Содержание статьи:
Хотя 3D-печать все еще остается относительно новой технологией по сравнению с другими методами производства, такими как литье под давлением и обработка на станках с ЧПУ, за последние годы она прошла долгий путь и теперь получила более широкое признание в различных отраслях промышленности. Только в этом году три гиганта автомобильного мира — Porsche, Formula 1 и Ford — объявили о новых способах использования этой технологии.
Кроме того, сектор электромобилей (EV) недавно начал использовать аддитивный подход к разработке инверторов для повышения эффективности производства и самих компонентов. По всей Европе Audi, Ford и Alfa Romeo Racing ORLEN увеличили свои парки станков для 3D-печати.
Современная автомобильная промышленность находится на пороге революционных изменений благодаря внедрению аддитивного производства, более известного как 3D-печать. Эта технология позволяет создавать сложные детали с высокой точностью, снижать производственные издержки и ускорять процесс разработки новых моделей. В статье мы рассмотрим, как аддитивное производство трансформирует автомобильный сектор.
Что такое аддитивное производство
Аддитивное производство — это процесс создания объектов путем послойного нанесения материала. В отличие от традиционных методов производства, таких как литье или механическая обработка, 3D-печать минимизирует отходы и открывает новые возможности для создания уникальных конструкций.
Преимущества аддитивного производства в автомобильной промышленности
Снижение затрат на прототипирование
Ранее создание прототипов занимало недели и стоило значительных ресурсов. С использованием 3D-печати компании могут быстро и недорого создавать прототипы деталей.
Ускорение инноваций
Возможность быстрого изготовления компонентов позволяет производителям тестировать и внедрять инновационные решения с минимальными задержками.
Уменьшение веса автомобилей
С помощью аддитивных технологий можно разрабатывать детали с оптимальной структурой, что снижает общий вес автомобиля и улучшает его топливную эффективность.
Персонализация автомобилей
Благодаря гибкости 3D-печати производители могут предлагать кастомизированные решения, адаптированные под запросы клиента.
Примеры использования 3D-печати в автомобильной промышленности
Porsche напечатала первый полный корпус электропривода
Недавно компания Porsche создала первый полный корпус электрического привода, полностью изготовленный с помощью 3D-печати. Прототип, содержащий двигатель и коробку передач, прошел испытания на качество и краш-тесты без каких-либо проблем. Преимущества изготовления блока таким способом заключались в том, что он имел меньший вес и удвоенную жесткость в зонах, испытывающих большие нагрузки. Это доказывает, что аддитивное производство со всеми его преимуществами подходит и для крупных и высоконагруженных компонентов электрических спортивных автомобилей.
Одним из ключевых элементов дизайна в автомобилестроении является вес. Аддитивное производство позволяет автомобильным конструкторам создавать сложные детали, которые намного легче аналогов, использующих в своей конструкции дополнительные материалы. Снижение веса автомобильных деталей также оказывает более широкое положительное влияние на окружающую среду, поскольку более легкие автомобили потребляют меньше топлива и энергии для работы.
Formula 1 аддитивно производит формы для автомобильных двигателей
Формула-1 изучает новый способ использования аддитивного производства для изготовления автомобильных деталей. Вместо 3D-печати самих деталей, как у Porsche, международная организация автогонок использует печатные формы для производства двигателей.
Дизайнеры создали конструкцию формы для блока двигателя, которая будет изготавливаться аддитивным способом с использованием песка и отвердителей. Затем расплавленный металл заливается в напечатанную форму для создания блоков в процессе, который обеспечивает большую точность по сравнению с традиционными пресс-формами. Эта техника позволяет инженерам экспериментировать с различными типами песка, клея и отвердителей, чтобы контролировать процесс охлаждения алюминия в форме и стратегически влиять на то, каким получится конечный продукт.
Ford использует переработанные отходы 3D-печати в производстве грузовиков Super Duty F-250
В США компании Ford и HP сотрудничают с целью переработки переработанных материалов 3D-печати в литые зажимы топливной магистрали для грузовиков Super Duty F-250 компании Ford. В дополнение к продвижению инициатив Ford в области устойчивого развития, этот шаг, описанный как первый в отрасли, фактически производит детали с лучшей химической и влагостойкостью, на 7% легче и на 10% дешевле в производстве по сравнению с обычными деталями, отлитыми из свежего материала.
Многие компании находят отличное применение технологиям 3D-печати, но вместе с HP мы первыми нашли высокоэффективное применение отработанному порошку, который, скорее всего, отправился бы на свалку, превратив его в функциональные и прочные автозапчасти.
Избыточный материал, используемый для изготовления клипс топливопровода, поступает из принтеров HP Multi Jet Fusion, используемых в передовом производственном центре Ford в Мичигане для производства других автозапчастей, а также из избыточного материала для 3D-печати, предоставленного такими компаниями, как стоматологическая компания SmileDirectClub. После сбора материала он отправляется сторонним производителям, которые превращают отработанные порошки в полимерные гранулы, пригодные для литья под давлением, и отливают эти гранулы в конечные клипсы для топливопроводов.
Работая над расширением инициативы, Ford и HP нашли еще 10 клипс топливопровода на других автомобилях, подходящих для процесса формовки из переработанных материалов, и работают над дизайном форм для этих деталей.
Как аддитивное производство повышает эффективность производства электромобилей
Недавно созданный в Великобритании Институт передовых автомобильных силовых установок (IAAPS) при Университете Бата изучает возможности использования 3D-печати в производстве инверторов для электромобилей. Междисциплинарная исследовательская группа работает над проектом по изучению возможности 3D-печати отдельных компонентов инвертора. В случае успеха, аддитивное производство этих компонентов поможет производителям электромобилей преодолеть такие ограничения, как терморегулирование, электрический шум и объем упаковки.
Полупроводниковые устройства SiC (карбид кремния) предлагают так много возможностей для улучшения характеристик инверторов, но разработчики систем часто не могут в полной мере использовать их потенциал, потому что их идеи невозможно изготовить с помощью обычных технологий.
Аддитивное производство позволяет нам проектировать в 3D без этих ограничений, и мы видим большую пользу в применении этой технологии к EV-инверторам. Они оказывают значительное влияние на то, насколько сильно вы можете приводить в движение другие компоненты силовой установки EV, поэтому даже скромный прогресс может создать добродетельный круг улучшений в эффективности, упаковке и плотности энергии для завтрашних EV.
В настоящее время инверторы разрабатываются по двухмерной технологии, когда плоские платы компонентов укладываются в стопку с толстой алюминиевой холодной пластиной с жидкостным охлаждением в нижней части. Однако эффективность, надежность и производительность инверторов снижается при повышении температуры. Команда надеется, что 3D-печать сможет решить эту проблему, поскольку она позволяет создать сложную решетчатую внутреннюю структуру со стенками толщиной менее 1 мм в охлаждающих пластинах, что является более эффективным решением для охлаждения, чем пластины с обработанными каналами охлаждения.
3D-печатная конструкция также легче и пропускает больший ток, что делает инвертор значительно более энергоемким. Его более компактная сборка означает меньшее расстояние между переключателями и драйверами затвора, что приводит к более эффективному устранению электромагнитных помех. Это позволяет переключателям работать на более высоких скоростях, используя все преимущества технологии SiC по сравнению с традиционным решением.
Хотя этот проект в Великобритании все еще находится на ранней стадии, аддитивное производство в автомобильной промышленности стремительно развивается по всей Европе. За последние три месяца компания Ford стала первым автопроизводителем в Европе, добавившим в свой парк широкоформатный 3D-принтер, Audi начала использовать 3D-печать для производства оснастки горячей формы в своем Центре 3D-печати металлов, а команда Alfa Romeo Racing ORLEN Formula 1 удвоила использование 3D-печатных деталей в своем болиде C41.
Благодаря преимуществам, включая более легкий вес, более сложные и более полные детали, переход к аддитивному производству в автомобилестроении не проявляет признаков замедления.
Влияние аддитивного производства на экологию
Одним из ключевых преимуществ 3D-печати является снижение количества отходов. Производители используют ровно столько материала, сколько необходимо для создания детали, что существенно уменьшает углеродный след. Кроме того, печать с использованием переработанных материалов становится популярным направлением, повышающим экологическую ответственность отрасли.
Перспективы развития
С каждым годом аддитивные технологии становятся всё доступнее, а материалы для 3D-печати — разнообразнее и качественнее. Вот основные направления развития:
- Разработка новых композитных материалов для повышения прочности и долговечности деталей.
- Интеграция аддитивных технологий в массовое производство.
- Снижение стоимости оборудования, что делает технологии доступными для малых и средних предприятий.
Заключение
Аддитивное производство уже изменило подход к разработке и производству автомобилей, открывая новые горизонты для индустрии. Компании, которые активно внедряют 3D-печать, получают конкурентные преимущества, ускоряя процесс создания инновационных продуктов и снижая затраты. Эта технология — ключ к будущему автомобильной промышленности, где эффективность, экологичность и индивидуализация станут основными критериями успеха.