Технология 3D-печати металлом имеет важные перспективы применения в сфере автомобилестроения. Он может не только быстро производить прототипы, ускорять процесс разработки новых автомобилей, но и напрямую производить небольшие партии деталей, сокращать цепочку поставок и снижать затраты, становясь ключевой дополнительной технологией в автомобильной промышленности.
Кроме того, уникальные преимущества 3D печать в производстве сложных деталей помогают упростить конструкцию автомобильных компонентов, снизить вес и сэкономить материалы. Хотя технология потенциально может стать более быстрой, экономичной и производить более сложные компоненты, ее широкое применение в области автомобилестроения пока еще ограничено. В будущем только технологии с более эффективными, экономичными и гибкими производственными возможностями смогут по-настоящему стать основным способом производства автомобилей.
3D-печать в современной автомобильной промышленности
В современной автомобильной промышленности Технология печати 3D Первоначально не был принят непосредственно производителями автомобилей, но впервые был применен в спонсируемом ими автопарке. На протяжении десятилетий, от Ford до Ferrari, многие компании рассматривали гонки как инкубатор для тестирования новых технологий. Сегодня многие стандартные функции автомобилей, такие как системы рекуперативного торможения, кнопочные системы зажигания и даже зеркала заднего вида в гибридных автомобилях, можно отнести к инновациям этих гоночных автомобилей. То же самое относится и к технологии 3D-печати, особенно печати металлом. Команды Формулы-XNUMX, команды World Endurance Challenge, команды Формулы E и другие испытали на себе преимущества аддитивного производства, в том числе быстрое выполнение итераций проектирования, Быстрое прототипированиеи легкие компоненты, которые могут улучшить характеристики автомобиля на трассе.
Несмотря на такое большое количество производственных преимуществ, почему 3D-печать не получила широкого распространения среди производителей автомобилей? Возможно, это связано с тем, что внедрение новых технологий требует сложных корректировок и инвестиций на протяжении всего производственного процесса. Однако ожидается, что с постоянным развитием и зрелостью технологий производители автомобилей постепенно осознают потенциальную ценность 3D-печати, включая более быстрые и гибкие производственные процессы, а также долгосрочные преимущества оптимизированного дизайна и легких компонентов. Поэтому ожидается, что в будущем ожидается более широкое внедрение технологии 3D-печати в автомобильной промышленности.
В настоящее время типы материалов, совместимых с технологией 3D-печати, относительно ограничены. Если взять в качестве примера пластмассы, то большинство материалов, доступных в настоящее время для формования, могут удовлетворить лишь ограниченные потребности. Для производителей автомобилей с более высокими требованиями к применению существующие материалы не могут пройти даже лабораторные испытания.
Стоимость сырья для технологии чрезвычайно высока, даже после значительного снижения цен цена металлического порошка по-прежнему достигает сотен или даже тысяч юаней за килограмм, в результате чего стоимость готовых деталей может достигать сотен и тысяч юаней за килограмм. Это слишком дорого для крупномасштабного производства.
Хотя 3D-печать добилась определенных успехов в автомобильной промышленности, особенно в гонках, где она может выдержать высокую стоимость печати сложных компонентов для достижения победы, ее можно распространить только на более широкий спектр производственных процессов с использованием более экономически эффективных технологий. В настоящее время большинство компонентов по-прежнему производятся с использованием традиционных методов, таких как литье под давлением, CNC-обработка, и штамповка.
Селективное лазерное плавление (SLM)
Технология селективной лазерной плавки считается более подходящей для мелкосерийного производства с высокой стоимостью. Эта технология широко используется в автомобильной промышленности: с помощью лазера плавят металлический порошок слой за слоем, чтобы быстро и точно изготовить металлические детали. Компании-производители автомобилей, такие как BMW, Ford, Volkswagen и Mercedes Benz, добились значительных успехов во внедрении этой технологии, обеспечив массовое производство при определенных условиях. Однако большинство этих успешных случаев ограничиваются брендами высокого класса, а общий объем производства по-прежнему ограничен.
Это явление можно объяснить ограничениями технологии селективной лазерной плавки с точки зрения стоимости, материалов и скорости. Оборудование для селективной лазерной плавки требует огромных первоначальных инвестиций, а полная стоимость системы достигает 2 миллионов долларов и более. Масштабы производства 1 тонны деталей в год не оправдывают затрат. Кроме того, хотя 3D-печать делает производство металлических деталей более гибким, печать является лишь первым шагом во всем производственном процессе, а последующие процессы постобработки, такие как удаление опор, еще больше увеличивают стоимость деталей.
Хотя технология селективного лазерного плавления продемонстрировала значительные производственные преимущества в автомобильной сфере, такие как интеграция, высокая точность и сложность производства, на основе этой технологии возник ряд ценных применений. Однако эти приложения, как правило, ограничены и в основном ограничиваются брендами высокого класса, что затрудняет удовлетворение спроса автомобильной промышленности на недорогое крупномасштабное производство.
Настольная 3d печать металлом на основе экструзии
Технология настольной 3D-печати металлом основана на экструдированных настольных металлических 3D-принтерах, имеющих удобную конструкцию для офисного использования, позволяющую избежать потенциальных рисков пыли и воздействия лазера и обеспечивающую более удобное для пользователя комплексное решение.
Для пользователей, находящихся на ранних стадиях проектирования и производства новых автомобилей, настольные металлические 3D-принтеры более экономичны и удобны в эксплуатации по сравнению с традиционным оборудованием с порошковым слоем. Этот тип системы позволяет быстро производить большое количество прототипов деталей, быстро проверять различные концепции дизайна, исследовать новые структурные возможности и, таким образом, экономить время и деньги в длительном и дорогостоящем цикле проектирования. Это не только снижает затраты на разработку, но и позволяет компаниям быстрее переходить от этапа проектирования и проверки к производству, ускоряя запуск продукта. Гибкая эксплуатационная гибкость также помогает снизить затраты, сократить материальные отходы и устранить необходимость в специализированном персонале для управления машинами.
В настоящее время такие бренды, как Обои для рабочего стола, Поднять3D, Стратасис, Маркфорджед, Ultimaker, Prusa и т. д. представляют технологический уровень настольной экструзионной 3D-печати металлом.
В качестве примера рассмотрим компоненты шасси в автомобильной промышленности, такие как рычаг подвески. Эти рычаги управления играют решающую роль в движении транспортного средства, и их внутренняя структура сложна. Традиционное производство требует сборки множества компонентов, а настольные 3D-принтеры по металлу могут печатать компоненты за один этап, тем самым сокращая время доставки и снижая затраты.
Связующее струйное металлическое 3D-печать
Технология 3D-печати металлом Binder Jetting привлекла внимание благодаря своим уникальным преимуществам при массовом производстве деталей. Одной из примечательных особенностей этого процесса является его способность обеспечить эффективное массовое производство 3D-печати металлом. По сравнению с традиционными лазерными 3D-принтерами оборудование, основанное на процессе струйной печати связующего, не только более экономично, но также имеет более высокую скорость печати и может даже в десятки или даже сотни раз превышать скорость оборудования для лазерной плавки порошкового слоя.
Между тем, используемый материал является традиционным. Литье металла под давлением (MIM) порошок, который дешевле сферического порошка, что значительно снижает себестоимость изготовления деталей. Хотя производительность процесса распыления клея немного ниже, он превосходно работает с точки зрения экономической эффективности и может достигать уровня, сравнимого с деталями, полученными литьем под давлением. Поэтому эта технология больше подходит для изготовления крупногабаритных деталей.
В настоящее время крупные компании-производители автомобилей ускоряют внедрение технологии струйной 3D-печати металлом. Некоторые ведущие разработчики 3D-печати металла методом струйной печати сотрудничают с крупными брендами автомобильной промышленности.
Итак, как эти три технологии 3D-печати позволяют добиться массового производства компонентов от тысяч до сотен тысяч?
Перед крупносерийным производством обычно осуществляется мелкосерийное производство для апробации на рынке. Технология 3D-печати металлом методом струйной печати связующим сыграла значительную роль в крупномасштабном производстве благодаря своим преимуществам в производстве без использования форм, что устраняет необходимость в пресс-формах. Это позволяет инженерам эффективно использовать улучшенные конструкции для производства благодаря высокой скорости печати и возможности производить тысячи компонентов одновременно. В то же время технология селективного лазерного плавления и настольная 3D-печать металлом на основе экструзии могут удовлетворить потребности в небольших партиях на ранних стадиях производства, поскольку их можно адаптировать к различным уровням гибкости. Технология лазерной плавки порошкового слоя благодаря своей высокой точности и сложным производственным характеристикам подходит для производства высококачественных брендовых компонентов, в то время как настольная металлическая 3D-печать на основе экструзии дает дешевое и быстрое преимущество на ранних этапах проектирования и производства новых автомобилей. . В целом, комплексное применение этих трех технологий в крупномасштабном производстве компонентов обеспечивает гибкие, эффективные и экономичные решения для автомобильной промышленности.
FAQ
В сфере 3D-печати обычно используемые металлы включают, помимо прочего, титан, алюминий, нержавеющую сталь и никелевые сплавы. Этим металлам отдают предпочтение благодаря своим особым свойствам, таким как высокая прочность, коррозионная стойкость и легкий вес, что делает их подходящими для различных применений в различных отраслях промышленности.
Основные методы 3D-печати, используемые для печати металлов, включают селективную лазерную плавку (SLM), электронно-лучевую плавку (EBM) и струйную обработку связующим. В этих методах используются разные подходы к аддитивному производству металлов, каждый из которых имеет свой набор преимуществ и особенностей.
Статья написана инженерами из команды BOYI TECHNOLOGY. Фуцюань Чен — профессиональный инженер и технический эксперт с 20-летним опытом работы в сфере быстрого прототипирования, производства металлических и пластиковых деталей.
