят логистичните си схеми и подобрят обслужването на потребители и пазари, без да е нужно да инвестират значителни капитали.

Изясняване на четирите пътя за внедряване на АП
Ценността на АП идва от възможността, която то дава, да се намери оптимален баланс при съчетаването на две фундаментални противоречия по отношение на ефективността: капитал срещу мащаб и капитал срещу обхват.

От една страна, като намаляват капитала, необходим за постигане ефекта на икономии вследствие на увеличения мащаб на производство, адитивните технологии съкращават пределния минимален мащаб, за да бъде рентабилно това производство.

От друга страна, те осигуряват по-голяма гъвкавост и повишават възможния обхват на производството, или с други думи, разнообразието от видове изделия, които могат да се произведат с определения капитал.

Достигането до мащаба, при който производството ще бъде ефективно, с по-малък капитал, ще повлияе върху изграждането на системата от доставки, а по-широкият обхват от видове изделия, постигнат с по-малък капитал, ще се отрази на проектирането на изделията.

Виждането ни за стратегическото значение на АП се опира на изясняването на начините, по които технологията решава въпроса с трудния баланс между капитала, от една страна, и мащаба и видовия обхват, от друга.

Мястото на АП в автомобилостроенето днес
В рамките на автомобилната индустрия АП се използва широко за бързо намиране на оптималното съотношение между капиталовложения и възможности за изработка на повече видове детайли (обхват), с което се повишава общата ефективност.

Големите производители на автомобили и техните доставчици отдавна използват адитивните технологии, за да разширят производствените си възможности и да намалят разходите.

Посредством АП могат да се правят прототипи, без да се изработва инструментална екипировка, което ускорява проектирането и намалява разходите. Днес и производителите на автомобили, и техните доставчици използват адитивните технологии, за да усъвършенстват всички дейности в производствения си цикъл: подпомагат избора на оптимални решения на етапа на проектирането, установяват параметрите на качеството в предпроизводствения етап, служат за разработка на инструментална екипировка и намаляват общото време за излизане на крайния продукт на пазара.

Ускоряване на проектирането при разработката на нови продукти - на етапа на проектирането фирмите изпробват няколко варианта, преди да решат какъв ще е окончателният проект.

Едно от най-големите предимства на АП се състои в това, че чрез него могат да се изработят множество вариации на крайното изделие при малки допълнителни разходи, което помага на автомобилните компании да подобрят проекта на изделието с помощта на реални физически модели.

Повишаване на качеството чрез бърза изработка на прототипи - като използват адитивните технологии за създаването на прототипи доста преди пускането в производство на крайното изделие, автомобилостроителите имат възможността да тестват качествените показатели преди определянето на реалния производствен график.

Въз основа на гъвкавостта при проектирането, която АП осигурява, компаниите могат да изработват и тестват множество прототипи.

Създаване на специализирана инструментална екипировка -за производителите на автомобили инструменталната екипировка играе водеща роля на поточната линия за устойчивото изработване на детайли с високо качество.

АП дава възможност за създаване на специализирана екипировка и така повишава производителността на предприятието.

Намаляване на разходите за екипировка при проектирането - за някои компоненти в автомобила, в определени специфични случаи, екипировката и еднократните форми, влагани в огнеупорна суспензия за последващо отливане, се подготвят преди да стартира производството.

Това означава, че при всяка промяна в проекта екипировката трябва да се преправи или изработи наново – отнемащ време и скъп процес. Чрез адитивните технологии производителите намаляват зависимостта си от екипировката и формите за отливане.

Бъдещото развитие на АП 
Бъдещият модел на развитие в автомобилостроителния отрасъл най-вероятно ще се характеризира с големи производители, които работят в тясно сътрудничество с по-малка, по-стриктно обвързана база от поддоставчици. Ще се отличава също и с по-бързото обновяване на автомобилите, чрез внедряването в тях на иновативни функционални възможности.

Производителите могат да постигнат този модел на развитие, като продължат да рационализират връзките с поддоставчиците си и като задълбочат партньорството си с т.нар. доставчици от “ниво 0.5”. Понастоящем периодът до окончателното производство на първоначалния проект, точно преди автомобилът да излезе на пазара, отнема години.

С АП производителите могат съществено да съкратят етапа на разработката в рамките на жизнения цикъл на продукта и съответно да увеличат етапите на растеж и зрялост.

Много важно предимство от въвеждането на адитивните технологии в краткосрочен план е потенциалната възможност за производство на компоненти с по-ниско тегло, което води до създаването на автомобили с по-висок КПД на горивото.

В дългосрочен план опростената изработка на частите, благодарение на АП и произтичащото от това намаляване сложността на монтажа им, може да промени из основи процесите на проектиране, разработка и сглобяване.

Пътят, избран от големите производители на автомобили, е изграждането на такъв модел на развитие, при който се съчетават иновациите в продукцията, бързият оборот и бързата реакция на пазарното търсене.

Постигането на тези цели, подпомагано от възможностите на АП, ще доведе до все по-малко посредници в системата на доставки в отрасъла. Обновеният модел на развитие ще включва използваните и към настоящия момент предимства на адитивните технологии — подобрено проектиране и намалено време до излизането на крайния продукт на пазара, както и предимствата от внедряването на иновации в междинните фази от създаването на продукта — опростяване на детайлите, намаляване на операциите по сглобяване и намаляване на теглото на компонентите.

Изброените предимства могат да се съчетаят с по-оптимално географско разпределение на системата от доставки, което значително ще промени модела на развитие с оглед на по-бързата реакция на изискванията на пазара и на ограничаването броя на посредниците.

Top