A Fraunhofer Institute for Additive Production Technology (IAPT) megmutatta, hogy a 3D nyomtatás hogyan javíthatja a műszaki teljesítményt és a gyártási költségeket a luxus sportautók ajtózsanérjainak újratervezésével.
Az alkatrész újratervezési projektje során az IAPT mérnökei mindent optimalizáltak az ajtózsanérok geometriájától kezdve az építési tájoláson át a folyamatparaméterekig, hogy maximalizálják a költség- és súlymegtakarítást.
Végső soron ennek a munkának az a célja, hogy rávilágítson azokra a kevésbé nyilvánvaló tényezőkre, amelyek a 3D nyomtatott alkatrészek költségeit befolyásolják, nem csak maguknak az alkatrészeknek a geometriáját.
Egyszerűsítse az autógyártást
Az autóipar egyike azon iparágaknak, amelyek az évek során felkarolták az additív gyártást, és a technológiát különféle alkalmazásokhoz használták fel. A mai napig azonban sok felhasználási eset a kis tételekre korlátozódott, mivel a 3D nyomtatás még nem biztosította a hagyományos autóipari gyártási technológiák teljesítményét - anélkül, hogy egyidejűleg alacsonyan tartotta volna az egyes alkatrészek költségeit. Így a Fraunhofer-projekt azt mutathatja, hogy a technológia egésze jelenleg kihasználatlan az autóiparban, és hogy a nagy volumenű sorozatgyártási alkalmazások még gyerekcipőben járnak.
Az első kialakult felhasználási eset a gyors prototípus-készítés, mivel egy új modell fejlesztési fázisa akár öt évig is eltarthat. A K+F során elkerülhetetlenül számos alkatrész-prototípust fejlesztenek ki és tesztelnek, ami gyors tervezési iterációkat jelent minimális átfutási idővel: ez az additív gyártás egyik fő értékesítési pontja.
Az autógyártók 3D nyomtatott gyártási eszközöket is használnak, például jigeket és szerelvényeket, hogy segítsék a gyártási és összeszerelési munkafolyamatokat. Még az utángyártott részekben is vannak potenciális alkalmazások, amelyeket egykor öntöttek, de mára elavultak. A 3D nyomtatás dinamikus és rugalmas jellege lehetővé teszi az alkatrész-beszállítók számára, hogy igény szerint nyomtassanak, teljesen kiküszöbölve a fizikai alkatrészkészlet szükségességét.
3D nyomtatott ajtózsanérok
Mielőtt bármilyen tervezési munkát elkezdtek volna, a Fraunhofer mérnökei a 3D Spark, az IAPT spin-off által kifejlesztett alkatrészszűrő szoftver segítségével azonosították a demonstrációs vizsgálatokra alkalmas autóalkatrészeket.
A projekt korai szakaszában a csapat először azonosította az építőteremben lévő összetevők legköltséghatékonyabb orientációját. A mérnökök figyelembe vették a szükséges tartószerkezeteket, és azt, hogy hány alkatrészt tudnak elhelyezni egyetlen épületben. Ez a kezdeti tájolásoptimalizálási lépés 15%-os költségmegtakarítást eredményezett a 3D nyomtatott buildhez képest, ilyen megfontolások nélkül.
Ezután maga a csuklópánt kar topológiai optimalizálása. A felesleges anyag eltávolításával és az alkatrésznek csak az erőáramlás szimulálásához szükséges részeinek megerősítésével a mérnökök 35 százalékkal tudták csökkenteni a csuklópánt karjának súlyát. A későbbi anyagmegtakarítás és a rövidebb nyomtatási idő további 20%-os költségmegtakarítást eredményezett.
A Fraunhofer csapata további költségmegtakarításokat is kiszámított az utófeldolgozás csökkentésével (a tartószerkezetek csökkentésével) és a legjobb fémpor anyag kiválasztásával kapcsolatban: egyenként 10% -ot.
Érdekes módon a tanulmány megállapította, hogy még a 3D nyomtatási folyamatban használt építési paraméterek is hozzájárulnak a potenciális költségmegtakarításhoz. Például a vastagabb rétegek, a gyorsabb szkennelési sebesség és a lézersugárprofil deformációja mind segítenek csökkenteni az építési időt, további 15%-kal csökkentve a nyomtatási költségeket.
Végső soron ez a költségközpontú tervezési megközelítés lehetővé tette az IAPT mérnökei számára, hogy 3D-ben 80%-kal alacsonyabb költséggel nyomtassák ki a zsanért, mint a 3D-nyomtatott megfelelője, azonos optimalizálás nélkül. CNC-vel őrölt társaikhoz képest a projekt 50% -os, illetve 35% -os költség- és súlymegtakarítást ért el.