Інститут технології аддитивного виробництва Фраунгофера (IAPT) показав, як 3D-друк може покращити технічні характеристики та витрати на виробництво шляхом переробки дверних петель розкішних спортивних автомобілів.
Під час проекту редизайну деталей інженери IAPT оптимізували все, від геометрії дверних петель до орієнтації конструкції та параметрів процесу, щоб максимізувати вартість і економію ваги.
Зрештою, ця робота спрямована на те, щоб пролити світло на менш очевидні фактори, які впливають на вартість 3D-друкованих деталей, а не лише на геометрію самих компонентів.
Спростіть виробництво автомобілів
Автомобільна промисловість є однією з багатьох галузей, які протягом багатьох років охоплювали адитивне виробництво, використовуючи цю технологію для різноманітних застосувань. Однак на сьогоднішній день багато варіантів використання були обмежені невеликими партіями, оскільки 3D-друк ще не забезпечив продуктивність традиційних технологій виробництва автомобілів, не зберігаючи при цьому низьку вартість кожної деталі. Таким чином, проект Фраунгофера може показати, що технологія в цілому в даний час недостатньо використовується в автомобільному секторі і що застосування великого обсягу серійного виробництва все ще знаходиться в зародковому стані.
Першим встановленим варіантом використання є швидке створення прототипів, оскільки фаза розробки нової моделі може тривати до п’яти років. Під час досліджень і розробок неминуче розробляються та тестуються кілька прототипів деталей, що означає швидкі ітерації дизайну з мінімальними термінами виконання: це одна з головних переваг адитивного виробництва.
Автовиробники також використовують 3D-друковані виробничі інструменти, такі як пристосування та кріплення, щоб допомогти у виробництві та складанні робочих процесів. Існують навіть потенційні застосування в запчастинах, які колись були відлиті, але зараз застаріли. Динамічний і гнучкий характер 3D-друку дозволяє постачальникам запчастин друкувати на вимогу, повністю усуваючи потребу в інвентаризації фізичних компонентів.
Дверні петлі, надруковані 3D
Перш ніж розпочати будь-яку проектну роботу, інженери Fraunhofer використовували програмне забезпечення перевірки деталей, розроблене компанією 3D Spark, дочірньою компанією IAPT, для визначення деталей автомобіля, придатних для демонстраційних досліджень.
На ранніх стадіях проекту команда вперше визначила найбільш економічно ефективну орієнтацію компонентів у кімнаті для складання. Інженери розглянули необхідні опорні конструкції та кількість частин, які вони могли б помістити в одну конструкцію. Цей початковий крок оптимізації орієнтації призвів до 15-відсоткової економії в порівнянні з 3D-друком без таких міркувань.
Далі йде оптимізація топології самої петлі. Видаливши непотрібний матеріал і зміцнивши лише ті частини деталі, які потрібні для імітації потоку сили, інженери змогли зменшити вагу плеча петлі на 35 відсотків. Подальша економія матеріалів і скорочення часу друку призвели до подальшої економії на 20 відсотків.
Команда Fraunhofer також підрахувала додаткову економію коштів, пов’язану зі скороченням пост-обробки (за рахунок зменшення опорних конструкцій) і вибору найкращого металевого порошкового матеріалу для роботи: 10 відсотків на кожен.
Цікаво, що дослідження показало, що навіть параметри конструкції, які використовуються в процесі 3D-друку, сприяють потенційній економії коштів. Наприклад, більш товсті шари, більша швидкість сканування та деформація профілю лазерного променя – все це допомагає скоротити час створення, зменшуючи витрати на друк ще на 15 відсотків.
Зрештою, цей економічно орієнтований підхід до проектування дозволив інженерам IAPT надрукувати шарнір на 3D на 80 відсотків дешевше, ніж його аналог, надрукований на 3D, без такої ж оптимізації. Порівняно з фрезерними аналогами з ЧПУ проект досяг економії вартості та ваги на 50 відсотків та 35 відсотків відповідно.