Com la impressió 3D està transformant la fabricació d'automòbils

La tecnologia d'impressió 3D està impulsant el canvi en la fabricació d'automòbils de diverses maneres - disseny i validació de prototips, eines de producció, fabricació de peces d'ús final-i certificació de processos i materials - i progressivament està movent la indústria cap a un futur on es pugui imprimir en 3D un vehicle sencer. Aquí teniu una mirada més propera:

Comprovacions d'ajust i muntatge: els fabricants d'automòbils utilitzen la impressió 3D per produir ràpidament-prototips a gran escala - miralls laterals, per exemple - utilitzant la tecnologia FFF/FDM per verificar de manera assequible l'ajust de les peces i la viabilitat del muntatge.

Validació de prototips funcionals: per a peces que necessiten una gran resistència o un acabat de superfície llisa (com ara muntatges o kits aerodinàmics), tecnologies basades en resina- i pols-com ara la sinterització làser selectiva (SLS), combinada amb compostos o niló, assegureu-vos que el prototip compleixi els requisits de rendiment.

Visualitzacions de models a tot-color: s'utilitzen les tecnologies d'injecció de tinta en 3D i d'injecció de material per produir models conceptuals a tot-color o maquetes a escala, que donen suport a revisions de disseny i presentacions de mercat.

La validació del prototip no és un pas aïllat del procés de desenvolupament d'automòbils -, sinó que s'executa durant tot el cicle de desenvolupament del vehicle. Des d'un esbós conceptual inicial fins a la producció en massa final, un cotxe normalment passa per desenes, de vegades centenars, d'iteracions de prototips. La introducció de la impressió 3D ha canviat fonamentalment el funcionament d'aquest procés.

Sota un model de desenvolupament tradicional, produir un prototip de mirall-únic lateral pot suposar contactar amb una botiga d'eines especialitzada, esperar setmanes i pagar desenes de milers de dòlars. Amb les impressores 3D FFF/FDM d'escriptori o industrials, els enginyers poden obtenir una peça física en hores a un dia o dos, muntar-la directament al vehicle per fer proves d'ajust i comprovar si els espais lliures són correctes, els forats de muntatge s'alineen i la superfície exterior coincideix amb les expectatives aerodinàmiques. Aquest ràpid bucle de "disseny-impressió-prova-revisió" permet detectar i corregir els defectes del disseny al principi del projecte, evitant els costos de reelaboració massius que es deriven de descobrir un problema només després que les eines ja s'hagin tallat.

Per a prototips funcionals que exigeixen components de xassís de - major resistència i qualitat superficial, els kits aerodinàmics i similars, - SLS combinat amb niló o materials compostos poden produir peces amb la resistència mecànica i l'estabilitat dimensional necessària per a una validació més rigorosa, com ara proves en túnels de vent o proves de fatiga, proporcionant als enginyers dades que reflecteixin de prop les condicions reals d'ús{3} del món real abans de començar la producció.

Mentrestant, els models conceptuals a tot-color produïts amb injecció de material i tecnologia d'injecció de tinta 3D, tenen un propòsit diferent - que donen suport a les reunions de revisió del disseny i a la investigació de mercat. Els dissenyadors i els executius poden mantenir i examinar físicament un model de color a-escala o a escala-reduïda i a tot color en una reunió-de presa de decisions, en lloc de confiar només en representacions o en-visualitzacions de pantalla-, cosa que millora significativament la qualitat de la comunicació i la presa de decisions del disseny-.

Disseny lleuger i ergonòmic: les plantilles i accessoris impresos en 3D són més lleugers i ergonòmics que les eines metàl·liques tradicionals, reduint la fatiga de l'operador i millorant la seguretat a la fàbrica. BMW, per exemple, utilitza dispositius ortopèdics impresos en 3D per reduir la tensió del polze als treballadors de la línia.

Estalvi de costos i temps: les eines tradicionals poden trigar setmanes a produir-se i costar molt, mentre que la impressió 3D pot oferir eines en pocs dies, amb molta més llibertat geomètrica i menys restriccions en el disseny de la peça final.

Optimització de motlles i topologia: els motlles d'injecció per a peces de plàstic i nuclis per a la fosa metàl·lica es poden imprimir en 3D amb geometries complexes, donant suport a dissenys-optimitzats en topologia (com ara formes orgàniques inspirades en bio-) que redueixen l'ús de material alhora que mantenen la resistència. GM i Volvo, entre d'altres, ja han adoptat aquest enfocament per escurçar els terminis de lliurament i reduir costos.

En comparació amb els components del propi vehicle, l'aplicació de la impressió 3D en eines de producció i ajudes a la fabricació sovint es passa per alt -, però el seu impacte en l'eficiència diària de la planta i el benestar dels treballadors és igual de profund. En una línia de muntatge tradicional, els treballadors utilitzen accessoris metàl·lics, eines manuals i plantilles de posicionament centenars o milers de vegades al dia. El moviment repetitiu i el pes de les eines metàl·liques poden provocar la síndrome del túnel carpià, la tensió del polze i altres lesions per ús repetitiu-al llarg del temps.

Després d'introduir dispositius ortopèdics impresos en 3D personalitzats i accessoris lleugers, BMW i altres fabricants d'automòbils han pogut reduir el pes de les eines diverses vegades, alhora que dissenyen eines al voltant de la forma de la mà i els hàbits d'adherència d'un treballador específic - reduint significativament la fatiga de l'operador i reduint la taxa de lesions laborals. Casos com aquest mostren que el valor que aporta la impressió 3D no es limita a millorar el rendiment de les peces en si mateixes -, sinó que també beneficia directament a les persones que treballen a la línia de producció.

Pel que fa a l'emmotllament, empreses com GM i Volvo estan utilitzant la impressió 3D per produir nuclis per a motlles d'injecció, aplicant algorismes d'optimització de topologia per dissenyar geometries orgàniques inspirades en bio-que mantenen la resistència i la vida útil del motlle alhora que redueixen dràsticament l'ús del material i el temps de producció. En comparació amb les eines d'acer tradicionals, que poden trigar mesos a mecanitzar, els motlles impresos en 3D es poden produir en dies o setmanes - comprimint significativament el termini de preparació-de la producció per a nous components de vehicles i accelerant la rapidesa amb què un nou model pot arribar al mercat.

Vehicles de luxe i producció personalitzada: marques-de gamma alta com Rolls-Royce i Porsche utilitzen la impressió 3D per produir botons interiors-parts personalitzades per lots - petits, components de fre d'estacionament i peces similars - per satisfer les sol·licituds personalitzades dels clients. BMW ofereix desenes de milers de components impresos en 3D per al Phantom, i empreses com Ferrari utilitzen la tecnologia per iterar ràpidament el disseny d'interiors.

-Peces de recanvi a la demanda: Audi i altres fabricants d'automòbils ofereixen peces de recanvi impreses en 3D per als models de vehicles actuals i antics, reduint els costos d'inventari i escurçant els terminis de lliurament de la cadena de subministrament. Les peces rares per als models clàssics, per exemple, es poden produir ràpidament a partir de dissenys digitals, evitant el cost elevat de les eines tradicionals.

Una de les propostes de valor bàsiques de les marques de cotxes de luxe és oferir als clients una experiència realment---única. Els clients de marques com Rolls-Royce i Porsche sovint estan disposats a pagar una prima per detalls interiors molt personalitzats - un botó interior gravat amb el monograma d'un client, per exemple, o un fre d'estacionament amb la forma d'un propietari específic. Elaborar un motlle independent per a cada client, és evident que no és realista sota la fabricació tradicional -, el cost i el temps simplement no funcionen.

La impressió 3D resol exactament aquesta tensió de "lot petit, alta personalització". La divisió Rolls-Royce de BMW ofereix desenes de milers de components impresos en 3D seleccionables per al Phantom, la qual cosa permet als clients triar entre un ampli catàleg d'opcions - o fins i tot sol·licitar personalitzacions completament noves - sense que la part de producció hagi de desenvolupar un motlle independent per a cada variant. Marques de supercotxes com Ferrari adopten un enfocament similar, utilitzant la tecnologia per a una ràpida iteració i una producció de proves per lots petits-de detalls interiors, escurçant el temps que es necessita per passar del concepte a la producció de l'interior d'un nou model.

Més enllà de la personalització del-vehicle nou, la impressió 3D també ofereix un valor important en el subministrament de peces de recanvi. Els fabricants d'automòbils amb una llarga història i una àmplia gamma de models anteriors, com Audi, han de continuar subministrant peces per a vehicles clàssics que tenen dècades d'antiguitat -, però les eines originals de moltes d'aquestes peces rares fa temps que s'han abandonat, i retallar un motlle és car, sobretot quan només es necessitaran un grapat d'unitats, la qual cosa la converteix en una proposta econòmica pobra.

Mitjançant la digitalització de les dades en 3D d'aquestes peces rares, els fabricants d'automòbils poden produir-les sota demanda mitjançant la impressió 3D sempre que un client en necessiti una - sense portar un gran inventari físic que ocupi l'espai del magatzem i sense l'elevat cost per-unitat de reequipament per a una petita producció. Aquest model de "magatzem digital" s'està convertint en una tendència creixent en el subministrament de peces per a vehicles clàssics i d'edició-limitada.

Consolidació vertical de la suspensió: Carbon Performance va combinar nou components separats de la suspensió vertical d'un cotxe esportiu Lotus en una única peça d'alumini impresa en 3D, reduint el pes i millorant la rigidesa.

Innovació de la pinça de fre: la pinça de fre de titani impresa en 3D de Bugatti ha superat les proves de pressió, demostrant una força i una durabilitat superiors a les pinces fabricades tradicionalment.

Canals de refrigeració integrats: BMW imprimeix els canals de refrigeració directament a les culatades de la sèrie M-, optimitzant la gestió tèrmica per augmentar el rendiment del motor.

Impressió completa de l'estructura del vehicle: Local Motors va imprimir en 3D la carrosseria del seu vehicle elèctric Strati i Honda va imprimir panells laterals per al seu concepte Micro Commuter - demostrant tots dos el potencial de la impressió 3D a nivell-estructural del vehicle.

La consolidació de Carbon Performance de nou components separats de la suspensió d'un cotxe esportiu Lotus en posició vertical en una única peça d'alumini impresa en 3D és un exemple especialment indicatiu, perquè revela un dels avantatges fonamentals que diferencia la impressió 3D de la fabricació tradicional: la consolidació de peces. La fabricació tradicional, limitada per com es mecanitzen i munten les peces, sovint requereix trencar un component funcional complex en diverses peces més senzilles que es mecanitzen per separat i després s'uneixen amb cargols o soldadures. Cadascuna d'aquestes juntes és un potencial punt feble i un potencial risc de fallada, i cadascuna també afegeix temps de muntatge i complexitat-de control de qualitat.

La lògica de-fabricació additiva que hi ha darrere de la impressió 3D trenca aquesta limitació completament. Els dissenyadors poden començar directament des del requisit funcional i dissenyar una única estructura complexa integrada - plegant la funció de nou parts separades en un component imprès. Això no només redueix el recompte de peces i la complexitat del muntatge, sinó que també - eliminant múltiples juntes - millora significativament la rigidesa i la fiabilitat estructurals generals, alhora que s'aconsegueix un estalvi de pes.

La pinça de fre de titani impresa en 3D de Bugatti il·lustra de manera similar el potencial de la impressió 3D en components-de rendiment extrem. Les pinces de fre han de suportar una pressió de frenada enorme i cicles tèrmics repetits. La pinça de titani de Bugatti, produïda mitjançant impressió 3D, va passar per rigoroses proves de pressió i va demostrar una força i una durabilitat que van superar les pinces fetes mitjançant forja o fosa tradicionals - prova que la fabricació additiva ara pot competir--cap a cap amb els processos tradicionals en components-{10} crítics de seguretat.

El vehicle elèctric Strati imprès en 3D de Local Motors i els panells laterals impresos en 3D d'Honda per al concepte Micro Commuter representen l'exploració primerenca de la impressió 3D que s'estén des del nivell de components fins a les aplicacions estructurals del vehicle-complet. Tot i que actualment aquests projectes es mantenen en gran part en l'etapa de-validació i producció en petit-lot-de producció, demostren la viabilitat de la impressió en 3D per a components estructurals a nivell de cos-grans, generant una experiència tècnica i dades valuoses per a la impressió a-grandes{11}}escala completa del vehicle en 3D.

Avenç de l'estandardització i la certificació: el projecte SYMPA està desenvolupant resines SLA{0}}certificades per a automòbils. El projecte IDAM, coordinat per BMW, se centra en la industrialització de processos de fabricació additiva i sistemes d'automatització. El projecte NextGenAM s'associa amb el sector aeroespacial per optimitzar l'eficiència de la producció.

Disminució de la barrera per als fabricants: un cop certificats els processos d'impressió i els materials, les empreses petites i mitjanes{0}}poden adoptar maquinari compatible directament per produir peces, sense assumir l'alt cost de la certificació independent - accelerant l'adopció de la impressió 3D a la indústria de l'automòbil.

El treball d'estandardització i certificació sovint és la part més fàcil de passar per alt, però més crítica, per traslladar una nova tecnologia del laboratori a una aplicació industrial a gran-escala. La indústria de l'automòbil té requisits normatius extremadament estrictes sobre el rendiment dels materials i els estàndards de seguretat dels components - fins i tot un nou material o procés que tingui un rendiment impressionant a nivell tècnic tindrà dificultats per ser adoptat àmpliament en els vehicles de producció sense certificació de la indústria.

El projecte SYMPA se centra a desenvolupar materials de resina fotosensible SLA certificats per a automòbils-, obrint un camí de compliment perquè els materials d'impressió 3D basats en resina-ingressin a la cadena de subministrament de peces d'automòbil. El projecte IDAM, coordinat per BMW, se centra en la integració industrial de tot el flux de treball de fabricació additiva amb sistemes d'automatització, explorant com transformar un procés d'impressió 3D que actualment depèn molt de la intervenció manual en un que pugui funcionar de manera estable i a escala en una línia de producció automatitzada. El projecte NextGenAM va un pas més enllà, associant-se amb la indústria aeroespacial per optimitzar conjuntament l'eficiència de la fabricació d'additius metàl·lics -, ja que l'aeroespacial ha acumulat una experiència més madura en control de qualitat i certificació per a la impressió 3D de metalls, i aquest tipus de col·laboració transversal-indústria ajuda a accelerar la maduració tecnològica del sector de l'automoció.

Un cop establerts i implementats aquests marcs de certificació, reduiran significativament l'obstacle que els fabricants -petits i mitjans adoptin la impressió 3D. Avui dia, completar la certificació de materials i processos de manera independent requereix una inversió substancial de temps i diners - sovint més del que pot suportar una empresa més petita. Un cop establerts els estàndards del sector i els processos de certificació, les empreses més petites poden adoptar sistemes de maquinari i materials ja-certificats i compatibles directament per a la producció, sense duplicar aquesta inversió en certificació. Això accelerarà dràsticament la propagació de la impressió en 3D a tota la cadena de subministrament de l'automòbil, sobretot deixant que els proveïdors de peces de segon- i tercer-nivell també es beneficiïn dels guanys d'eficiència que ofereix la tecnologia.

La viabilitat d'un vehicle totalment imprès en 3D: a mesura que la tecnologia d'impressió 3D madura per als components bàsics com les bateries, els motors i els sensors, els futurs vehicles es poden imprimir completament, des del motor fins a les rodes. Els imants imprimibles ja existeixen, per exemple, - 3la impressió D d'un motor elèctric necessita principalment superar els reptes del muntatge automatitzat i la compatibilitat dels materials.

Reptes de muntatge automatitzat: els obstacles actuals inclouen la capacitat dels sistemes robòtics d'integrar peces procedents de diverses impressores. Projectes com IDAM estan construint instal·lacions de fabricació avançades per ajudar a tirar endavant aquest objectiu.

Transformació esperada de la indústria: tot i que els cotxes voladors segueixen sent una perspectiva llunyana, els cotxes impresos en 3D podrien passar del concepte a la producció durant la propera dècada, remodelant fonamentalment les cadenes de subministrament i els models de producció de la fabricació d'automòbils tradicional.

Aconseguir realment un "vehicle totalment imprès en 3D" requereix resoldre més que només la impressió estructural del cos -, el repte més central és la fabricació additiva de components bàsics altament integrats com ara bateries, motors i sensors. Els materials magnètics imprimibles ja han aconseguit un avenç, és a dir, els imants permanents al cor d'un motor elèctric ara es poden produir mitjançant la impressió, establint una base material per integrar encara més la producció de motors en el procés d'impressió. La impressió totalment en 3D d'un motor sencer, però, encara requereix resoldre el repte d'imprimir conjuntament diversos materials i mòduls funcionals - bobinats de bobines, materials d'aïllament, estructures de refrigeració i molt més - que segueix sent un focus clau de la investigació tècnica actual.

Fins i tot una vegada que cada component individual es pot produir mitjançant la impressió 3D, la capacitat de l'etapa de muntatge automatitzat és igualment fonamental per aconseguir una producció a escala-de vehicles. El coll d'ampolla actual de la indústria és que els sistemes robòtics, quan integren peces procedents de diferents impressores i lots de producció diferents, sovint necessiten-camins de muntatge i agafat programats personalitzats per a cada tipus de peça - que no tenen la flexibilitat i la versatilitat necessàries per gestionar la naturalesa de gran-mescla i baix{{6}volum de producció de peces impreses en 3D. Col·laboracions de la indústria com el projecte IDAM estan treballant per construir instal·lacions de fabricació automatitzada més avançades, explorant com fer que els sistemes robòtics s'adaptin de manera més intel·ligent a la varietat de peces impreses en 3D - un llindar crític que cal superar per aconseguir una producció a escala de vehicles totalment impresos en 3D.

Tot i que produir un cotxe volador totalment imprès en 3D i preparat-per a la carretera segueix sent una perspectiva llunyana per ara, la trajectòria actual del desenvolupament tecnològic suggereix que els cotxes impresos en 3D podrien passar gradualment de la validació del concepte a la producció a petita-escala durant la propera dècada. Aquest canvi implicarà més que una actualització al-nivell de procés de fabricació -, sinó que suposarà una remodelació fonamental de l'estructura de la cadena de subministrament i l'organització de la producció de la indústria de l'automoció tradicional, s'allunyarà d'un model basat en una producció estandarditzada a gran-escala i inversió en eines centralitzades, cap a un model de fabricació i transformació digital més flexible, distribuït i{8}.

Mitjançant l'escurçament dels cicles de desenvolupament, la reducció dels costos de producció i la possibilitat de dissenys complexos, la impressió 3D s'ha convertit en un motor central de la innovació en la fabricació d'automòbils. A mesura que continuen els avenços en la ciència dels materials i l'automatització, l'era del vehicle totalment imprès en 3D s'acosta - aportant a la indústria una eficiència i un potencial de personalització sense precedents. Des de la ràpida iteració durant la validació de prototips, fins a actualitzacions lleugeres d'eines de producció, fins a la fabricació de peces personalitzades i d'ús-sub demanda-, fins a la visió futura d'un vehicle totalment imprès, la impressió 3D està remodelant sistemàticament totes les etapes de la fabricació d'automòbils, impulsant tota la indústria cap a una major eficiència i flexibilitat personals.