Bilproduksjon er et viktig bruksområde for 3D-utskriftsteknologi av metall. Fra rask produksjon av prototyper, og dermed akselerere effektiviteten av forskning og utvikling av nye biler, til direkte produksjon av små batchdeler, forkorting av forsyningskjeden og sparing av kostnader, kan 3D-printing beskrives som en viktig komplementær teknologi i bilindustrien. I tillegg kan de unike fordelene med 3D-utskrift ved produksjon av komplekse deler forenkle antallet bildeler, redusere vekten og spare materialer. Det kan sies at 3D-utskriftsteknologi har mange fordeler for bilproduksjon. Når det er sagt, har teknologien så langt ikke vært mye brukt i feltet. Det er på grunn av muligheten til å lage raskere, billigere og mer komplekse deler --, det er slik fremtidens biler vil bli bygget.
Additiv produksjon i bilindustrien
I bilverdenen var de første som tok i bruk additiv produksjon ikke bilprodusentene selv, men teamene de sponset. I flere tiår har selskaper fra Ford til Ferrari brukt racerbiler som inkubatorer for å teste ny teknologi. Mange av standardfunksjonene i nye biler nå - regenerativ bremsing i hybrider, trykknapptenning og til og med speil - kan spores tilbake til røttene. Det samme prinsippet gjelder for 3D-utskrift, spesielt metallutskrift. Formel 1-team, World Endurance Challenge Racing Team, Formula E Teams og flere har alle erfart fordelene med additiv produksjon – rask gjentakelse av design, rask prototyping og lysere komponenter – alt tilgjengelig for å forbedre ytelsen til din kjøretøy på banen.
Laserpulverbedfusjon er bedre for applikasjoner med lavt volum og høy verdi (SLM 3D-utskrift)
Det mest brukte 3D-utskriftssystemet til dags dato, laserpulverbedfusjon, bruker en laser for å smelte tynt metallpulver lag for lag til delen er produsert. Denne teknologien kan raskt og nøyaktig fremstille metalldeler og har blitt mye brukt innen bilproduksjon det siste tiåret. BMW, Ford, Volkswagen, Mercedes-Benz og andre selskaper har etablert typiske tilfeller i bruken av denne teknologien, og har oppnådd masseproduksjon under visse forhold, men de fleste delene som er involvert i disse sakene er fortsatt begrenset til high-end merker , og det totale beløpet er fortsatt begrenset.
Årsaken er fortsatt uatskillelig fra feltets krav til kostnad, materiale og hastighet. Fusjonsutstyr for laserpulverbed krever betydelige forhåndsinvesteringer – 1 million dollar eller mer for hele systemet – og produserer bare 1 tonn deler per år, noe som ikke er nok til å rettferdiggjøre kostnadene. I tillegg, selv om 3D-utskrift gjør produksjon av metalldeler mer fleksibel, er utskrift bare det første trinnet, og det kreves en rekke etterbehandlingsprosesser som fjerning av støtte, noe som øker kostnadene for delen ytterligere.
Til dags dato stammer en rekke høyverdiapplikasjoner innen bilindustrien fra de betydelige produksjonsfordelene ved laserpulverbedfusjonsteknologi - egenskapene til integrasjon, høy presisjon og kompleks produksjon. For eksempel brukte General Motors generativ design og 3D-utskrift for å kombinere åtte komponenter av bilens tradisjonelle setebrakett til én komponent, Bugatti brukte 3D-utskriftsteknologi for å produsere den nye Chiron bremsekaliperen, og Porsche 3D trykket en aluminiumslegeringsmotor med en serie av innovative design. Shell-prototyper, BMWs batch-trykte myke braketter for sportsbilen i8 Roadster og mer. Disse tilfellene, enten for prototype eller sluttbruk, er uatskillelige fra de unike produksjonsegenskapene til laserpulverbedfusjonsteknologi. Men det er også en funksjon at disse applikasjonene er svært begrensede, nesten alle tilhører high-end merker, og sjelden oppfyller kravene til lavkost, masseproduksjon på dette feltet.
Ekstrusjonsbasert skrivebordsmetall 3D-utskrift for prototyping (FDM 3D Printing)
Ekstruderingsbaserte 3D-skrivere i metall har en kontorvennlig design som eliminerer risikoen for støv- og lasereksponering og er en ende-til-ende-løsning som er enklere å bruke.
For brukere i de tidlige stadiene av design og produksjon av nye kjøretøy er 3D-skrivere i metall 10 ganger billigere enn tradisjonelt utstyr for pulverbed og har enkel og rask betjening. Slike systemer kan raskt prototype et stort antall deler internt, raskt teste forskjellige ideer og utforske nye strukturelle muligheter, noe som sparer tid og penger under lange og dyre designsykluser. Til syvende og sist kan bedre design presenteres til lavere utviklingskostnader, og selskaper kan gå raskt fra design og verifisering til produksjon, noe som akselererer time-to-market. Fleksibel betjening bidrar også til å redusere kostnadene ettersom det reduserer materialavfall og ikke krever spesialisert personell for å betjene maskinen.
Den geometriske friheten som 3D-utskrift gir, gjør det også mulig for produsenter å lage raske prototyper og utforske nye stempeldesign samtidig som man eliminerer behovet for å sette ut arbeid. Prototyping av deler på en stasjonær metallskriver letter også en jevn overgang til volumproduksjon, ettersom høyvolumsystemer som bindemiddelstråler er i stand til å produsere like komplekse design.
Binder jetmetall 3D-utskrift er mer egnet for høyvolumsproduksjon (3DP-teknologi)
Den mest fremtredende egenskapen til bindemiddelstråleprosessen er at den kan oppnå masseproduksjon av metall 3D-utskrift. Prisen på utstyr basert på denne prosessen er lavere enn for tradisjonelle laser 3D-skrivere, og utskriftshastigheten er titalls eller til og med hundrevis av ganger høyere enn for fusjonsutstyr med fire lasere. Materialet som brukes er tradisjonelt MIM-pulver, som er billigere enn sfærisk pulver, og produksjonskostnadene for deler er også dusinvis av ganger lavere enn laser 3D-printede deler. Derfor overgår bindemiddelstråleprosessen metall 3D-utskrift når det gjelder utstyrskostnad, pulverkostnad og utskriftseffektivitet, selv om delens ytelse er litt lavere, men fortsatt har samme nivå som sprøytestøpte deler. Derfor er denne teknologien mer egnet for å realisere høyvolumsdelproduksjon.
Basert på fordelene ovenfor, akselererer de nåværende store auto-OEM-ene bruken av denne teknologien. Ledende utviklere av 3D-printing av bindemidler av metall har sikret seg partnerskap med store merker i bilindustrien: Volkswagen jobber aktivt med HP, Ford bruker også ExOnes bindestråleteknologi for å produsere bildeler, og Desktop Metal vant nylig En tysk bilprodusent har vunnet en 7,9 millioner dollar kontrakt, og industrien spekulerer i at kunden kan være BMW Group.
For deler som må masseproduseres, er en annen fordel med 3D-utskrift av binder jet-metall enda mer uttalt - formløs produksjon. Teknologien eliminerer behovet for støpeformer, slik at ingeniører kan bringe allerede forbedrede design – enten ved skrivebordsekstrudering av metall 3D-utskrift eller tradisjonelle prototypingmetoder – til masseproduksjon med binder jet-metall 3D-utskrift. Utskriftshastigheter som er konkurransedyktige med tradisjonelle storskala produksjonsprosesser, binder jet metal 3D-utskrift lar tusenvis av deler produseres i en enkelt jobb til en pris og produksjonshastighet som kan konkurrere med prosesser som støping, smiing og maskinering. Denne hastigheten, kombinert med bruk av rimelige MIM-pulvere og enkel etterbehandling, gjør at prosessen kan produsere deler som kan koste opptil 20 ganger mindre per del enn andre 3D-utskriftsprosesser og gjør additiv produksjon til et levedyktig alternativ for støping, smiing og maskinering. Et levedyktig alternativ.
Fremskritt innen 3D-utskriftsteknologi har skapt nye muligheter i alle stadier av bilproduksjonens livssyklus – fra funksjonelle prototyper til produksjon i mellomvolum til ettermarked og reservedeler. Og de fleste av disse mulighetene er relatert til produksjonshastighet og delkompleksitet, eller begge deler. Fordi det ikke er begrenset av tradisjonell produksjon, lar 3D-utskrift designere og ingeniører gå inn i et stort nytt designrom og lage stadig mer komplekse deler.
Når de optimaliserte delene står overfor masseproduksjon, blir materialer, støpeeffektivitet og pris de begrensende faktorene som forhindrer den utbredte bruken av 3D-utskriftsteknologi, og fordelene kan ikke reflekteres. Utviklingen av nye teknologier har brutt ned disse barrierene, slik at optimaliserte strukturer kan realiseres i stor skala og i en effektiv og mer økonomisk form.