De automobielindustrie is een belangrijk toepassingsgebied van de 3D-printtechnologie van metaal. Van snelle productie van prototypes, waardoor de efficiëntie van onderzoek en ontwikkeling van nieuwe auto's wordt versneld, tot directe productie van kleine batchonderdelen, verkorting van de toeleveringsketen en kostenbesparing, 3D-printen kan worden omschreven als een belangrijke complementaire technologie in de auto-industrie. Bovendien kunnen de unieke voordelen van 3D-printen bij de vervaardiging van complexe onderdelen het aantal auto-onderdelen vereenvoudigen, het gewicht verminderen en materialen besparen. Het kan worden gezegd dat 3D-printtechnologie veel voordelen heeft voor de autoproductie. Dat gezegd hebbende, is de technologie tot nu toe niet veel gebruikt in het veld. Dat komt door het vermogen om snellere, goedkopere en complexere onderdelen te maken -- zo zullen de auto's van de toekomst worden gebouwd.
Additieve productie in de auto-industrie
In de autowereld waren de eerste gebruikers van additive manufacturing niet de autofabrikanten zelf, maar de teams die ze sponsorden. Decennia lang gebruiken bedrijven van Ford tot Ferrari raceauto's als broedplaats voor het testen van nieuwe technologieën. Veel van de standaardfuncties in nieuwe auto's nu - regeneratief remmen in hybrides, drukknopontsteking en zelfs spiegels - zijn terug te voeren op hun oorsprong. Hetzelfde principe is van toepassing op 3D-printen, met name metaalprinten. Formule 1-teams, het World Endurance Challenge Racing Team, Formula E-teams en meer hebben allemaal uit de eerste hand de voordelen ervaren van additive manufacturing - snelle iteratie van ontwerpen, snelle prototyping en verlichting van componenten - allemaal beschikbaar om de prestaties van uw voertuig op het spoor.
Laserpoederbedfusie is beter voor toepassingen met een laag volume en hoge waarde (SLM 3D Printing)
Het meest gebruikte 3D-printsysteem tot nu toe, laserpoederbedfusie, gebruikt een laser om dun metaalpoeder laag voor laag te smelten totdat het onderdeel is gefabriceerd. Deze technologie kan snel en nauwkeurig metalen onderdelen vervaardigen en is de afgelopen tien jaar op grote schaal gebruikt in de automobielindustrie. BMW, Ford, Volkswagen, Mercedes-Benz en andere bedrijven hebben typische gevallen vastgesteld in het gebruik van deze technologie en hebben onder bepaalde omstandigheden massaproductie bereikt, maar de meeste onderdelen die bij deze gevallen betrokken zijn, zijn nog steeds beperkt tot hoogwaardige merken , en het totaalbedrag is nog beperkt.
De reden is nog steeds onlosmakelijk verbonden met de eisen van het veld op het gebied van kosten, materiaal en snelheid. Apparatuur voor laserpoederbedfusie vereist een aanzienlijke investering vooraf - $ 1 miljoen of meer voor het hele systeem - en produceert slechts 1 ton onderdelen per jaar, wat niet genoeg is om de kosten te rechtvaardigen. Bovendien, hoewel 3D-printen de productie van metalen onderdelen flexibeler maakt, is printen slechts de eerste stap en is een reeks nabewerkingsprocessen vereist, zoals het verwijderen van ondersteuning, wat de kosten van het onderdeel verder verhoogt.
Tot op heden komt een reeks hoogwaardige toepassingen in de automobielsector voort uit de aanzienlijke productievoordelen van laserpoederbedfusietechnologie - de kenmerken van integratie, hoge precisie en complexe productie. General Motors gebruikte bijvoorbeeld generatief ontwerp en 3D-printen om acht componenten van de traditionele stoelbeugel van de auto te combineren tot één component, Bugatti gebruikte 3D-printtechnologie om de nieuwe Chiron-remklauw te vervaardigen en Porsche 3D printte een motor van aluminiumlegering met een reeks van innovatieve ontwerpen. Shell-prototypes, BMW's in batch gedrukte softtop-beugels voor de i8 Roadster-sportwagen en meer. Deze gevallen, of het nu gaat om prototype- of eindgebruik, zijn onlosmakelijk verbonden met de unieke productiekenmerken van laserpoederbedfusietechnologie. Maar er is ook een kenmerk dat deze toepassingen zeer beperkt zijn, bijna allemaal van high-end merken zijn en zelden voldoen aan de eisen van goedkope massaproductie op dit gebied.
Extrusie-gebaseerd desktop metaal 3D-printen voor prototyping (FDM 3D Printing)
Op extrusie gebaseerde metalen 3D-printers voor desktops hebben een kantoorvriendelijk ontwerp dat het risico van stof en laserblootstelling elimineert en is een gebruiksvriendelijkere end-to-end-oplossing.
Voor gebruikers in de vroege stadia van het ontwerp en de productie van nieuwe voertuigen zijn desktop metalen 3D-printers 10 keer goedkoper dan traditionele poederbedapparatuur en zijn ze gemakkelijk en snel te bedienen. Dergelijke systemen kunnen snel grote aantallen onderdelen in eigen huis prototypen, snel verschillende ideeën testen en nieuwe structurele mogelijkheden verkennen, wat tijd en geld bespaart tijdens lange en dure ontwerpcycli. Uiteindelijk kunnen betere ontwerpen worden gepresenteerd tegen lagere ontwikkelingskosten, en kunnen bedrijven snel van ontwerp en verificatie naar productie gaan, waardoor de time-to-market wordt versneld. Flexibele bediening helpt ook de kosten te verlagen, omdat er minder materiaal wordt verspild en er geen gespecialiseerd personeel nodig is om de machine te bedienen.
De geometrische vrijheid die 3D-printen biedt, stelt fabrikanten ook in staat om snelle prototyping te maken en nieuwe pistonontwerpen te verkennen, terwijl de noodzaak om werk uit te besteden overbodig wordt. Prototyping van onderdelen op een desktop-metaalprinter maakt ook een soepele overgang naar volumeproductie mogelijk, aangezien systemen voor grote volumes zoals binder jetting in staat zijn om even complexe ontwerpen te produceren.
Binder jet metal 3D-printen is meer geschikt voor de productie van grote hoeveelheden onderdelen (3DP-technologie)
Het meest opvallende kenmerk van het binder jetting-proces is dat het massaproductie van 3D-printen van metaal kan bereiken. De prijs van apparatuur op basis van dit proces is lager dan die van traditionele 3D-laserprinters, en de afdruksnelheid is tientallen of zelfs honderden keren die van vier-laser poederbedfusieapparatuur. Het gebruikte materiaal is traditioneel MIM-poeder, dat goedkoper is dan bolvormig poeder, en de fabricagekosten van onderdelen zijn ook tientallen keren lager dan laser 3D-geprinte onderdelen. Daarom overtreft het binder jetting-proces 3D-printen van metaal in termen van apparatuurkosten, poederkosten en printefficiëntie, hoewel de prestaties van het onderdeel iets lager zijn, maar nog steeds hetzelfde niveau hebben als spuitgegoten onderdelen. Daarom is deze technologie meer geschikt voor het realiseren van grootschalige productie van onderdelen.
Op basis van bovenstaande voordelen versnellen de huidige grote auto-OEM's het gebruik van deze technologie. Toonaangevende ontwikkelaars van binder jetting 3D-printen van metaal hebben partnerships gesloten met grote merken in de auto-industrie: Volkswagen werkt actief samen met HP, Ford gebruikt ook ExOne's binder jetting-technologie om auto-onderdelen te vervaardigen, en Desktop Metal heeft onlangs gewonnen Een Duitse autofabrikant heeft een Contract van $ 7,9 miljoen, en de industrie speculeert dat de klant BMW Group kan zijn.
Voor onderdelen die in massa moeten worden geproduceerd, is een ander voordeel van 3D-printen van binder jet metal zelfs nog meer uitgesproken: vormloze productie. De technologie elimineert de noodzaak voor mallen, waardoor ingenieurs reeds verbeterde ontwerpen - of het nu door desktop extrusie van metaal 3D-printen of traditionele prototyping-methoden is - naar massaproductie kunnen brengen met binder jet metal 3D-printen. Met printsnelheden die concurrerend zijn met traditionele grootschalige productieprocessen, kunnen met 3D-printen van binderstraalmetaal duizenden onderdelen in één taak worden geproduceerd tegen een prijs en productiesnelheid die kunnen concurreren met processen zoals gieten, smeden en machinaal bewerken. Deze snelheid, gecombineerd met het gebruik van goedkope MIM-poeders en gemakkelijke nabewerking, stelt het proces in staat om onderdelen te produceren die tot 20 keer minder per onderdeel kunnen kosten dan andere 3D-printprocessen en maakt additieve fabricage een haalbare optie voor gieten, smeden en machinaal bewerken. Een haalbare optie.
Vooruitgang in 3D-printtechnologie heeft nieuwe kansen gecreëerd in elke fase van de levenscyclus van de automobielproductie - van functionele prototypes tot middelgrote productie tot aftermarket en reserveonderdelen. En de meeste van deze kansen hebben te maken met productiesnelheid en onderdeelcomplexiteit, of beide. Omdat het niet wordt beperkt door traditionele productie, kunnen ontwerpers en ingenieurs met 3D-printen een enorme nieuwe ontwerpruimte betreden en steeds complexere onderdelen maken.
Wanneer de geoptimaliseerde onderdelen worden geconfronteerd met massaproductie, worden materialen, vormefficiëntie en prijs de beperkende factoren die de wijdverbreide toepassing van 3D-printtechnologie voorkomen, en de voordelen kunnen niet worden weerspiegeld. De ontwikkeling van nieuwe technologieën heeft deze barrières weggenomen, waardoor geoptimaliseerde constructies op grote schaal en in een efficiënte en meer economische vorm kunnen worden gerealiseerd.