Новости при технологиите за 3D печат в автомобилната индустрия

CAD/CAMСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1/2017 • 27.02.2017

Новости при технологиите за 3D печат в автомобилната индустрия
Новости при технологиите за 3D печат в автомобилната индустрия

В днешно време 3D печатът е една от основните технологии, които подпомагат развитието на автомобилната индустрия и производството на по-издръжливи и по-леки превозни средства. През 2014 г. бе произведена първата изцяло 3D принтирана кола от ABS пластмаса и въглеродни влакна (в съотношение около 80/20).

В края на 2016 г. пък е произведен първият едноместен автомобил, чието шаси и голяма част от частите са 3D принтирани. Точно тази тенденция всъщност е и най-разпространена в индустрията в момента – принтиране не на цялото превозно средство, а на отделни общи инструменти и части, предназначени за крайно потребление.

Редица пазарни проучвания сочат, че прототипирането е разпространена практика в 15% до 20% от компаниите в автомобилната промишленост. 3D принтирането на протитипи се прилага от много пазарни лидери, които целят да намалят времето за проектиране на различни компоненти. Понастоящем се разработват и нови технологии за 3D печат, които да позволят по-разширеното му приложение в производството.

Автомобилните компании се стремят да намалят производствените си разходи и загубата на материали, като в същото време увеличат темповете на производство. Това са и основните предимства, които ефективната технология за 3D печат за нуждите на автомобилната промишленост може да предложи.

Принтирането осигурява и едновременно леки и комплексни части, ефективно оползотворяване на материалите, както и улеснено управление на логистичните дейности.
Все повече компании се обръщат към

3D принтирането на монтажни приспособления и фиксиращи устройства
с което може да се намалят производствените разходи и да се осигурят по-леки и ергономични инструменти. Производството на такива инструменти чрез 3D печат е значително по-бързо и изгодно, както и улеснява създаването на компоненти с по-нестандартен дизайн.

Леките, ергономични инструменти позволяват да се увеличи повторяемостта на процесите. Те могат и да улеснят производителите при изпълнението на различни наредби и регламенти, касаещи индустрията. Преди около 20 години, изискването за издръжливост на покрива на автомобил при преобръщане беше приблизително равно на общото му тегло.

Днес обаче покривът на дадено превозно средство трябва да издържа до четири пъти общото му тегло. Определянето на максималната възможна здравина при възможно най-ниско тегло на материала се постига чрез процес, който се нарича оптимизация на топологията (Topology optimization - TO) и е наличен в много CAD софтуерни пакети.

Възпроизвеждането на резултатите от оптимизацията на топологията обаче е почти невъзможно чрез традиционни средства. Затова пък 3D печатът има потенциал да се справи с тази задача и да произведе сложни геометрични форми с леки материали и минимално количество отпадъци.

Възможността за оптимизация на топологията е само една от многобройните ползи, които 3D печатът предлага

Освен това, отделните части могат да бъдат обединявани в цяла принтирана част, което не само намалява времето за монтаж, но и подпомага производството на по-висококачествени компоненти. Възможно е и създаването на сложни автомобилни интериори чрез селективно лазерно синтероване. Освен това за изработката на тези интериори са налични различни материали с различни текстури.

Принтиране на метали
Съществуват много различни технологии за 3D печат, които могат да се използват за принтиране на автомобилни части. Най-често голямо внимание привличат разнообразните пластмаси, но някои компании на пазара вече обръщат поглед и към евентуалното принтиране на големи метални части.

В резултат на това нуждата от надеждна технология за принтиране на метали се покачва все повече и повече. (вж. статията 3D принтиране на метали, публикувана в миналия брой на списанието.)

Един сравнително нов процес позволява 3D принтирането с течен метал - за целта се използва иновативна магнитно-хидродинамична печатаща глава. Чрез технологията се управлява не само точното място, на което се отделят капките при принтирането, но и точният им размер.

Материали
Голям интерес в автомобилната индустрия предизвиква възможността за печат на алуминиеви сплави. Процеси като формоване с метален прах срещат известни затруднения що се отнася до употребата на алуминиеви сплави, затова и принтирането им не е особено популярно в индустрията. Смесите, съдържащи въглеродни влакна и стъклени влакна като подсилващ материал, повишават издръжливостта на голяма част от пластмасите, произведени чрез 3D печат.

Това ги прави много по-атрактивни за употреба в автомобилната индустрия, но в същото време създава предизвикателство – композитните материали все още не са широко използвани в автомобилостроенето. Затова съществува голяма необходимост от разработване на по-ефективни композиционни материали, пригодени за мащабно серийно производство.

По принцип масовото производство не е характеристика на 3D печата, но въпреки това в момента се работи по подобряването на технологията в това отношение. Разглеждат се възможностите за екструдиране на термопластични смеси за производство на детайли с размер и форма, близка до окончателната (което намалява нуждата от довършителна обработка).

Като цяло, автомобилната индустрия има голям принос към развитието и подобряването на адитивното производство и употребата на композиционни решения.
Едно от предизвикателствата при избора на материал за производство на превозни средства е фактът, че характеристиките им се променят в зависимост от околната среда. Превозните средства са подложени на много климатични промени през целия им жизнен цикъл, както и се доставят в многобройни климатични пояси.

Някои пластмаси обаче не са подходящи за употреба при високи температури дори извън двигателното отделение, тъй като топлината може да предизвика тяхното увреждане и преждевременно разграждане.

Предимства на 3D печата в проектирането на автомобили
Много водещи международни компании вече започват да осъзнават търговските предимства на 3D принтерите в автомобилното производство не само за прототипиране. Възходът на адитивното производство сериозно трансформира начина, по който автомобилите се проектират, разработват и произвеждат.

3D принтерите за производство и дизайн на автомобили могат да предложат следните предимства:

• Бързо прототипиране: Това е едно от най-големите предимства на 3D печата по време на предпроизводство. Компаниите могат да разработват всякакви елементи в този етап – от мащабни модели до отделни компоненти, при това за много кратко време. Прототипирането в самото предприятие позволява на фирмите да упражняват по-стегнат контрол върху интелектуалната си собственост, тъй като вероятността от изтичане на информация е по-малка.

• По-кратко време за изпълнение: Прототипирането в самото предприятие драстично намалява необходимото време за изпълнение на всички последващи етапи от производството. Благодарение на това, производството става по-гъвкаво и с по-ниски разходи.

• По-малко количество използван материал и брак: За разлика от традиционните методи на проектиране, 3D печатът в автомобилната индустрия позволява по-ниска консумация на материали за производство, както и по-малко количество бракувани материали. Това предимство може да помогне за цялостния спад на загубените материали във всички етапи на производството.

• По-ниски разходи: Времето и ресурсите, спестени по време на различните етапи на производство, допринасят да се постигнат по-ниски разходи за цялостното производство. По-малкото инвестирани средства в цялостния процес пък позволяват и предлагането на по-ниски цени за крайните потребители.

• Допълнителна гъвкавост: 3D принтерите в индустрията предлагат на компаниите възможност да изпробват ефективността на разнообразни модели още при тяхното проектиране, вследствие на което резултатите от производството са по-оптимални. Производителите могат да правят промени в дизайна, когато си поискат, което им помага да останат в крак с последните пазарни изисквания и да предлагат по-конкурентни продукти.

----------------------

Пазарни прогнози
Някои компании за пазарни проучвания прогнозират, че употребата на материали за 3D принтиране в автомобилната индустрия ще стане още по-разпространена, а пазарът им ще достигне 530 млн. долара до 2021 г. Важен фактор за това ще е именно популяризирането на композитните материали.

Top