کاربردهای پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی

فناوری چاپ سه بعدی در حال تغییر شکل صنعت خودروسازی به طرق مختلف است، از تولید قطعات و ساخت قالب گرفته تا چرخه های تحقیق و توسعه کوتاه، طراحی یکپارچه سبک وزن، و حتی تغییرات گسترده تر در زنجیره تامین صنعتی. در حالی که این فناوری هنوز با محدودیت‌های واقعی در تولید انبوه-مقیاس بزرگ مواجه است، ارزش آن به عنوان یک ابزار کمکی در توسعه خودرو به طور گسترده در سراسر صنعت شناخته شده است. در زیر نگاهی دقیق به نحوه استفاده از پرینت سه بعدی امروزی، همراه با گزارش صادقانه از جایی که هنوز در آن کم است، آورده شده است.

اکنون از پرینت سه بعدی برای تولید قطعات پلاستیکی و فلزی خودرو استفاده می شود. فناوری چاپ سه بعدی پلاستیکی برای بخش‌های غیر مهم-مانند پانل‌های کنترل داخلی و اجزای داشبورد مناسب است، جایی که تحمل‌های ابعادی کمتر نیاز دارند و تکرار طراحی بیش از مقاومت مکانیکی خام اهمیت دارد. در مقابل، پرینت سه بعدی فلزی به طور فزاینده ای برای قطعات پیچیده مانند بلوک های موتور و اجزای سرسیلندر - با هندسه های داخلی پیچیده که تولید آنها از طریق ریخته گری معمولی دشوار یا گران است، اعمال می شود.

یک مثال قابل توجه، تکنیک ریخته‌گری رایگان قالب بدون الگو است که برای کوتاه کردن چرخه تولید اجزای موتور از سه-به{2}}چهار ماه سنتی مورد نیاز برای ابزارآلات تا دو هفته استفاده می‌شود، در حالی که هزینه‌ها را از چند صد هزار تا چند میلیون یوان کاهش می‌دهد. این نوع سود امکان‌پذیر است زیرا این فناوری نیاز به طراحی، ماشین‌کاری و اعتبارسنجی یک قالب فیزیکی را قبل از تولید یک قطعه منفرد دور می‌زند - مرحله‌ای که به طور سنتی بیشتر زمان تولید قطعات موتور را مصرف می‌کند.

همانطور که گفته شد، درک محدودیت های این فناوری به همان اندازه مهم است که نقاط قوت آن. سیستم‌های اصلی مانند سیستم انتقال قدرت، سیستم تعلیق، بسته باتری، لاستیک‌ها، چرخ‌ها، دسته سیم‌ها، موتورهای الکتریکی و شیشه‌های جلو هنوز تقریباً به طور کامل به روش‌های تولید سنتی متکی هستند{1}}چاپ D نمی‌تواند مستقیماً اجزای الکترونیکی دقیقی مانند سیم‌کشی، برد مدار، یا حسگرها را تولید کند - تولید آنها را در کوتاه مدت جایگزین خواهد کرد. در عمل، این بدان معناست که امروزه پرینت سه بعدی به عنوان مکمل، به جای جایگزینی برای ساخت خودروهای معمولی عمل می کند.

یکی از واضح ترین مزایای پرینت سه بعدی در زمینه خودرو، نمونه سازی سریع برای قالب و ابزار است. از آنجایی که این فناوری قطعات را مستقیماً از داده های گرافیکی کامپیوتری بدون نیاز به ماشین کاری یا قالب فیزیکی می سازد، می تواند اجزای تقریباً هر شکلی را در صورت نیاز تولید کند. این به طور چشمگیری چرخه توسعه و تولید قالب های خودرو را در مقایسه با روش های معمولی کوتاه می کند.

در جایی که توسعه قالب سنتی می‌تواند چندین ماه طول بکشد - شامل طراحی، ساخت ابزار، دوره‌های آزمایشی و چرخه‌های تصحیح - 3چاپ D می‌تواند همان جدول زمانی را تا چند هفته فشرده کند، در حالی که به طور همزمان هزینه‌های تحقیق و توسعه را کاهش می‌دهد. این مزیت سرعت در برنامه وسیله نقلیه ترکیب می شود: قالبی که می تواند در چند روز به جای هفته ها تکرار شود، به تیم های مهندسی اجازه می دهد تا تغییرات طراحی بیشتری را قبل از متعهد شدن به ابزارهای تولید گران قیمت آزمایش کنند.

با نگاهی بیشتر به آینده، بسیاری در صنعت، چاپ سه بعدی را به عنوان یک جهت بالقوه آینده برای تولید قالب های خودرو به طور گسترده تر می بینند. با کاهش وابستگی به فرآیندهای سنتی مهر زنی و آهنگری برای کاربردهای خاص، تولید افزودنی می تواند به سوق دادن تولید قالب به سمت یک مدل کارآمدتر و کم هزینه تر- کمک کند، به ویژه برای ابزارهای کم حجم یا بسیار سفارشی شده که توجیه هزینه اولیه قالب های معمولی دشوار است.

خودروسازان از قدرت نمونه‌سازی سریع-پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند تا زمان مورد نیاز برای اعتبارسنجی طراحی بیرونی و تولید مدل را به میزان قابل توجهی فشرده کنند. زمانی که چرخه‌های توسعه وسایل نقلیه جدید به طور معمول بیش از دو سال بود، بسیاری از برنامه‌ها اکنون به کمتر از یک سال فشرده شده‌اند. این شتاب در خلاء اتفاق نمی افتد - پاسخی مستقیم به تشدید رقابت در بازار است. تنها در سال 2014، 328 مدل خودروی جدید در بازار چین عرضه شد و این سطح از فشار رقابتی، تولیدکنندگان را وادار کرد تا چاپ سه بعدی را به عنوان راهی برای افزایش کارایی تحقیق و توسعه و ارائه طرح‌های جدید به بازار سریع‌تر اتخاذ کنند.

فراتر از سرعت خام، چاپ سه بعدی از توسعه همزمان و هماهنگ فرآیندهای طراحی و تولید محصول نیز پشتیبانی می کند. تیم‌های مهندسی و تولید می‌توانند به‌جای کار بر روی یک طراحی کاملاً متوالی-سپس-گردش کار را به‌طور موازی تکرار کنند، که تأخیرهای ناشی از بازبینی-و{5}}پیش‌و‌پیش را کاهش می‌دهد. نمونه‌سازی سریع همچنین اجازه می‌دهد نقص‌های طراحی زودتر ظاهر شوند و ریسک توسعه کلی را قبل از اینکه طرح برای ابزارسازی قفل شود، کاهش می‌دهد.

بهینه سازی ساختاری یکی از زمینه هایی است که پرینت سه بعدی مزایایی را ارائه می دهد که تکرار آن با تولید سنتی دشوار است. اجزایی که زمانی نیاز به مونتاژ هزار یا چند قطعه جداگانه داشتند، در برخی موارد، می‌توانند تنها در چند ده قطعه چاپی ادغام شوند. هنگامی که با مواد کامپوزیتی مانند فیبر کربن ترکیب می شود، این نوع یکپارچه سازی قطعات می تواند کاهش معنی داری در وزن کلی خودرو ایجاد کند.

وسایل نقلیه ای که عناصر ساختاری چاپ شده سه بعدی را به عنوان بخشی از یک رویکرد طراحی یکپارچه در خود جای می دهند، از مراحل مونتاژ کمتری بهره مند می شوند و در بسیاری از موارد، بهبود عملکرد کلی - کاهش وزن مستقیماً از کارایی و ویژگی های حمل و نقل بهتر پشتیبانی می کند. این پارادایم طراحی به طور فزاینده ای به سمت یک جهت جدید برای تولید خودرو به طور کلی اشاره می کند، مسیری که ممکن است صنعت گسترده تر را به سمت روش های تولید کارآمدتر و پایدارتر از نظر زیست محیطی در طول زمان سوق دهد، زیرا طرح های تلفیقی معمولاً ضایعات مواد را نیز کاهش می دهند و-جداسازی{{5} پایان عمر را ساده می کنند.

تولید سنتی خودرو به زنجیره‌های تامین پیچیده و اغلب جهانی بستگی دارد، با قطعاتی که از چندین کشور قبل از مونتاژ نهایی تهیه می‌شوند. 3فناوری چاپ D این پتانسیل را دارد که این مدل را با اجازه دادن به طراحی، منبع‌یابی، تولید، فروش و بازیافت در یک منطقه متمرکز کند و وابستگی به لجستیک مسافت طولانی را کاهش دهد.

نمونه قابل توجه این تغییر یک وسیله نقلیه مفهومی است که از طریق پرینت سه بعدی به تولید محلی دست یافته است، هزینه های حمل و نقل مرزی-و زمان تحویل را کاهش می دهد که معمولاً با یک زنجیره تامین جهانی توزیع می شود. به طور گسترده‌تر، چاپ سه‌بعدی از تولید کوچک-دسته‌ای و بسیار سفارشی‌شده پشتیبانی می‌کند، که به خوبی با تغییر صنعت از تولید استاندارد-در مقیاس بزرگ به سمت مدل‌های تولید انعطاف‌پذیرتر همسو می‌شود. این انعطاف‌پذیری به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا سریع‌تر به تغییر تقاضای بازار پاسخ دهند -، قابلیتی که با تکه‌تکه شدن ترجیحات مصرف‌کننده و کوتاه شدن چرخه عمر خودرو، ارزش فزاینده‌ای پیدا کرده است.

علیرغم این مزایا، چاپ سه بعدی هنوز نمی تواند با فرآیندهای سنتی مهر زنی و آهنگری زمانی که به تولید استاندارد شده در مقیاس بزرگ- رقابت کند. عوامل متعددی همچنان پذیرش گسترده‌تر را محدود می‌کنند: عملکرد مواد هنوز در برخی کاربردها از قطعات فلزی تولید شده معمولی عقب‌تر است، کیفیت سطح معمولاً نیازمند مراحل تکمیلی پس از پردازش-مانند پرداخت و رنگ‌آمیزی است، و هزینه هر-قطع در حجم برای توجیه در برابر روش‌های تولید انبوه{5} ثابت دشوار است. وسایل نقلیه تولید شده در مقیاس نیز باید الزامات نظارتی دقیقی داشته باشند، و در بسیاری از حوزه‌های قضایی، ویژگی‌های مواد اجزای چاپ‌شده سه بعدی هنوز به طور کامل در برابر این استانداردها تأیید نشده است.

همچنین شکاف ساختاری در استعداد و بلوغ زنجیره تامین وجود دارد. این صنعت در حال حاضر فاقد متخصصان کافی است که عمیقاً با اصول طراحی خاص برای تولید افزودنی آشنا باشند. در همان زمان، اکوسیستم حمایتی گسترده‌تر، از جمله تامین‌کنندگان مواد تخصصی و ارائه‌دهندگان خدمات پس از پردازش، هنوز در حال توسعه است و هنوز به سطح بلوغی که در زنجیره‌های تامین سنتی خودرو دیده می‌شود، نرسیده است.

با توجه به این محدودیت‌ها، چاپ سه‌بعدی احتمالاً به‌عنوان یک ابزار کمکی که عمدتاً در مرحله تحقیق و توسعه توسعه خودرو استفاده می‌شود، بیشترین رشد نزدیک به مدت خود را خواهد دید، جایی که می‌تواند جریان کار طراحی را از طریق نمونه‌سازی سریع بهینه کند و نیاز به قالب‌های فیزیکی پرهزینه را در مراحل اولیه اعتبارسنجی کاهش دهد.

درازمدت‌تر، امیدوارکننده‌ترین مسیر رو به جلو ممکن است شامل ترکیب چاپ سه بعدی با روش‌های تولید سنتی باشد - برای مثال، استفاده از قالب‌های چاپی سه بعدی-در همراهی با فرآیندهای مرسوم مهر زنی - برای ایجاد تعادل بین هزینه و کارایی. این نوع رویکرد ترکیبی می‌تواند به تدریج دامنه سناریوهایی را گسترش دهد که در آن تولید افزودنی برای تولید با حجم بالاتر عملی می‌شود، به‌جای اینکه این فناوری نیاز به رقابت سر به سر--با مهر زنی و جعل طبق شرایط خاص خود داشته باشد.

همانطور که فناوری به رشد خود ادامه می‌دهد، انتظار می‌رود که پذیرش صنعت به رشد خود ادامه دهد، به‌ویژه در بخش‌های{0}خودروهای سفارشی‌شده و در بخش خودروهای انرژی جدید، جایی که تولیدات کوچک‌تر، تکرار طراحی سریع‌تر و تلفیق قطعات به‌خوبی با آنچه پرینت سه‌بعدی به بهترین شکل انجام می‌دهد، همسو هستند. در این بخش‌ها، ارزش تولید افزودنی احتمالاً به طور فزاینده‌ای آشکار می‌شود - نه به‌عنوان جایگزینی عمده‌فروشی برای تولید سنتی خودرو، بلکه به‌عنوان مکملی ضروری برای آن.