Fraunhofera piedevu ražošanas tehnoloģiju institūts (IAPT) ir parādījis, kā 3D drukāšana var uzlabot tehnisko veiktspēju un ražošanas izmaksas, pārveidojot luksusa sporta automašīnu durvju eņģes.
Daļu pārprojektēšanas projekta laikā IAPT inženieri optimizēja visu, sākot no durvju eņģu ģeometrijas līdz konstrukcijas orientācijai un procesa parametriem, lai palielinātu izmaksu un svara ietaupījumu.
Galu galā šī darba mērķis ir izgaismot mazāk acīmredzamos faktorus, kas ietekmē 3D drukāto detaļu izmaksas, nevis tikai pašu komponentu ģeometriju.
Vienkāršojiet automašīnu ražošanu
Automobiļu rūpniecība ir viena no daudzajām nozarēm, kas gadu gaitā ir izmantojušas piedevu ražošanu, izmantojot tehnoloģiju dažādiem lietojumiem. Tomēr līdz šim daudzi lietošanas gadījumi ir aprobežoti ar nelielām partijām, jo 3D drukāšana vēl nav nodrošinājusi tradicionālo automobiļu ražošanas tehnoloģiju caurlaidspēju, vienlaikus saglabājot zemas katras daļas izmaksas. Tādējādi Fraunhofer projekts var parādīt, ka tehnoloģija kopumā pašlaik automobiļu nozarē netiek izmantota un ka liela apjoma sērijveida ražošanas lietojumi joprojām ir sākuma stadijā.
Pirmais noteiktais lietošanas gadījums ir ātrā prototipēšana, jo jauna modeļa izstrādes fāze var ilgt pat piecus gadus. Pētniecības un izstrādes laikā neizbēgami tiek izstrādāti un pārbaudīti vairāki detaļu prototipi, kas nozīmē ātras projektēšanas iterācijas ar minimālu izpildes laiku: tas ir viens no galvenajiem piedevu ražošanas pārdošanas punktiem.
Autoražotāji izmanto arī 3D drukātus ražošanas rīkus, piemēram, džigas un armatūru, lai palīdzētu ražošanas un montāžas darbplūsmās. Ir pat potenciāli pielietojumi pēcpārdošanas daļām, kas kādreiz tika izlietas, bet tagad ir novecojušas. 3D drukāšanas dinamiskais un elastīgais raksturs ļauj detaļu piegādātājiem drukāt pēc pieprasījuma, pilnībā novēršot vajadzību pēc fizisko komponentu uzskaites.
3D drukātas durvju eņģes
Pirms jebkāda projektēšanas darba uzsākšanas Fraunhofer inženieri izmantoja detaļu pārbaudes programmatūru, ko izstrādāja 3D Spark, IAPT atdalītais uzņēmums, lai identificētu demonstrācijas pētījumiem piemērotas automašīnu daļas.
Projekta sākumposmā komanda vispirms noteica visrentablāko komponentu orientāciju būvniecības telpā. Inženieri apsvēra nepieciešamās atbalsta konstrukcijas un to, cik daudz detaļu tās varētu ievietot vienā korpusā. Šis sākotnējās orientācijas optimizācijas solis nodrošināja 15 procentu izmaksu ietaupījumu salīdzinājumā ar 3D drukātu būvējumu bez šādiem apsvērumiem.
Nākamā ir pašas eņģes sviras topoloģijas optimizācija. Noņemot nevajadzīgo materiālu un nostiprinot tikai tās daļas, kas nepieciešamas, lai modelētu spēka plūsmu, inženieri spēja samazināt eņģes sviras svaru par 35 procentiem. Sekojošie materiālu ietaupījumi un īsāki drukāšanas laiki radīja papildu izmaksu ietaupījumus par 20 procentiem.
Fraunhofer komanda arī aprēķināja papildu izmaksu ietaupījumus, kas saistīti ar pēcapstrādes samazināšanu (samazinot atbalsta konstrukcijas) un izvēloties darbam vislabāko metāla pulvera materiālu: katrs 10 procenti.
Interesanti, ka pētījums atklāja, ka pat 3D drukāšanas procesā izmantotie uzbūves parametri veicina iespējamo izmaksu ietaupījumu. Piemēram, biezāki slāņi, ātrāks skenēšanas ātrums un lāzera stara profila deformācija palīdz samazināt izgatavošanas laiku, samazinot drukāšanas izmaksas vēl par 15 procentiem.
Galu galā šī uz izmaksām orientētā dizaina pieeja ļāva IAPT inženieriem 3D drukāt viru par 80 procentiem zemākām izmaksām nekā 3D drukātais līdzinieks bez tādas pašas optimizācijas. Salīdzinot ar CNC frēzēšanas līdziniekiem, projekts panāca izmaksu un svara ietaupījumu attiecīgi par 50 procentiem un 35 procentiem.