Аддитивные технологии уже широко используются в автомобилестроении, но как конкретно автопроизводители применяют 3D-печать, чтобы улучшить свою продукцию? Узнайте, как большие и маленькие компании получают выгоду от достижений 4-ой промышленной революции. 

 

Основные направления использования 3D-печатных технологий при производстве автомобилей — это уменьшение времени выхода новых моделей на рынок, снижение затрат на производство и изготовление сложных деталей. Аддитивное производство позволяет быстро вносить изменения без существенных задержек, которые характерны для традиционных методов производства.

 

Каковы же специфические аспекты приложения 3D-печати автопроизводителями? Давайте взглянем каким образом гиганты автопрома, производящие миллионы машин в год, и и маленькие мастерские, выпускающие узкоспециализированные авто на заказ, используют перспективные технологии.

 

Volkswagen - один из крупнейших автоконцернов мира, начал выпуск «народных автомобилей» в конце 30-х годов и постепенно трансформировался в многонациональную корпорацию. В 2018 г. она продала 10,8 млн. машин по всему миру.                                                                                                                                                                                                                                    Кронштейн активного спойлера, напечатанный в 3D для Bugatti Chiron

Одно из бизнес-подразделений, VW Autoeuropa, революционизировала процессы производства, привнеся в них инструменты, оснастки и различные виды крепежа, изготовленные 3D-печатью, на своём заводе в Португалии, для выпуска моделей Scirocco, Sharan и Seat Alhambra.

 

VW Autoeuropa объединила усилия с нидерландским производителем 3D-принтеров Ultimaker, используя в настоящее время 7 FDM принтеров, и производя на месте 93% от всех ранее закупаемых инструментов. Вот основные из них, которые претерпели изменения:

 

- Шаблон установки эмблемы крышки багажника: раньше на приобретение уходило 35 дней при цене 400 евро за штуку, при использовании 3D-принтеров это занимает до 4-х дней при цене 10 евро, экономия по цене и времени составляет 98% и 89%. Конструкция из нескольких частей, недоступная ранее, позволяет заменять небольшие элементы изделия, не выбрасывая его целиком, что происходило раньше.

- Шаблон установки стёкол: используется для точной установки задних боковых неподвижных стёкол, раньше эта оснастка стоила 180 евро, при изготовлении же на 3D-принтере — всего 35 евро. Шаблон (как и большинство других) печатается из комбинации PLA и TPU пластиков. Так как последний входит в контакт со стеклом и окрашенными поверхностями, риск нанесения царапин значительно уменьшается. Раньше это представляло большую проблему, так как традиционные методы установки приводили к многочисленным дефектам, что требовало значительных усилий по дополнительной обработке.

 

- Защитная оснастка для дисков: разработанная с таким расчётом, чтобы соответствовать болтовым углублениям, эта оснастка позволяет затягивать болтовые соединения без риска повредить легкосплавные диски. Цена уменьшилась с 800-от дл 21-го евро, а время с 56-ти до 10 дней.

 

Это небольшая часть примеров нововведений, которые привели к экономии в размере 325000 евро. Кроме того, напечатанные инструменты отличаются улучшенной эргономикой, что отражается в возросшей эффективности производства.

 

Bugatti (теперь это часть Volkswagen Group), французский производитель роскошных автомобилей с высокими характеристиками, с момента своего возникновения в 1909 г. славится совершенством в мельчайших деталях и артистичным дизайном, благодаря своему основателю, итальянскому дизайнеру Этторе Бугатти. 

 

Последние годы Bugatti использует аддитивные технологии с металлом, главным образом при производстве бионически-оптимизированных корпусов дифференциалов передней оси. К настоящему времени, эта часть является самой большой функциональной компонентой, изготавливаемой из титана методом SLM (селективного лазерного плавления), проходящей испытания.

 

Здесь (https://www.youtube.com/watch?v=hPkY8nBWxoU) можно посмотреть испытания тормозного суппорта при экстремальных условиях:

* Материал — титан (аэрокосмический сплав Ti6Al4V)

* Температура тормозного диска — до 1100 °C

* Скорость — более 375 км/ч

* Сила торможения — 1,35 G

* Сила сопротивления растяжению — 1250 МПа

* Плотность материала — более 99,7%

 

В разработках участвовал и Siemens, в области оптимизации конструкции и определении баланса между весом и прочночтью.

 

Ещё один компонент, кронштейн активного спойлера, был произведён с меньшим весом (на 53%), но с увеличенной прочностью. Это помогло выполнить требования по аэродинамике к спойлеру, согласно которым он должен выдерживать ускорение до 400 км/ч за 32,6 секунды и торможение до 0-я за 9 секунд.

 

Briggs Automotive Company (BAC) — это британский производитель 3Dсуперкаров из Ливерпуля, известный своей новой моделью Mono. При разработке более лёгкого и более производительного Mono R, BAC широко использовал 3D-печать, чтобы выжать максимум скорости. Поставщик сырья DSM предоставил 2 материала, которые использовались в конечном производстве:

 

- Novamid ID 1030-CF10 филамент, это полиамид с добавлением карбоновых волокон, напечатанные из него детали обладают высокой динамической стабильностью при повышенных температурах и не подвержен скручиванию. Печать возможна на стандартом 3D-принтере, однако требуется головка с усиленным соплом.

 

- Somos WaterShed XC 1112 жидкий полимер, простой в использовании, с низкой вязкостью, водостойкий, имитирует вид и текстуру прозрачных термопластиков, таких как ABS и PBT. Конечные изделия обладают гладкой и прочной поверхностью. Цена этого материала больше подходит для крупно-серийного производства.

 

Основным принтером, которым пользуется BAC, является FDM принтер F900 от компании Stratasys, позволяющий значительно сократить время для тестирования различных деталей, например воздушного коллектора, с более чем 2-х недель до нескольких часов. Индивидуальные накладки на рулевое колесо учитывают все пожелания клиентов. Все эти компоненты, изготовленные с помощью аддитивных технологий, позволили уменьшить вес Mono R с 580-ти до 560 килограмм.

 

Компания промышленного дизайна из Калифорнии, Hackrod (https://www.hackrod.com), со своим автомобилем La Bandita, предприняла попытку создать полностью кастомизируемый автомобиль используя 3D-печать, виртуальную реальность и искусственный интеллект.

Siemens предоставил ПО, включая свой передовой продукт - Siemens Digital Industries Software (https://www.sw.siemens.com).

Hackrod намеревается изготовить части, требующие много времени, в особенности шасси, использую аддитивные технологии. С 2018 года компания успешно распечатала шасси La Bandita, используя уникальную гибридную технологию, при которой комбинируются полимерные материалы, печатаемые посредством экструзии, и алюминий, печатаемый при помощи дуговой плавки. В дополнение к этому используется 5-ти осевая CNC обработка на Siemens Sinumerik 840D.

 

Методом 3D-печати будут изготовлены шасси, рама и поддержка кузова. В качестве других компонентов будут использованы доступные для повторного использования детали и агрегаты. Hackrod также запустил в производство мотоцикл, полностью разработанный и напечатанный «прямо из видеоигры».

 

BMW, объединяющая марки Mini и Rolls-Royce, активно занимается аддитивными технологиями с 1990 г., когда компания участвовала в проекте 3D-печати колясок для британской пара-олимпийской команды по баскетболу, заложив тем самым фундамент использования 3D-печати в своих автомобилях, таких, как:

- BMW i8 Roadster, для которого был разработан кронштейн складной крыши. От предыдущей модели кронштейна, новый отличается меньшим весом (на 44%) благодаря оптимизированной топологии. Печатается по технологии SLM.

 

- MINI, пример автомобиля, в котором применяется массовая кастомизация на основе 3D-печати. В перечень деталей, доступных для кастомизации, входят боковые воздуховоды, приборная панель, LED-пороги, LED дверные проекторы.

 

David Brown Automotive - небольшой автопроизводитель из города Сильверстоун, гоночной столицы Вликобритании. Он успешно работает в небольшой нише, совмещающей ретро-дизайн и традиционное производство, демонстрируя блеск британского стиля и достижения инженерии и современных технологий.

 

Это хорошо видно на примере модели Speedback GT, где внутренние дверные панели напечатаны на 3D-принтере с необходимой кривизной, а затем вручную обшиты шпоном.

Также с помощью 3D-печати разрабатывались прототипы и конечные детали воздухозаборников, солнечных козырьков и других частей. В модели Mini Remastered карманы задних дверей также напечатаны. Всему этому предшествовал анализ экономичности производства этих деталей именно таким способом. Благодаря этому стало возможным производить детали сложных форм без применения дополнительных инструментов.

 

 

Компания Local Motors (LM), нацеленная на разработку транспорта будущего, с 2007 года проектирует автомобили используя открытый (open-source) дизайн и планируя производить их на базе микро-заводов:

- Strati — это электромобиль, который по заявлениям многочисленных источников, может стать первым автомобилем в мире, напечатанном на 3D-принтере. На принтере BAAM (https://www.e-ci.com/baam) печать деталей занимает 44 часа и 3 дня занимает придание необходимой формы и сборка. Шасса и кузов печатаются из усиленного карбоновым волокном пластика ABS.

- Olli – это низкоскоростной автономный шатл, появившийся после тестирования более 2000 различных материалов в ходе разработки Strati. Он может быть распечатан за 10 часов и прошёл краш-тест на скорости 40 км/ч, разрушив все сомнения в безопасности материалов, напечатанных в 3D.

 

 

Существует много фантастических проектов, использующих аддитивные технологии, способных продвинуть индустрию на годы вперёд: 

 

- Liberty Powder Metals (http://www.libertyhousegroup.com/our-businesses/liberty-steel/liberty-powder-metals/) - британский производитель металлов, получил грант в размере 4.6 млн. фунтов стерлингов от родительской Liberty House Group и британского правительства на разработку специализированных металлических порошков для 3D-печати.

 

- Siemens и независимая инженерная компания EDAG Group (https://www.edag-engineering.de) сотрудничают над NextGen Space Frame 2.0, который состоит из алюминиевой структуры с бионически разработанными и аддитивно изготовленными узлами. Такой дизайн имеет целью обеспечить гибкость методов производства большого количества производных исходной структуры.

 

- Continental AG открыл новое подразделение в городе Карбен, занимающееся тестированием аддитивных технологий и материалов а также разработкой процессов внутреннего производства автомобильных частей, таких как тормозные суппорты и резервуары для жидкостей.

 

- BMW запустил проект массового производства 50 000 автомобильных компонентов в год, который может стать вехой в области применения аддитивных технологий.

 

- Swinburne University / Tradiebot Industries / AMA Group — проект «Ремонтный бот», который позволит недорогой ремонт за один день полученных в результате аварий повреждений пластиковых панелей. Уже есть успешный опыт 3D-печати сломанного ушка на фаре головного света с использованием роботизированной руки (https://www.youtube.com/watch?v=yRJ2PbZEk_A).

 

- Sterling и Xander Backus — это отец Sterling Backus и его 12-летний сын Xander из Колорадо, известные тем, что строят дома кузов автомобиля на базе Lamborghini Aventador, используя 3D-печать (https://all3dp.com/4/father-and-son-building-a-supercar-using-3d-printing/).

 

В свете всего этого будущее для автопроизводителей, использующих и развивающих аддитивные технологии, выглядит достаточно радужным. Только время покажет как и насколько аддитивные технологии продвинут 4-ую промышленную революцию в следующем десятилетии.

 

Источник: https://all3dp.com/2/cars-and-3d-printing-the-story-so-far/