Aplikace 3D tisku v automobilovém průmyslu

Technologie 3D tisku přetváří automobilový průmysl mnoha způsoby, od výroby dílů a výroby forem až po zkrácené cykly výzkumu a vývoje, lehký integrovaný design a ještě širší posuny napříč průmyslovým dodavatelským řetězcem. Zatímco tato technologie stále naráží na skutečná omezení, pokud jde o velkosériovou-výrobu, její hodnota jako pomocného nástroje při vývoji vozidel se stala široce uznávanou v celém odvětví. Níže je podrobný pohled na to, jak se dnes 3D tisk používá, spolu s upřímným popisem toho, kde stále zaostává.

3D tisk se nyní používá k výrobě plastových i kovových automobilových komponentů. Technologie plastového 3D tisku se dobře hodí pro ne-kritické součásti, jako jsou vnitřní ovládací panely a součásti palubní desky, kde jsou rozměrové tolerance méně náročné a iterace designu je důležitější než hrubá mechanická pevnost. Kovový 3D tisk se naproti tomu stále častěji používá u složitých dílů, jako jsou bloky motorů a součásti hlav válců - se složitými vnitřními geometriemi, které je obtížné nebo nákladné vyrobit konvenčním odléváním.

Jedním z pozoruhodných příkladů je technika bezvzorového odlévání-volného lití, která se používá ke zkrácení výrobního cyklu součástí motoru z tradičních tří{1}}na{2}}čtyř měsíců potřebných pro výrobu nástrojů až na dva týdny, přičemž náklady se snižují o několik set tisíc až několik milionů juanů. Tento druh zisku je možný, protože tato technologie obchází potřebu navrhnout, obrábět a ověřovat fyzickou formu předtím, než bude možné vyrobit jeden díl -, což je krok, který tradičně spotřebovává většinu času na vývoj komponent motoru.

To znamená, že omezení této technologie je stejně důležité pochopit jako její silné stránky. Základní systémy, jako je hnací ústrojí, odpružení, baterie, pneumatiky, kola, kabelové svazky, elektromotory a čelní skla, se stále téměř výhradně spoléhají na tradiční výrobní metody. 3D tisk nemůže přímo vyrábět přesné elektronické součástky, jako jsou kabeláž, obvodové desky nebo senzory - tyto zůstávají pevně v doméně zavedených procesů výroby elektroniky a neexistuje žádný náznak, že by je v aditivní výrobě nahradily. V praxi to znamená, že 3D tisk dnes funguje spíše jako doplněk než náhrada konvenční automobilové výroby.

Jednou z nejjasnějších výhod 3D tisku v automobilovém kontextu je rychlé prototypování forem a nástrojů. Protože tato technologie vytváří díly přímo z počítačových grafických dat, aniž by vyžadovala obrábění nebo fyzickou formu, může na požádání vytvářet součásti téměř jakéhokoli tvaru. To výrazně zkracuje vývojový a výrobní cyklus forem pro automobily ve srovnání s konvenčními metodami.

Tam, kde tradiční vývoj forem může trvat několik měsíců - a zahrnuje návrh, výrobu nástrojů, zkušební provozy a cykly oprav, - 3D tisk může zkrátit stejnou časovou osu na několik týdnů a současně snížit náklady na výzkum a vývoj. Tato rychlostní výhoda se spojuje s celým programem vozidel: forma, kterou lze iterovat během dnů, nikoli týdnů, umožňuje inženýrským týmům otestovat více konstrukčních variant, než se pustí do drahých výrobních nástrojů.

Když se podíváme do budoucnosti, mnozí v oboru považují 3D tisk za potenciální budoucí směr výroby forem pro automobily v širším měřítku. Snížením závislosti na tradičních lisovacích a kovacích procesech u určitých aplikací by aditivní výroba mohla pomoci posouvat výrobu forem směrem k efektivnějšímu,{2}}modelu s nižšími náklady -, zejména u malých-objemů nebo vysoce přizpůsobených nástrojů, kde je obtížné ospravedlnit počáteční náklady na konvenční zápustky.

Výrobci automobilů využívají rychlých-prototypových předností 3D tisku k výraznému zkrácení času potřebného pro ověření vnějšího designu a výrobu modelu. Tam, kde vývojové cykly nových vozidel kdysi běžně přesahovaly dva roky, bylo nyní mnoho programů zhuštěno pod jeden rok. Toto zrychlení se neděje ve vakuu -, je to přímá reakce na sílící konkurenci na trhu. Jen v roce 2014 bylo na čínský trh uvedeno 328 nových modelů vozidel a tato úroveň konkurenčního tlaku přiměla výrobce, aby přijali 3D tisk jako způsob, jak zvýšit efektivitu výzkumu a vývoje a rychleji uvádět nové návrhy na trh.

Kromě hrubé rychlosti podporuje 3D tisk také simultánní, synchronizovaný vývoj produktového designu a výrobních procesů. Namísto striktně sekvenčního návrhu-poté{3}}vytvoření pracovního postupu mohou inženýrské a výrobní týmy iterovat paralelně, což zkracuje zpoždění způsobená zpětnými-a{5}}revizemi. Rychlé prototypování také umožňuje, aby se nedostatky v návrhu objevily dříve, čímž se snižuje celkové riziko vývoje dříve, než je návrh uzamčen pro nástroje.

Strukturální optimalizace je jednou z oblastí, kde 3D tisk nabízí výhody, které je obtížné napodobit tradiční výrobou. Komponenty, které kdysi vyžadovaly sestavení tisíce nebo více jednotlivých dílů, lze v některých případech sloučit do pouhých několika desítek tištěných dílů. V kombinaci s kompozitními materiály, jako jsou uhlíková vlákna, může tento druh konsolidace dílů přinést významné snížení celkové hmotnosti vozidla.

Vozidla, která obsahují 3D-tištěné konstrukční prvky jako součást integrovaného konstrukčního přístupu, těží z menšího počtu montážních kroků a v mnoha případech z vylepšeného celkového výkonu - snížení hmotnosti přímo podporuje lepší efektivitu a jízdní vlastnosti. Toto designové paradigma je stále více vnímáno jako ukazující na nový směr automobilové výroby obecně, který může časem posouvat širší průmysl k účinnějším a ekologicky udržitelnějším výrobním metodám, protože konsolidované návrhy obvykle také snižují plýtvání materiálem a zjednodušují demontáž na konci--životnosti.

Tradiční automobilová výroba závisí na složitých, často globálních dodavatelských řetězcích se součástmi pocházejícími z více zemí před konečnou montáží. 3Technologie D tisku má potenciál tento model změnit tím, že umožňuje koncentrovat návrh, získávání, výrobu, prodej a recyklaci v rámci jednoho regionu, čímž se snižuje závislost na logistice na dlouhé-vzdálenosti.

Pozoruhodným příkladem tohoto posunu je koncepční vozidlo, které dosáhlo lokalizované výroby prostřednictvím 3D tisku, čímž se snížily náklady na přeshraniční dopravu a dodací lhůty, které obvykle přicházejí s globálně distribuovaným dodavatelským řetězcem. Obecněji řečeno, 3D tisk podporuje malo-dávkovou, vysoce přizpůsobenou výrobu, která dobře odpovídá širšímu posunu v odvětví od velkokapacitní standardizované výroby k flexibilnějším výrobním modelům. Tato flexibilita pomáhá výrobcům rychleji reagovat na měnící se poptávku na trhu -, což je schopnost, která se stává stále cennější s tím, jak se preference spotřebitelů rozpadají a životní cykly vozidel se zkracují.

Navzdory těmto výhodám 3D tisk stále nemůže konkurovat tradičním procesům lisování a kování, pokud jde o standardizovanou výrobu ve velkém-rozsahu. Širší přijetí nadále omezuje několik faktorů: materiálový výkon v některých aplikacích stále zaostává za konvenčně vyráběnými kovovými díly, kvalita povrchu obvykle vyžaduje dodatečné po-procesní kroky, jako je leštění a lakování, a-náklady na díl v objemu je stále obtížné ospravedlnit oproti zavedeným hromadným-výrobním metodám. Vozidla vyráběná ve velkém musí také splňovat přísné regulační požadavky a v mnoha jurisdikcích vlastnosti materiálů 3D- tištěných součástí ještě nebyly plně ověřeny podle těchto norem.

Existuje také strukturální mezera v talentu a vyspělosti dodavatelského řetězce. V tomto odvětví v současné době chybí dostatek odborníků, kteří jsou hluboce obeznámeni s principy návrhu specifických pro aditivní výrobu -, navrhování pro 3D tisk vyžaduje skutečně jiné myšlení než navrhování lisovaných nebo obráběných dílů. Zároveň se širší podpůrný ekosystém, včetně specializovaných dodavatelů materiálů a poskytovatelů post{4}}služeb, stále vyvíjí a ještě nedosáhl úrovně vyspělosti, jaká je v tradičních automobilových dodavatelských řetězcích.

Vzhledem k těmto omezením pravděpodobně zaznamená 3D tisk svůj největší krátkodobý růst-jako pomocný nástroj používaný především ve fázi výzkumu a vývoje při vývoji vozidel, kde může optimalizovat konstrukční pracovní postupy prostřednictvím rychlého prototypování a snížit potřebu nákladných fyzických forem během raných fází ověřování.

Z dlouhodobého hlediska může nejslibnější cesta vpřed zahrnovat kombinaci 3D tisku s tradičními výrobními metodami -, například pomocí 3D-tištěných forem ve spojení s konvenčními lisovacími procesy -, aby bylo dosaženo rovnováhy mezi náklady a efektivitou. Tento druh hybridního přístupu by mohl postupně rozšířit řadu scénářů, kdy se aditivní výroba stává praktickou pro-výrobu většího objemu, než aby technologie vyžadovala, aby si konkurovala-na-hlavě s lisováním a kováním podle vlastních podmínek.

S postupujícím vývojem technologie se očekává, že její osvojení bude nadále růst, zejména v segmentech špičkových{0}}přizpůsobených vozidel a v sektoru nových energetických vozidel, kde menší výrobní série, rychlejší iterace návrhu a konsolidace dílů jsou obzvláště dobře v souladu s tím, co 3D tisk umí nejlépe. V těchto segmentech bude hodnota aditivní výroby pravděpodobně stále zjevnější - nikoli jako velkoobchodní náhrada tradiční automobilové výroby, ale jako její stále více nezbytný doplněk.