Fraunhoferův institut pro technologii aditivní výroby (IAPT) ukázal, jak může 3D tisk zlepšit technický výkon a výrobní náklady přepracováním dveřních závěsů luxusních sportovních vozů.
Během projektu redesignu dílu inženýři IAPT optimalizovali vše od geometrie dveřních závěsů až po orientaci sestavení a procesní parametry, aby maximalizovali úspory nákladů a hmotnosti.
Nakonec si tato práce klade za cíl osvětlit méně zřejmé faktory, které ovlivňují cenu 3D tištěných dílů, nejen geometrii samotných součástí.
Zjednodušte výrobu automobilů
Automobilový průmysl je jedním z mnoha průmyslových odvětví, která si v průběhu let osvojila aditivní výrobu a využívají technologii pro různé aplikace. Doposud se však mnoho případů použití omezovalo na malé série, protože 3D tisk dosud nezajistil propustnost tradičních technologií automobilové výroby – aniž by současně udržoval nízké náklady na každou součást. Fraunhoferův projekt tak může ukázat, že technologie jako celek je v současnosti v automobilovém sektoru nedostatečně využívána a že aplikace velkoobjemové sériové výroby jsou stále v plenkách.
Prvním zavedeným případem použití je rychlé prototypování, protože fáze vývoje nového modelu může trvat až pět let. Během výzkumu a vývoje je nevyhnutelně vyvinuto a testováno několik prototypů dílů, což znamená rychlé opakování návrhu s minimálními dodacími lhůtami: to je jeden z hlavních prodejních bodů aditivní výroby.
Výrobci automobilů také používají 3D tištěné výrobní nástroje, jako jsou přípravky a přípravky, které pomáhají s výrobními a montážními pracovními postupy. Existují dokonce potenciální aplikace v náhradních dílech, které byly kdysi odlévány, ale nyní jsou zastaralé. Dynamická a flexibilní povaha 3D tisku umožňuje dodavatelům dílů tisknout na vyžádání, což zcela eliminuje potřebu fyzické inventury součástí.
3D tištěné dveřní panty
Před zahájením jakékoli konstrukční práce použili inženýři společnosti Fraunhofer software pro screening dílů vyvinutý společností 3D Spark, vedlejší produkt IAPT, k identifikaci automobilových dílů vhodných pro demonstrační studie.
V raných fázích projektu tým nejprve identifikoval nákladově nejefektivnější orientaci komponent ve stavební místnosti. Inženýři zvažovali nezbytné podpůrné konstrukce a kolik dílů by se vešlo do jedné stavby. Tento počáteční krok optimalizace orientace vedl k 15procentní úspoře nákladů ve srovnání s 3D tištěnou sestavou bez těchto úvah.
Následuje optimalizace topologie samotného ramene závěsu. Odstraněním nepotřebného materiálu a zesílením pouze částí dílu potřebných k simulaci silového toku se inženýrům podařilo snížit hmotnost ramene závěsu o 35 procent. Následná úspora materiálu a kratší doby tisku vedly k úspoře dalších 20 procent nákladů.
Fraunhoferův tým také vypočítal dodatečné úspory nákladů spojené se snížením následného zpracování (redukcí podpůrných konstrukcí) a výběrem nejlepšího kovového práškového materiálu pro danou zakázku: 10 procent každý.
Zajímavé je, že studie zjistila, že i parametry sestavení používané v procesu 3D tisku přispívají k potenciálním úsporám nákladů. Například silnější vrstvy, vyšší rychlosti skenování a deformace profilu laserového paprsku – to vše pomáhá zkrátit dobu výroby a snížit náklady na tisk o dalších 15 procent.
Nakonec tento nákladově orientovaný designový přístup umožnil inženýrům IAPT 3D tisk závěsu za o 80 procent nižších nákladů než jeho 3D tištěný protějšek bez stejné optimalizace. Ve srovnání s jejich CNC frézovanými protějšky projekt dosáhl úspory nákladů a hmotnosti 50 procent a 35 procent.