В силу все большего распространения концепции организации производственной деятельности «Industrial 4.0 concept» в последние годы, 3D-печать, как основное средство революционной технической поддержки производства, которое уже заняло свою нишу на рынке, применяется во многих отраслях производственной деятельности. Отрасль автомобилестроения и производства запчастей является передовой областью применения технологий 3D-печати. Преимущества технологий 3D-печати заключается в том, что она позволяет исключить этап разработки пресс-форм для сложных сборок металлических деталей, сократить цикл разработки новой продукции, сэкономить трудозатраты, финансовые ресурсы и время. К тому же, технологии 3D-печати позволяют изготавливать металлические детали, имеющие механические свойства и точность, не уступающие штампованным деталям, обеспечивая тем самым точность и прочность, предъявляемые к деталям автомобиля.

Фактически, 3D-печать не является новой концепцией, ее история насчитывает около трех десятилетий, однако появление автомобиля, напечатанного на 3D-принтере произошло относительно недавно. Автомобиль, собранный в первой половине 2013 года, получил имя Urbee 2. Проект по сборке его предшественника, Urbee, был запущен в 2010 году, но в силу различных обстоятельств, возникших на тот момент, проект так и остался на стадии концепции. Urbee 2 состоит более чем из 50 компонентов, напечатанных на 3D принтер, но, если сравнивать его с машинами, производимыми традиционным способом, этот автомобиль очень упрощен. Помимо шасси/систем двигателя и электрооборудования, еще более 50% деталей напечатаны из пластика ABS. Авторы сообщают, что время производства Urbee 2 составило 2500 часов. Так, что процесс печати такой машины должен занимать более 100 дней и продолжаться круглые сутки.

1.    Для конструирования;

2.    Прямое производство сложных деталей;

3.    Производство лекговесных компонентов автомобиля;

4.    Индивидуальное производство специальных деталей и оборудования для тестов;

5.    Производство моделей машин.

Основные типы технологий 3D-печати (аддитивного производства)

Обычно, во время планирования конструкции автомобиля, проектировщику необходимо начать с чертежей, а затем использовать конструкторское ПО для представления внешнего вида машины в качестве точных данных и создания 3D-модели. Если возможности 3D-печати недоступны, то следующим шагом будет создание черновой модели.

Вначале конструктор подобно плотнику строит каркас машины, а затем как каменщик, смешав тальк, вазелин и промышленный воск для того, чтобы сделать черновую модель на основе каркаса, и в завершении, подобно художнику, он придает окончательную форму модели, чтобы можно было проверить ее соответствие модели, созданной на бумаге или в конструкторском ПО. Процесс до сих пор выполняется вручную, и занимает много времени и сил. Использование 3D-печати позволяет конструкторам загружать 3D-модели, созданные на компьютере в 3D-принтер, и вскоре, когда принтеры смогут печать черновые модели, эффективность значительно увеличится. Один шаг навстречу новой эре. Этот процесс позволит печатать не только корпус, но и коробку передач, приборную панель, бардачок, ручки дверей.

Возможности 3D-печати позволяют инженерам выполнять разработку моделей на компьютере, и получать полную напечатанную модель за считанные минуты, а затем каждый специалист из команды разработчиков сможет внести свои поправки и поделиться этими улучшениями со своими коллегами, работая по принципу «что видишь, то и получаешь», давая тем самым значительный прирост мощности процессу разработки автомобиля.

Огромнейшее преимущество 3D-печати заключается в возможности быстрого и простого изготовления высокоточных сложных деталей, а таких сложных и мелких деталей в конструкции автомобиля достаточно много. 3D-печати позволяет напрямую печатать детали, необходимые для Формулы 1, автомобилей класса «люкс» и деталей суперкаров, значительно снизив их стоимость.

Однако, для деталей, предполагающих массовое производство, в силу стоимости материалов и производственных затрат, 3D-печать не будет целесообразным решением. Однако, 3D-печать дает широкие возможности для изготовления деталей сложных конструкций, а также с высокими требованиями к точности и калибровке. Благодаря 3D-печати становится возможным изготовить партия значительно отличающихся тестовых деталей, что поможет определить наиболее подходящую деталь для производства, тем самым значительно сократив этап разработки и весь производственный цикл и снизив затраты. Таким образом производят детали, производственный процесс для которых предполагает изготовление прототипа: выхлопную систему, корпус дифференциала, задний мост и другие. Следовательно, 3D-печать может существенно снизить затраты на разработку автомобиля, а также улучшить производственный процесс, сократить время разработки новых деталей и автомобилей, что влечет за собой увеличения предложения на рынке автомобилей и запчастей к ним, а значит преимущества использования 3D-печати в производственном процессе оценят и покупатели.

Данные, приведенные ниже описывают процесс изготовления прототипа покрышки по индивидуальному заказу Bentley, колесо и покрышка изготавливаются одновременно, сразу в оригинальном размере 1:1; Наименование материала: VeroGrey; Время печати: 188 часов 28 минут; Расход материала: 24995 г; Расход материала опоры: 27413 г.

Основа автомобильного коврика выполнена их жесткого пластика, поверх него - гибкий слой резины. Для габаритных изделий с размерами, например, 1000x800x500 мм, отлично подходит принтер iiSLA1100. Ему под силу напечатать не только автомобиль в размерах 1:1, но и прототипы для аэрокосмической отрасли, опять же, позволяя существенно снизить затраты.

Корпус машины печатается цельной деталью. Сидения снимаются, и дают покупателям возможность выбрать цвета и материалы интерьера по своему вкусу. Для производства фар, зеркал ветровиков и электрических компонентов в материал печати добавляют углеродные волокна для усиления прочности, стремясь достигнуть баланса между инновациями, сложностью и практичностью.

Основные компоненты автомобиля Blade выполнены из алюминиевого сплава и углеродных волокон, машина очень легкая, и развивает высочайшую скорость - она быстрее, чем P1 от McLaren, а соотношение мощности и массы у нее в два раза больше, чем у Bugatti Veyron. Она может разгоняться от 0 до 60 миль в час всего за 2,2 секунды (у McLaren P1 - 2,8 секунды). Весит всего 1 400 фунтов и имеет 4-цилиндровый двухтопливный двигатель внутреннего сгорания в 700 лс, работающий как на бензине, так и на сжатом природном газе. Шасси насчитывает около 70 алюминиевых узлов, напечатанных на 3D-принтере, рабочим требуется всего 30 минут чтобы собрать его вручную. Само шасси весит 61 фунт.

Концерн Toyota совместно с компанией Materialise разработали автомобильное сидение, которое стало еще более легким и удобным, чем прежде. Сидение выполнено с полыми областями, что дает сразу несколько преимуществ. С одной стороны, создается большее охлаждение. С другой стороны, это позволяет сэкономить немало материала. Фактически, вес сидения был снижен до 72%, теперь оно на 18 кг легче оригинальной конструкции.

Блок двигателя

Европейской команде по гоночному спорту удалось улучшить производительность двигателя своего гоночного автомобиля благодаря 3D-печати. Проектом занималась компания FIT Technology Group в Санта Кларе, Калифорния, они разработали новую крышку цилиндра двигателя используя технологию SLM (Selective Laser Melting - Выборочной лазерной плавки). Именно эта технология позволила значительно увеличить площадь поверхности области рассеивания тепла, снизив при этом вибрации и вес. В результате удалось снизить вес крышки цилиндра на 66%, с 5095 г до 1755 г, и уменьшить объем с 1887 куб. см до 650 куб. см, при этом площадь поверхности крышки цилиндра увеличилась с 823 кв. см до 6052 кв. см, сложная структура реализована в основном с использованием кристаллической структуры, что дало большую эффективность охлаждения, которая так важная для эффективной работы гоночного автомобиля в целом.

Насосное колесо

Эти запчасти изготовлены по технологии SLM, она позволяет сразу изготавливать изделия из металлического порошка, деталь установлена в трансмиссии гоночного автомобиля BMW DTM. В итоге, в BMW смогли достаточно быстро разработать насосное колесо, и в случае необходимости, его конструкцию можно будет легко скорректировать, ведь для этого не требуется производство форм. При таком подходе расходы на модификацию стремятся к нулю.

Система охлаждения

Последние 20 лет технологии разработки систем теплового обмена практически не прогрессировала, а традиционные методы производства, нацеленные на экономию материла, накладывают на работу таких систем множество ограничений. Благодаря разработке технологии 3D-печати SLM, теплообменники, напечатанные в 3D-принтерах, получили не только меньший вес, но и лучшую эффективность контакта и работы в целом.

Другие детали

Дерзко пытаются использовать 3D-печать и в Bentley, крепеж дверей концепт-кара Speed 6 напечатан из металла в 3D-принтере, его полая структура напоминает британский флаг.