Autonvalmistus on metallin 3D-tulostustekniikan tärkeä sovellusala. 3D-tulostusta voidaan kuvata tärkeäksi täydentäväksi teknologiaksi autoteollisuudessa prototyyppien nopeasta tuotannosta ja siten uusien autojen tutkimus- ja kehitystyön tehokkuutta nopeuttavasta pienten osien suorasta valmistuksesta, toimitusketjun lyhentämisestä ja kustannussäästöistä. Lisäksi 3D-tulostuksen ainutlaatuiset edut monimutkaisten osien valmistuksessa voivat yksinkertaistaa autonosien määrää, vähentää painoa ja säästää materiaaleja. Voidaan sanoa, että 3D-tulostustekniikalla on monia etuja autoteollisuudessa. Teknologiaa ei kuitenkaan ole toistaiseksi käytetty laajasti alalla. Tämä johtuu kyvystä tehdä nopeampia, halvempia ja monimutkaisempia osia -- näin tulevaisuuden autoja rakennetaan.
Lisäainevalmistus autoteollisuudessa
Automaailmassa lisäainevalmistuksen ensimmäiset omaksujat eivät olleet autonvalmistajat itse, vaan heidän sponsoroimat tiimit. Vuosikymmenten ajan yritykset Fordista Ferrariin ovat käyttäneet kilpa-autoja hautomoina uusien teknologioiden testaamiseen. Monet uusien autojen vakioominaisuuksista – hybridien regeneratiivinen jarrutus, painikesytytys ja jopa peilit – voidaan jäljittää juurilleen. Sama periaate pätee 3D-tulostukseen, erityisesti metallitulostukseen. Formula 1 -tiimit, World Endurance Challenge Racing Team, Formula E Teams ja muut ovat kaikki kokeneet omakohtaisesti lisäainevalmistuksen edut – suunnittelun nopea iterointi, nopea prototyyppien valmistus ja komponenttien keventäminen – kaikki käytettävissä parantaaksesi suorituskykyäsi. ajoneuvo radalla.
Laserjauhepetifuusio on parempi pienivolyymillisiin ja arvokkaisiin sovelluksiin (SLM 3D-tulostus)
Tähän mennessä yleisimmin käytetty 3D-tulostusjärjestelmä, laserjauhepetifuusio, sulattaa ohuen metallijauheen laserilla kerros kerrokselta, kunnes osa on valmistettu. Tällä tekniikalla voidaan valmistaa metalliosia nopeasti ja tarkasti, ja sitä on käytetty laajalti autoteollisuudessa viimeisen vuosikymmenen aikana. BMW, Ford, Volkswagen, Mercedes-Benz ja muut yritykset ovat löytäneet tyypillisiä tapauksia tämän tekniikan käytölle ja saavuttaneet massatuotannon tietyissä olosuhteissa, mutta suurin osa näissä tapauksissa mukana olevista osista on edelleen rajoitettu korkealuokkaisiin merkkeihin. , ja kokonaismäärä on edelleen rajallinen.
Syy on edelleen erottamaton alan kustannus-, materiaali- ja nopeusvaatimuksista. Laserjauhepetifuusiolaitteet vaativat merkittäviä etukäteissijoituksia – vähintään miljoona dollaria koko järjestelmälle – ja ne tuottavat vain yhden tonnin osia vuodessa, mikä ei riitä perustelemaan kustannuksia. Lisäksi vaikka 3D-tulostus tekee metalliosien valmistuksesta joustavampaa, tulostus on vasta ensimmäinen askel ja tarvitaan sarja jälkikäsittelyprosesseja, kuten tuen poisto, mikä nostaa osan kustannuksia entisestään.
Tähän mennessä monet arvokkaat sovellukset autoteollisuudessa ovat peräisin laserjauhepetifuusioteknologian merkittävistä valmistusetuista – integraation, suuren tarkkuuden ja monimutkaisen valmistuksen ominaisuuksista. Esimerkiksi General Motors käytti generatiivista suunnittelua ja 3D-tulostusta yhdistääkseen kahdeksan auton perinteisen istuimen kannattimen komponenttia yhdeksi komponentiksi, Bugatti käytti 3D-tulostustekniikkaa uuden Chiron-jarrusatulan valmistukseen ja Porsche 3D tulosti alumiiniseosmoottorin, jossa oli sarja innovatiivisia malleja. Shell-prototyypit, BMW:n eräpainetut pehmeäkantiset kiinnikkeet i8 Roadster -urheiluautoon ja paljon muuta. Nämä kotelot, olivatpa kyseessä prototyyppi tai loppukäyttö, ovat erottamattomia laserjauhepetifuusioteknologian ainutlaatuisista valmistusominaisuuksista. Mutta on myös ominaisuus, että nämä sovellukset ovat hyvin rajallisia, melkein kaikki kuuluvat huippuluokan tuotemerkkeihin ja täyttävät harvoin edullisen massatuotannon vaatimukset tällä alalla.
Ekstruusiopohjainen pöytämetallin 3D-tulostus prototyyppien tekemiseen (FDM 3D Printing)
Suulakepuristuspohjaisten pöytätietokoneiden metallisten 3D-tulostimien toimistoystävällinen muotoilu eliminoi pölyn ja laserin altistumisen riskin ja on helpompi käyttää päästä päähän -ratkaisu.
Uusien ajoneuvojen suunnittelun ja valmistuksen alkuvaiheessa oleville käyttäjille metalliset 3D-pöytätulostimet ovat 10 kertaa halvempia kuin perinteiset jauhepetilaitteet, ja niiden käyttö on helppoa ja nopeaa. Tällaisilla järjestelmillä voidaan nopeasti prototyyppiä suuria määriä osia talon sisällä, testata nopeasti erilaisia ideoita ja tutkia uusia rakenteellisia mahdollisuuksia, mikä säästää aikaa ja rahaa pitkien ja kalliiden suunnittelujaksojen aikana. Loppujen lopuksi parempia malleja voidaan esittää pienemmillä kehityskustannuksilla, ja yritykset voivat siirtyä nopeasti suunnittelusta ja todentamisesta tuotantoon, mikä nopeuttaa markkinoille tuloa. Joustava käytettävyys auttaa myös vähentämään kustannuksia, koska se vähentää materiaalihukkaa eikä vaadi erikoistunutta henkilökuntaa koneen käyttöön.
3D-tulostuksen tarjoaman geometrisen vapauden ansiosta valmistajat voivat myös luoda nopeita prototyyppejä ja tutkia uusia mäntämalleja samalla, kun työt eivät tarvitse ulkoistaa. Pöytäkoneen metallitulostimen osien prototyyppien tekeminen helpottaa myös sujuvaa siirtymistä volyymituotantoon, koska suuren volyymin järjestelmät, kuten sideainesuihkutus, pystyvät tuottamaan yhtä monimutkaisia malleja.
Sideainesuihkumetallin 3D-tulostus sopii paremmin suurten osien valmistukseen (3DP-tekniikka)
Sideainesuihkutusprosessin näkyvin piirre on, että sillä voidaan saavuttaa metallien 3D-tulostuksen massatuotanto. Tähän prosessiin perustuvien laitteiden hinta on perinteisiä laser-3D-tulostimia halvempi, ja tulostusnopeus on kymmeniä tai jopa satoja kertoja nelilaserjauhepetisulatuslaitteistoon verrattuna. Materiaalina on käytetty perinteistä MIM-jauhetta, joka on pallomaista jauhetta halvempaa ja myös osien valmistuskustannukset ovat kymmeniä kertoja alhaisemmat kuin laser-3D-tulostetut osat. Siksi sideaineen suihkutusprosessi ylittää metallin 3D-tulostuksen laitekustannusten, jauhekustannusten ja tulostustehokkuuden suhteen, vaikka sen osien suorituskyky on hieman alhaisempi, mutta silti samalla tasolla kuin ruiskuvalettujen osien. Siksi tämä tekniikka soveltuu paremmin suurten osien valmistuksen toteuttamiseen.
Edellä mainittujen etujen perusteella nykyiset suuret autojen OEM-valmistajat nopeuttavat tämän tekniikan käyttöä. Johtavat sideainesuihkutusmetallin 3D-tulostuksen kehittäjät ovat saaneet kumppanuuksia autoteollisuuden suurten merkkien kanssa: Volkswagen tekee aktiivisesti yhteistyötä HP:n kanssa, Ford käyttää myös ExOnen sideainesuihkutekniikkaa autonosien valmistukseen ja Desktop Metal voitti äskettäin Saksalainen autonvalmistaja on voittanut 7,9 miljoonan dollarin sopimus, ja teollisuus spekuloi, että asiakas voi olla BMW Group.
Massatuotantoa vaativille osille toinen sideainesuihkumetallin 3D-tulostuksen etu on vieläkin selvempi - muotiton valmistus. Teknologia eliminoi muottien tarpeen, jolloin insinöörit voivat tuoda jo parannettuja malleja – joko pöytäkoneen ekstruusiometallin 3D-tulostuksen tai perinteisten prototyyppimenetelmien avulla – massatuotantoon sideainesuihkumetallin 3D-tulostuksen avulla. Perinteisten laajamittaisten valmistusprosessien kanssa kilpailukykyiset tulostusnopeudet, sideainesuihkumetallin 3D-tulostus mahdollistaa tuhansien osien valmistamisen yhdessä työssä hintaan ja tuotantonopeudella, joka kilpailee prosessien, kuten valun, takomisen ja koneistuksen, kanssa. Tämä nopeus yhdistettynä edullisien MIM-jauheiden käyttöön ja helppoon jälkikäsittelyyn mahdollistaa sen, että prosessi tuottaa osia, jotka voivat maksaa jopa 20 kertaa vähemmän per osa kuin muut 3D-tulostusprosessit, ja tekee lisäainetuotannosta varteenotettavan vaihtoehdon valussa. taonta ja koneistus. Varteenotettava vaihtoehto.
3D-tulostusteknologian kehitys on luonut uusia mahdollisuuksia autoteollisuuden elinkaaren jokaisessa vaiheessa – toimivista prototyypeistä keskimääräiseen tuotantoon, jälkimarkkinoihin ja varaosiin. Ja useimmat näistä mahdollisuuksista liittyvät tuotantonopeuteen ja osien monimutkaisuuteen tai molempiin. Koska se ei rajoita perinteistä valmistusta, 3D-tulostus antaa suunnittelijoille ja insinööreille mahdollisuuden astua valtavaan uuteen suunnittelutilaan ja luoda yhä monimutkaisempia osia.
Kun optimoidut osat kohtaavat massatuotannon, materiaalit, valutehokkuus ja hinta muodostuvat rajoittaviksi tekijöiksi, jotka estävät 3D-tulostusteknologian laajan leviämisen, eikä etuja voida heijastaa. Uusien teknologioiden kehitys on murtanut nämä esteet mahdollistaen optimoitujen rakenteiden toteuttamisen suuressa mittakaavassa ja tehokkaammin ja taloudellisemmin.