Το Ινστιτούτο Fraunhofer για την Τεχνολογία Παραγωγής Προσθέτων (IAPT) έδειξε πώς η εκτύπωση 3D μπορεί να βελτιώσει την τεχνική απόδοση και το κόστος κατασκευής επανασχεδιάζοντας τους μεντεσέδες των θυρών των πολυτελών σπορ αυτοκινήτων.
Κατά τη διάρκεια του έργου επανασχεδιασμού εξαρτημάτων, οι μηχανικοί της IAPT βελτιστοποίησαν τα πάντα, από τη γεωμετρία των μεντεσέδων της πόρτας έως τον προσανατολισμό της κατασκευής και τις παραμέτρους της διαδικασίας για να μεγιστοποιήσουν την εξοικονόμηση κόστους και βάρους.
Τελικά, αυτή η εργασία στοχεύει να ρίξει φως στους λιγότερο προφανείς παράγοντες που επηρεάζουν το κόστος των 3D εκτυπωμένων εξαρτημάτων, όχι μόνο τη γεωμετρία των ίδιων των εξαρτημάτων.
Απλοποιήστε την παραγωγή αυτοκινήτων
Η αυτοκινητοβιομηχανία είναι μία από τις πολλές βιομηχανίες που έχουν αγκαλιάσει την κατασκευή προσθέτων όλα αυτά τα χρόνια, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία για μια ποικιλία εφαρμογών. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, πολλές περιπτώσεις χρήσης έχουν περιοριστεί σε μικρές παρτίδες, καθώς η εκτύπωση 3D δεν έχει ακόμη παράσχει την απόδοση των παραδοσιακών τεχνολογιών παραγωγής αυτοκινήτων - χωρίς ταυτόχρονα να διατηρεί το κόστος κάθε εξαρτήματος χαμηλό. Έτσι, το έργο Fraunhofer μπορεί να δείξει ότι η τεχνολογία στο σύνολό της δεν αξιοποιείται επί του παρόντος στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας και ότι οι εφαρμογές μαζικής παραγωγής μεγάλου όγκου βρίσκονται ακόμη στα σπάργανα.
Η πρώτη καθιερωμένη περίπτωση χρήσης είναι η ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων, καθώς η φάση ανάπτυξης ενός νέου μοντέλου μπορεί να διαρκέσει έως και πέντε χρόνια. Κατά τη διάρκεια της Ε & Α, πολλά πρωτότυπα εξαρτημάτων αναπτύσσονται και δοκιμάζονται αναπόφευκτα, πράγμα που σημαίνει γρήγορες επαναλήψεις σχεδιασμού με ελάχιστους χρόνους παράδοσης: αυτό είναι ένα από τα κύρια σημεία πώλησης της κατασκευής προσθέτων.
Οι αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν επίσης 3D εκτυπωμένα εργαλεία κατασκευής, όπως jigs και φωτιστικά, για να βοηθήσουν στις ροές εργασίας παραγωγής και συναρμολόγησης. Υπάρχουν ακόμη και πιθανές εφαρμογές σε ανταλλακτικά aftermarket που κάποτε χυτεύονταν, αλλά τώρα είναι παρωχημένα. Η δυναμική και ευέλικτη φύση της εκτύπωσης 3D επιτρέπει στους προμηθευτές ανταλλακτικών να εκτυπώνουν κατ 'απαίτηση, εξαλείφοντας εντελώς την ανάγκη για απόθεμα φυσικών εξαρτημάτων.
3D τυπωμένοι μεντεσέδες πόρτας
Πριν ξεκινήσουν οποιαδήποτε εργασία σχεδιασμού, οι μηχανικοί της Fraunhofer χρησιμοποίησαν λογισμικό διαλογής εξαρτημάτων που αναπτύχθηκε από το 3D Spark, ένα spin-off του IAPT, για να εντοπίσουν εξαρτήματα αυτοκινήτων κατάλληλα για μελέτες επίδειξης.
Στα πρώτα στάδια του έργου, η ομάδα προσδιόρισε πρώτα τον πιο οικονομικά αποδοτικό προσανατολισμό για τα εξαρτήματα στην αίθουσα κατασκευής. Οι μηχανικοί εξέτασαν τις απαραίτητες δομές στήριξης και πόσα μέρη θα μπορούσαν να χωρέσουν σε μία μόνο κατασκευή. Αυτό το αρχικό βήμα βελτιστοποίησης προσανατολισμού είχε ως αποτέλεσμα εξοικονόμηση κόστους 15% σε σύγκριση με μια 3D εκτυπωμένη κατασκευή χωρίς τέτοιες εκτιμήσεις.
Ακολουθεί η βελτιστοποίηση της τοπολογίας του ίδιου του βραχίονα άρθρωσης. Αφαιρώντας το περιττό υλικό και ενισχύοντας μόνο τα μέρη του εξαρτήματος που απαιτούνται για την προσομοίωση της ροής δύναμης, οι μηχανικοί μπόρεσαν να μειώσουν το βάρος του βραχίονα του μεντεσέδων κατά 35 τοις εκατό. Η επακόλουθη εξοικονόμηση υλικών και οι μικρότεροι χρόνοι εκτύπωσης οδήγησαν σε περαιτέρω εξοικονόμηση κόστους 20%.
Η ομάδα Fraunhofer υπολόγισε επίσης πρόσθετη εξοικονόμηση κόστους που σχετίζεται με τη μείωση της μετα-επεξεργασίας (μειώνοντας τις δομές υποστήριξης) και την επιλογή του καλύτερου μεταλλικού υλικού σκόνης για τη δουλειά: 10% το καθένα.
Είναι ενδιαφέρον ότι η μελέτη διαπίστωσε ότι ακόμη και οι παράμετροι κατασκευής που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία εκτύπωσης 3D συμβάλλουν σε πιθανή εξοικονόμηση κόστους. Για παράδειγμα, τα παχύτερα στρώματα, οι ταχύτερες ταχύτητες σάρωσης και η παραμόρφωση του προφίλ δέσμης λέιζερ συμβάλλουν στη μείωση των χρόνων κατασκευής, μειώνοντας το κόστος εκτύπωσης κατά 15%.
Τελικά, αυτή η προσέγγιση σχεδιασμού με επίκεντρο το κόστος επέτρεψε στους μηχανικούς του IAPT να εκτυπώσουν 3D τον μεντεσέ με 80% χαμηλότερο κόστος από το αντίστοιχο 3D-printed χωρίς την ίδια βελτιστοποίηση. Σε σύγκριση με τους ομολόγους τους που αλέθονται με CNC, το έργο πέτυχε εξοικονόμηση κόστους και βάρους 50% και 35%, αντίστοιχα.