מכון Fraunhofer for Additive Production Technology (IAPT) הראה כיצד הדפסת תלת מימד יכולה לשפר את הביצועים הטכניים ועלויות הייצור על ידי עיצוב מחדש של צירי הדלת של מכוניות ספורט יוקרתיות.
במהלך פרויקט התכנון מחדש של החלקים, מהנדסי IAPT ביצעו אופטימיזציה של הכל, החל מהגיאומטריה של צירי הדלת ועד לכיוון הבנייה ופרמטרי התהליך כדי למקסם את החיסכון בעלויות ובמשקל.
בסופו של דבר, עבודה זו שואפת לשפוך אור על הגורמים הפחות ברורים המשפיעים על העלות של חלקים מודפסים בתלת מימד, לא רק על הגיאומטריה של הרכיבים עצמם.
פשט את ייצור המכוניות
תעשיית הרכב היא אחת מתעשיות רבות שאימצו ייצור תוסף לאורך השנים, תוך שימוש בטכנולוגיה למגוון יישומים. עם זאת, עד כה, מקרי שימוש רבים הוגבלו לאצוות קטנות, שכן הדפסת תלת מימד עדיין לא סיפקה את התפוקה של טכנולוגיות ייצור רכב מסורתיות - מבלי להפחית בו זמנית את העלות של כל חלק. לפיכך, פרויקט Fraunhofer עשוי להראות כי הטכנולוגיה בכללותה אינה מנוצלת כיום במגזר הרכב וכי יישומי ייצור סדרות בנפח גבוה עדיין בחיתולים.
מקרה השימוש הראשון שהוקם הוא אב טיפוס מהיר, שכן שלב הפיתוח של דגם חדש יכול להימשך עד חמש שנים. במהלך מחקר ופיתוח, מפותחים ונבדקים בהכרח כמה אבות טיפוס של חלקים, מה שאומר חזרות עיצוב מהירות עם זמני אספקה מינימליים: זו אחת מנקודות המכירה העיקריות של ייצור תוסף.
יצרניות רכב משתמשות גם בכלי ייצור מודפסים בתלת מימד, כגון ג'יג'ים ומתקנים, כדי לסייע בתהליכי ייצור והרכבה. ישנם אפילו יישומים פוטנציאליים בחלקי אפטר-מרקט שפעם נוצקו אך כיום מיושנים. האופי הדינמי והגמיש של הדפסת תלת מימד מאפשר לספקי חלקים להדפיס לפי דרישה, ומבטל לחלוטין את הצורך במלאי רכיבים פיזיים.
צירי דלת מודפסים בתלת מימד
לפני תחילת עבודת תכנון כלשהי, מהנדסי Fraunhofer השתמשו בתוכנת סינון חלקים שפותחה על ידי 3D Spark, ספין-אוף של IAPT, כדי לזהות חלקי רכב המתאימים למחקרי הדגמה.
בשלבים המוקדמים של הפרויקט, הצוות זיהה לראשונה את האוריינטציה המשתלמת ביותר עבור הרכיבים בחדר הבנייה. מהנדסים שקלו את מבני התמיכה הדרושים, וכמה חלקים הם יכולים להתאים למבנה אחד. שלב אופטימיזציה ראשוני זה של האוריינטציה הביא לחיסכון של 15 אחוז בעלויות בהשוואה למבנה מודפס בתלת מימד ללא שיקולים כאלה.
הבא הוא אופטימיזציה של טופולוגיה של זרוע הציר עצמה. על ידי הסרת חומר מיותר וחיזוק רק חלקי החלק הדרושים כדי לדמות זרימת כוח, הצליחו המהנדסים להפחית את משקל זרוע הציר ב-35 אחוזים. חיסכון בחומר לאחר מכן וזמני הדפסה קצרים יותר הביאו לחיסכון נוסף של 20 אחוז בעלויות.
צוות Fraunhofer חישב גם חיסכון נוסף בעלויות הקשורות לצמצום העיבוד לאחר (על ידי צמצום מבני התמיכה) ובחירת חומר אבקת המתכת הטוב ביותר עבור העבודה: 10 אחוז כל אחד.
מעניין לציין כי המחקר מצא שאפילו פרמטרי הבנייה המשמשים בתהליך ההדפסה התלת מימדית תורמים לחיסכון פוטנציאלי בעלויות. לדוגמה, שכבות עבות יותר, מהירויות סריקה מהירות יותר ועיוות של פרופיל קרן הלייזר, כולם עוזרים להפחית את זמני הבנייה, ולהפחית את עלויות ההדפסה ב-15 אחוזים נוספים.
בסופו של דבר, גישת עיצוב ממוקדת עלות זו אפשרה למהנדסי IAPT להדפיס את הציר בתלת-ממד בעלות נמוכה ב-80 אחוזים מאשר המקבילה המודפסת בתלת-ממד ללא אותה אופטימיזציה. בהשוואה למקביליהם שנכרזו ב-CNC, הפרויקט השיג חיסכון בעלויות ומשקל של 50 אחוז ו-35 אחוז, בהתאמה.