3D-друк у виробництві авто: перед стрибком у серійне виробництво

Автомобільна промисловість вже багато років покладає великі надії на 3D-друк. Процес ще не перейшов у масове виробництво. Але він постійно розвивається – і в майбутньому буде використовуватися для платформи BMW “Новий Клас“.

Майже кожен автовиробник вже використовує адитивне виробництво, широко відоме як 3D-друк – принаймні у виробництві прототипів або при виготовленні інструментів. Автомобільній промисловості все ще складніше друкувати серійні компоненти для транспортних засобів. Це пов’язано з тим, що адитивні процеси не призначені для великих обсягів виробництва. Однак їхні переваги настільки великі, що виробники та постачальники докладають усіх зусиль, щоб зробити їх придатними для серійного виробництва. Це пов’язано з тим, що адитивні процеси можна використовувати для виробництва компонентів, які неможливо виготовити за допомогою лиття, кування або механічної обробки – наприклад, компонентів з порожнинами або внутрішніми надрізами. Це означає, що матеріал може бути використаний саме там і тільки там, де він потрібен для забезпечення необхідної несучої здатності. Це робить деталі легшими – і забезпечує майже безмежну свободу дизайну. Однак 3D-друк є повільним і поки що підходить не для всіх матеріалів.

Щоб пришвидшити 3D-друк, BMW, наприклад, працює над впровадженням у серійне виробництво технології адитивного виробництва дротяною дугою (WAAM). Цей процес дозволяє відносно швидко виготовляти, зокрема, великі металеві компоненти. У більшості інших процесів 3D-друку металів компоненти складаються з дуже тонких шарів металевого порошку, що дозволяє створювати дуже тонкі структури, але займає багато часу. У WAAM робот розміщує більш-менш товсті дроти, наприклад, з алюмінію, один на одного, які потім послідовно сплавляються з нижчим шаром дроту за допомогою електричної дуги.

Це дає змогу отримати товщину стінок, яка, за словами BMW, добре поєднується з компонентами кузова, приводу та шасі. Одним з прикладів застосування, яке вже реалізовано, є розпірка стійок. Деталі, виготовлені з використанням WAAM, будуть випробувані на автомобілях “в осяжному майбутньому”. Той факт, що поверхні деталей злегка хвилясті, оскільки вони виготовлені з дроту, не впливає на їхню міцність. BMW спочатку планує централізоване виробництво на своєму кампусі адитивного виробництва в Обершляйсхаймі, згодом хоче поширити цей процес на інші місця або постачальників “в майбутньому”. Можна навіть припустити, що за допомогою цього процесу можна буде виробляти компоненти безпосередньо на конвеєрі. У Обершляйсгаймі виробник також продовжує розвивати класичні процеси, такі як лазерне зварювання металевими порошками.

Задній ліхтар з 3D-принтера

З 2018 року Volkswagen також має центр 3D-друку у Вольфсбурзі для подальшого розвитку процесів і навчання співробітників їх використанню. Наприклад, інженери виготовили тестові деталі для передньої стійки, використовуючи струменевий в’яжучий процес. У цьому процесі шари металевого порошку утримуються разом не за допомогою лазерного тепла, а спочатку за допомогою клею. Лише після цього компонент нагрівається таким чином, що створюється стабільна металева структура.

Інші розробки, наприклад, в Інституті лазерних технологій Фраунгофера (ILT), спрямовані на те, щоб зробити більше металів придатними для 3D-друку. Наприклад, вони зробили високошвидкісне лазерне плакування придатним для важкозварюваних інструментальних сталей, титану, алюмінію і сплавів на основі нікелю. Інший підхід полягає в тому, що під час адитивного виробництва в компоненти вставляються датчики, які друкуються безпосередньо на компонентах, так би мовити. Пізніше датчики можуть надавати дані про навантаження, яким піддаються компоненти.

Коли йдеться про великі обсяги, адитивне виробництво пластмас вже є більш досконалим, ніж 3D-друк металами. Наприклад, BMW нещодавно оголосила, що компоненти для задніх ліхтарів “Нового класу” будуть виготовлятися за допомогою 3D-друку.