การพิมพ์ 3 มิติในอุตสาหกรรมยานยนต์: ปฏิวัติการผลิตรถยนต์

การพิมพ์ 3 มิติในอุตสาหกรรมยานยนต์: ปฏิวัติการผลิตรถยนต์

บทนำ: การเปลี่ยนเกียร์ของการผลิต

คุณเคยหยุดคิดเกี่ยวกับสิ่งที่ต้องใช้ในการสร้างรถสมัยใหม่หรือไม่? มันเป็นซิมโฟนีของการปั๊มการเชื่อมการคัดเลือกนักแสดงและการตัดเฉือน - กระบวนการที่เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมมานานกว่าหนึ่งศตวรรษ พวกเขาน่าเชื่อถือ แต่ก็ช้าและมีราคาแพงในการตั้งค่าและ จำกัด โดยเนื้อแท้เมื่อพูดถึงการออกแบบ

แต่โลกยานยนต์เป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญ ต้องเผชิญกับความต้องการอย่างไม่หยุดยั้ง ยานพาหนะที่เบากว่าวงจรการพัฒนาที่เร็วขึ้นและการออกแบบที่ปรับแต่งแบบปรับขนาดได้มากขึ้น วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมกำลังเริ่มสพล ๆ

เข้า การพิมพ์ 3 มิติ หรือเป็นวิศวกรเรียกมันว่า การผลิตสารเติมแต่ง (อันM) .

นี่ไม่ได้เกี่ยวกับการพิมพ์เครื่องประดับเล็ก ๆ อีกต่อไป AM กำลังเปลี่ยนจากเคล็ดลับการสร้างต้นแบบที่เรียบร้อยให้กลายเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่น่าเกรงขามซึ่งสร้างอนาคตของการเคลื่อนไหวอย่างแข็งขัน ในการเรียกร้องโลกที่มีเดิมพันสูงของการผลิตรถยนต์การพิมพ์ 3 มิติไม่ได้เป็นตัวเลือกที่ "ดีที่มี" อีกต่อไป-มันกลายเป็นอย่างรวดเร็ว ต้องมีข้อได้เปรียบ .

บทความนี้จะสำรวจว่าการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์กำหนดทุกอย่างใหม่ตั้งแต่จิ๊กง่าย ๆ บนพื้นโรงงานไปจนถึงส่วนโลหะที่ซับซ้อนในเครื่องยนต์ของคุณเผยให้เห็นพลังที่แท้จริงที่อยู่เบื้องหลังการปฏิวัติการผลิตนี้

---

การพิมพ์ 3 มิติคืออะไร? (ไพรเมอร์ด่วน)

ก่อนที่เราจะพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการพิมพ์ 3 มิติกำลังสร้าง BMW หรือฟอร์ดต่อไปให้แน่ใจว่าเราทุกคนอยู่ในหน้าเดียวกันเกี่ยวกับเทคโนโลยีเอง

ความแตกต่างพื้นฐาน: สารเติมแต่งเทียบกับลบ

นึกถึงการผลิตรถยนต์แบบดั้งเดิม (การตัดเฉือนการกัด) เป็น การผลิตเชิงลบ - คุณเริ่มต้นด้วยวัสดุขนาดใหญ่ (บิลเล็ต) และตัดเจาะหรือแกะสลักทุกสิ่งที่คุณ อย่า ต้องการจนกว่าคุณจะเหลือส่วนสุดท้าย มันมีประสิทธิภาพ แต่มันสร้างของเสียจำนวนมาก

การพิมพ์ 3 มิติ, conversely, is Additive Manufacturing. มันตรงกันข้ามอย่างแท้จริง คุณเริ่มต้นด้วยสิ่งใดและสร้างส่วนขึ้นโดยเลเยอร์ด้วยเลเยอร์กล้องจุลทรรศน์ที่จำเป็นต้องใช้วัสดุตามแบบจำลอง 3D ดิจิตอล วิธีการนี้ "ใช้สิ่งที่คุณต้องการ" นี้เป็นแหล่งที่มาของผลประโยชน์การปฏิวัติหลายอย่างโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านต้นทุนและประสิทธิภาพของวัสดุ

---

กระบวนการพิมพ์ 3 มิติทั่วไปที่ใช้ในยานยนต์

คำว่า "การพิมพ์ 3 มิติ" ครอบคลุมครอบครัวเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมยานยนต์ใช้ผู้เล่นหลักหลายคนขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาต้องการต้นแบบพลาสติกอย่างรวดเร็วหรือส่วนประกอบโลหะโครงสร้าง:

ประมวลผลคำย่อ	ชื่อเต็ม	โฟกัสวัสดุ	มันทำงานอย่างไร (ส่วนสำคัญ)	ดีที่สุดสำหรับยานยนต์ ...
FDM	การสร้างแบบจำลองการสะสมแบบหลอมรวม	Thermoplastics (โพลีเมอร์)	หลอมละลายและอัดเส้นใยพลาสติกชั้นสร้างชั้นโดยเลเยอร์เหมือนปืนกาวร้อนที่แม่นยำมาก	ต้นแบบที่รวดเร็วราคาถูกและอุปกรณ์จับยึด/ติดตั้งที่เรียบง่าย
SLA	stereolithography	เรซิน Phoถึงpolymer	ใช้เลเซอร์เพื่อรักษาเรซินของเหลวลงในวัตถุที่เป็นของแข็ง เป็นที่รู้จักสำหรับรายละเอียดสูงและพื้นผิวที่ราบรื่น	การสร้างต้นแบบที่แม่นยำสูงแบบจำลองการออกแบบที่ซับซ้อน
SLS	การเผาเลเซอร์แบบเลือก	ผงไนล่อน (พอลิเมอร์)	ใช้เลเซอร์พลังสูงเพื่อหลอมรวมอนุภาคผงละเอียดเข้าด้วยกันชั้นโดยชั้น ความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยม	ต้นแบบการทำงานและชิ้นส่วนที่ใช้ปลายทาง (เช่นท่อ HVAC- การตกแต่งภายใน)
MJF	Multi Jet Fusion (HP)	ผงไนล่อน (พอลิเมอร์)	ใช้ระบบเจ็ทเอเจนต์รวมกับโคมไฟทำความร้อนเพื่อหลอมรวมชั้นผงอย่างรวดเร็ว เป็นที่รู้จักสำหรับความเร็วและระดับเสียง	การใช้เครื่องมือชิ้นส่วนการใช้งานระดับเสียงต่ำถึงกลาง (เช่นช่องระบายอากาศที่กำหนดเองอ่างเก็บน้ำของเหลว)
DMLS	การเผาเลเซอร์โลหะโดยตรง	ผงโลหะ (อลูมิเนียม, เหล็ก, ไทเทเนียม)	คล้ายกับ SLS แต่ใช้เลเซอร์ที่ทรงพลังเพื่อละลายและหลอมรวมผงโลหะละเอียด	ส่วนประกอบโครงสร้างชิ้นส่วนเครื่องยนต์เครื่องมือประสิทธิภาพสูง

วัสดุ: เราพิมพ์อะไรด้วย?

วัสดุที่มีอยู่ในปัจจุบันคือสิ่งที่เปิดประตูอย่างแท้จริงสำหรับการพิมพ์ 3 มิติในแอพพลิเคชั่นยานยนต์ที่จริงจัง

• โพลีเมอร์ (พลาสติก): นอกเหนือจากพลาสติกพื้นฐานเรากำลังพูดถึงเกรดอุตสาหกรรมไนลอนที่ทนไฟเปลวไฟโพลีคาร์บอเนตและเรซินเฉพาะที่สามารถทนต่อความร้อนการสั่นสะเทือนและการสัมผัสกับรังสียูวีที่จำเป็นในยานพาหนะ

• คอมโพสิต: เหล่านี้คือโพลีเมอร์ที่เสริมด้วยเส้นใยโดยทั่วไป คาร์บอนไฟเบอร์ - วัสดุเหล่านี้มีความสำคัญต่อการบรรลุเป้าหมาย การมีน้ำหนักเบา เป้าหมายที่นำเสนอความแข็งแรงของโลหะที่น้ำหนักเพียงเศษเสี้ยว - สมบูรณ์แบบสำหรับสิ่งที่แนบมากับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าและสปอยเลอร์อากาศพลศาสตร์

• โลหะ: เกมเปลี่ยน การใช้เทคโนโลยีเช่น DMLS ผู้ผลิตสามารถพิมพ์โลหะผสมอลูมิเนียม (เหมาะสำหรับการกระจายความร้อน) สแตนเลสและไทเทเนียมสำหรับชิ้นส่วนที่มีความสำคัญต่อภารกิจเช่นส่วนประกอบไอเสียวงเล็บพิเศษหรือแม้กระทั่งองค์ประกอบของเครื่องยนต์บางอย่าง

ด้วยชุดรากฐานนี้ตอนนี้เราสามารถขอบคุณ ทำไม บริษัท รถยนต์กำลังลงทุนอย่างมากในเทคโนโลยีนี้ - ไม่ใช่แค่ความเร็ว แต่เป็นเรื่องเกี่ยวกับ ความเป็นไปได้ของวัสดุ และ ออกแบบเสรีภาพ โลหะและคอมโพสิตนั้นอนุญาต

แอพพลิเคชั่นการพิมพ์ 3 มิติในอุตสาหกรรมยานยนต์: ที่ที่ยางตรงกับถนน

พลังที่แท้จริงของการพิมพ์ 3 มิตินั้นไม่ได้อยู่ในความสามารถในการสร้างเลเยอร์สิ่งต่าง ๆ โดยเลเยอร์เท่านั้น ความอเนกประสงค์ ตลอดวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ทั้งหมด - จากภาพร่างแรกสุดไปจนถึงชิ้นส่วนอะไหล่สุดท้ายหลายทศวรรษต่อมา สำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ AM เป็นเครื่องมือหลายอย่างที่อยู่ห้าพื้นที่หลัก:

1. การสร้างต้นแบบ: เร่งการแข่งขันการออกแบบ

นี่คือแอปพลิเคชัน OG เหตุผลที่ 3D เครื่องพิมพ์ที่ป้อนครั้งแรกที่ป้อน R&D Labs

• ต้นแบบที่เร็วขึ้นและประหยัดต้นทุน: ลองนึกภาพนักออกแบบสร้างการออกแบบช่องระบายอากาศใหม่ ตามเนื้อผ้าการสร้างเวอร์ชันทางกายภาพที่จำเป็นต้องส่งไฟล์ CAD ไปยังร้านขายเครื่องจักรตั้งค่าแม่พิมพ์หรือเครื่องมือและรอวันหรือสัปดาห์ ด้วยเครื่องพิมพ์ 3D อุตสาหกรรมที่ทันสมัย ​​(เช่นระบบ SLA หรือ MJF) วิศวกรนั้นสามารถมีต้นแบบที่มีความแม่นยำทางร่างกายและใช้งานได้บนโต๊ะทำงานของพวกเขา ค้างคืน .

• การทำซ้ำอย่างรวดเร็ว: การเร่งความเร็วนี้หมายความว่าวิศวกรสามารถทดสอบได้ มากกว่า การออกแบบ แทนที่จะทดสอบสองตัวเลือกการออกแบบสำหรับท่อร่วมที่ซับซ้อนพวกเขาสามารถทดสอบได้สิบ ข้อบกพร่องถูกค้นพบก่อนหน้านี้การออกแบบการทำซ้ำจะเร็วขึ้นและเวลาที่ใช้ในการล็อคในการออกแบบขั้นสุดท้ายจะลดลงอย่างมาก - การลดสัปดาห์สำคัญในรอบการพัฒนาผลิตภัณฑ์

• ตัวอย่าง: ผู้ผลิตรถยนต์พิมพ์แบบจำลองความงามแบบเต็มรูปแบบของแดชบอร์ด, ส่วนประกอบอากาศพลศาสตร์พร้อมด้วยลมพร้อมและแม้กระทั่งชิ้นส่วนที่ใช้งานได้และโหลดสำหรับการทดสอบระยะแรก

2. เครื่องมือ: อาวุธประสิทธิภาพลับ

ในขณะที่ต้นแบบได้รับพาดหัวพิมพ์ 3 มิติ เครื่องมือจิ๊กและอุปกรณ์ติดตั้ง เป็นฮีโร่ที่เงียบสงบเปลี่ยนประสิทธิภาพของสายการประกอบ สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ส่วนที่ไป เข้าไปข้างใน รถ แต่เป็นเอดส์ที่กำหนดเองที่ใช้ เพื่อสร้าง รถ.

• การปรับแต่งและการยศาสตร์: สายการประกอบเต็มไปด้วยงานซ้ำ ๆ และแม่นยำ การพิมพ์ 3 มิติช่วยให้ช่างเทคนิคสามารถสร้างเครื่องมือที่มีน้ำหนักเบาและติดตั้งได้อย่างรวดเร็ว (เช่นคู่มือสว่าน, จิ๊กการจัดตำแหน่งหรือการติดตั้งเซ็นเซอร์) ที่เหมาะกับรูปแบบของรถเฉพาะหรือแม้แต่มือของพนักงานที่เฉพาะเจาะจง

• การประหยัดต้นทุนและเวลา: ทำไมต้องใช้จ่ายหลายพันดอลลาร์และสัปดาห์การตัดเฉือนเกจตรวจสอบโลหะที่จะใช้สำหรับการผลิตที่ จำกัด เท่านั้น? โพลิเมอร์ที่พิมพ์ 3 มิติซึ่งมักจะเสริมด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (เช่นไนลอน 12 CF) สามารถมีค่าใช้จ่ายเศษส่วนและพิมพ์ในหนึ่งวันซึ่งนำไปสู่การลดลงอย่างมากในค่าใช้จ่ายและการหยุดทำงาน

3. ชิ้นส่วนการผลิต: ย้ายไปใช้ปลายทาง

นี่คือพรมแดนที่น่าตื่นเต้นที่สุด มันคือการเปลี่ยนแปลงจาก "3D พิมพ์ต้นแบบ" to "การพิมพ์ 3D เป็นส่วนหนึ่งที่จัดส่งในรถ"

• ยานพาหนะปริมาณต่ำและประสิทธิภาพ: สำหรับรถสปอร์ตไฮเปอร์คาร์หรือยานพาหนะไฟฟ้าที่มีจำนวนการผลิต จำกัด ต้นทุนของเครื่องมือแบบดั้งเดิมนั้นเป็นสิ่งต้องห้าม การพิมพ์ 3 มิติเป็นวิธีการผลิตชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพสูงที่ซับซ้อน (เช่นเคล็ดลับไอเสียไทเทเนียมช่องระบายความร้อนแบบพิเศษหรือวงเล็บโลหะที่ซับซ้อน) โดยไม่ต้องลงทุนในแม่พิมพ์หลายล้านดอลลาร์

• พลังของการรวมชิ้นส่วน: นี่เป็นข้อมูลเชิงลึกทางเทคนิคที่สำคัญ แอสเซมบลีแบบดั้งเดิมอาจต้องใช้ชิ้นส่วนที่แตกต่างกันหกชิ้นเชื่อมหรือหล่อ การพิมพ์ 3 มิติโดยเฉพาะ Metal AM (DMLs) ช่วยให้วิศวกรออกแบบฟังก์ชั่นทั้งหกฟังก์ชั่น ชิ้นเดียวที่ซับซ้อนเชิงเรขาคณิต - สิ่งนี้จะช่วยลดเวลาการประกอบลดจำนวนชิ้นส่วน (และความซับซ้อนของสินค้าคงคลัง) และมักจะส่งผลให้องค์ประกอบที่แข็งแรงและเบาลง

• ตัวอย่าง: ขณะนี้เจนเนอรัลมอเตอร์สรวมเอาส่วนประกอบการใช้งานปลายทาง 3 มิติกว่าหนึ่งร้อยตัวในยานพาหนะใหม่เช่น Cadillac Celestiq ตั้งแต่การตกแต่งด้วยเครื่องสำอางไปจนถึงวงเล็บโครงสร้าง

4. การปรับแต่งและการปรับแต่ง: ประสบการณ์ "รถของฉัน"

ตลาดกำลังเคลื่อนตัวออกไปจาก "การผลิตจำนวนมาก" และไปสู่ ​​"มวลชน การพิมพ์ 3 มิติเป็นเครื่องยนต์ของการเปลี่ยนแปลงนั้น

• องค์ประกอบภายในที่ไม่ซ้ำกัน: ต้องการชื่อของคุณที่แกะสลักเข้าไปในการตัดแต่งแดชบอร์ดหรือรูปแบบกราฟิกที่เฉพาะเจาะจงบนปุ่มเปลี่ยนเกียร์ของคุณ? การพิมพ์ 3 มิติทำให้เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ ผู้ผลิตรถยนต์สามารถเสนอแคตตาล็อกของตัวเลือกส่วนบุคคลหลายร้อยตัวเลือกโดยไม่ต้องเก็บสินค้าคงคลังขนาดใหญ่พิมพ์ ตามอุปสงค์ .

• หลังการขายและอุปกรณ์เสริม: ผู้ที่ชื่นชอบและจูนเนอร์ใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างช่องระบายอากาศที่กำหนดเององค์ประกอบของร่างกายภายนอกดัดแปลงหรือติดตั้งสำหรับเกจหลังการขาย - ระดับของการผลิตมวลแบบดั้งเดิมแบบดั้งเดิมไม่สามารถสัมผัสได้

5. อะไหล่และการซ่อมแซม: คลังสินค้าดิจิตอล

สำหรับรุ่นที่มีอายุมากกว่าหรือมีปริมาณต่ำสินค้าคงคลังอะไหล่เป็นฝันร้ายทางเศรษฐกิจ ผู้ผลิตต้องเดาความต้องการผลิตพิเศษและเก็บไว้เป็นเวลาหลายปี

• สินค้าคงคลังดิจิตอลตามความต้องการ: วิธีแก้ปัญหาคือ คลังสินค้าดิจิตอล - แทนที่จะเป็นชั้นวางทางกายภาพที่เต็มไปด้วยชิ้นส่วนที่ปกคลุมด้วยฝุ่นผู้ผลิตรถยนต์จะเก็บไฟล์ CAD ดิจิตอล เมื่อต้องการชิ้นส่วนที่หายาก-พูดหมวกพลาสติกเฉพาะสำหรับคลาสสิกอายุ 20 ปี-พวกเขาเพียงแค่ดาวน์โหลดไฟล์และพิมพ์ลงบนเครื่องพิมพ์อุตสาหกรรมที่ใกล้ที่สุด

• การรักษามรดกยานยนต์: นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการฟื้นฟูรถคลาสสิก ตัวอย่างเช่นปอร์เช่ใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อจัดหาชิ้นส่วนโลหะที่หายากเป็นพิเศษสำหรับรุ่นวินเทจที่เป็นสัญลักษณ์ของพวกเขาเพื่อให้มั่นใจว่ายานพาหนะเหล่านี้อยู่บนท้องถนนโดยไม่ต้องสร้างเครื่องมือที่มีราคาแพงและมีอายุมากหลายสิบปี

---

ส่วนที่สาม: ความจำเป็นทางธุรกิจ - ทำไมการผลิตสารเติมแต่งจึงจำเป็นสำหรับรถยนต์ในอนาคต

หากส่วนก่อนหน้านี้อธิบายแอปพลิเคชันที่แพร่หลายของการพิมพ์ 3 มิติคำถามสำหรับผู้บริหารและวิศวกรทุกคนยังคงอยู่: ทำไมต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงเชิงกลยุทธ์เพื่อนำมาใช้? คำตอบอยู่ในห้าข้อได้เปรียบทางธุรกิจที่ทรงพลังและสามารถวัดได้ซึ่งมีการปรับเปลี่ยนเศรษฐศาสตร์การผลิตรถยนต์โดยพื้นฐาน

1. พลังของการมีน้ำหนักเบาและประสิทธิภาพ

การแสวงหาน้ำหนักยานพาหนะที่ต่ำกว่า - การมีน้ำหนักเบา - ไม่ใช่เป้าหมายที่เป็นนามธรรม มันเป็นเอกสารสำคัญที่ขับเคลื่อนโดยความต้องการประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและความต้องการที่มีอยู่สำหรับช่วงแบตเตอรี่ที่มากขึ้นในยานพาหนะไฟฟ้า (EVs) การพิมพ์ 3 มิติเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ไม่มีใครเทียบได้:

• การออกแบบทั่วไป: ซึ่งแตกต่างจากการผลิตแบบดั้งเดิมซึ่งถูก จำกัด ด้วยข้อ จำกัด ของแม่พิมพ์และการตัดเฉือนการผลิตสารเติมแต่ง (AM) สามารถนำการออกแบบที่สร้างขึ้นโดย การออกแบบกำเนิด ซอฟต์แวร์สู่ชีวิต วิศวกรป้อนข้อมูลข้อกำหนดการโหลดและข้อ จำกัด เชิงพื้นที่และซอฟต์แวร์ที่ขับเคลื่อนด้วย AI ออกแบบส่วนหนึ่งโดยใช้วัสดุขั้นต่ำที่จำเป็นเท่านั้น

• โครงสร้างภายในที่ซับซ้อน: กระบวนการนี้ส่งผลให้รูปทรงเรขาคณิตที่มีลักษณะคล้ายอินทรีย์ซึ่งเป็นโครงสร้างที่เป็นไปไม่ได้ที่จะหล่อหรือเครื่องจักร-ซึ่งให้ความแข็งแรงที่เท่าเทียมกันหรือเหนือกว่าในขณะที่ลดมวลชิ้นส่วนได้มากถึง 50%

• การเพิ่มประสิทธิภาพ: สำหรับ EVS ทุกกิโลกรัมบันทึกแปลโดยตรงเป็นระยะทางหลายไมล์ สำหรับยานพาหนะที่มีประสิทธิภาพสูงและมอเตอร์สปอร์ตส่วนประกอบที่เบากว่าหมายถึงความคล่องตัวที่เหนือกว่าการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงที่ดีขึ้นและความได้เปรียบในการแข่งขันบนเส้นทาง ยกตัวอย่างเช่น Bugatti ที่มีชื่อเสียง 3D พิมพ์คาลิปเปอร์เบรกไทเทเนียมซึ่งมีน้ำหนักเกือบครึ่งหนึ่งของน้ำหนักของอลูมิเนียมรุ่นก่อน

2. เวลาสู่ตลาด: เร่งการวนซ้ำ

ในตลาดที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วซึ่งรุ่น EV ใหม่สามารถล้าสมัยในเวลาไม่ถึงห้าปีความเร็วเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง การพิมพ์ 3 มิติยุบระยะเวลาการพัฒนาผลิตภัณฑ์แบบดั้งเดิม

• ต้นแบบอย่างรวดเร็ว: ความสามารถในการพิมพ์ต้นแบบที่มีความเที่ยงตรงสูงในชั่วโมงหรือวันแทนที่จะเป็นสัปดาห์หรือเดือนที่จำเป็นสำหรับเครื่องมือแบบดั้งเดิม (แม่พิมพ์, ตาย) เป็นเกมเปลี่ยนเกม สิ่งนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถดำเนินการทำซ้ำหลายสิบครั้งในส่วนประกอบที่สำคัญตั้งแต่การบริโภคอากาศไปจนถึงคอนโซลภายในซึ่งนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่เหนือกว่า

• การผลิตเครื่องมือน้อย: ด้วยการลบขั้นตอนที่ใช้เวลามากและมีค่าใช้จ่ายสูงในการสร้างแม่พิมพ์และเครื่องมือการพิมพ์ 3 มิติลดวงจรการพัฒนาอย่างมาก การเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่ครั้งหนึ่งใช้เวลาหลายเดือนในการใช้เครื่องมือใหม่สามารถนำไปใช้ได้ในชั่วข้ามคืนโดยเพียงแค่อัปเดตไฟล์ CAD ดิจิตอล

3. ความคล่องตัวของห่วงโซ่อุปทานและสินค้าคงคลังดิจิตอล

ช่องโหว่ของห่วงโซ่อุปทานส่วนกลางทั่วโลกได้รับการเปิดเผยอย่างเจ็บปวดในช่วงวิกฤตเมื่อไม่นานมานี้ การผลิตสารเติมแต่งเป็นเส้นทางสู่ความยืดหยุ่นที่มากขึ้นและลดต้นทุนการดำเนินงานอย่างมีนัยสำคัญ

• การผลิตตามความต้องการ: บริษัท ยานยนต์สามารถแทนที่คลังสินค้าทางกายภาพของชิ้นส่วนอะไหล่ด้วยก สินค้าคงคลังดิจิตอล - แทนที่จะเก็บชิ้นส่วนมรดกหรือชิ้นส่วนที่มีปริมาณต่ำหลายพันชิ้นมานานหลายทศวรรษพวกเขาเก็บไฟล์ CAD ที่ปลอดภัยและพิมพ์ส่วนที่โรงงานท้องถิ่นหรือแม้แต่ตัวแทนจำหน่ายเฉพาะเมื่อลูกค้าต้องการ

• ลดต้นทุนสินค้าคงคลัง: การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายคลังสินค้าขนาดใหญ่การขนส่งและค่าใช้จ่ายล้าสมัย สำหรับแผนกรถยนต์คลาสสิกสิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วนที่หายากสามารถทำซ้ำได้เสมอโดยไม่ต้องกระทำการผลิตที่ต้องห้ามทางเศรษฐกิจ

• การผลิตในท้องถิ่น: เทคโนโลยีนี้อำนวยความสะดวกในการกระจายอำนาจการผลิตที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นฉนวนผู้ผลิตจากการหยุดชะงักทางภูมิรัฐศาสตร์และค่าขนส่งข้ามพรมแดนสูง

4. การปรับแต่งเป็นคุณสมบัติหลัก

การผลิตจำนวนมากเป็นศัตรูของการปรับเปลี่ยนเป็นส่วนตัวมานานแล้ว การพิมพ์ 3 มิติพลิกแบบไดนามิกนี้ทำให้การปรับแต่งเป็นความจริงที่ประหยัดแม้สำหรับผู้ผลิตที่มีปริมาณมาก

• การปรับแต่งจำนวนมาก: สำหรับแบรนด์หรูและยานพาหนะรุ่นพิเศษชิ้นส่วนตัดแต่งที่เป็นเอกลักษณ์ส่วนประกอบแดชบอร์ดและอุปกรณ์เสริมส่วนบุคคลสามารถพิมพ์ได้ในขนาดเล็กโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายที่ต้องห้ามของเครื่องมือที่กำหนดเอง

• การยศาสตร์และประสิทธิภาพ: บนพื้นโรงงานอุปกรณ์จับยึดที่มีความเชี่ยวชาญสูงการติดตั้งและเครื่องช่วยการประกอบตามหลักสรีรศาสตร์สามารถพิมพ์ได้สำหรับสายงานเฉพาะหรือแม้แต่คนงานแต่ละคนการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตอย่างมากและลดความเสี่ยงของความผิดพลาดของมนุษย์

5. การรวมส่วนและความเรียบง่ายของการประกอบ

การชุมนุมแบบดั้งเดิมมักจะเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่ไม่ต่อเนื่องหลายสิบชิ้น - fasteners, วงเล็บ, ช่องทาง - ที่ต้องผลิตแยกต่างหากและประกอบเข้ากับแรงงานและความซับซ้อน

• ส่วนประกอบรวม: การผลิตสารเติมแต่งสามารถรวมชิ้นส่วนที่ซับซ้อนสิบชิ้นขึ้นไปเชื่อมต่อเป็นส่วนประกอบเดียวที่เหนียวแน่น สิ่งนี้ไม่เพียง แต่ทำให้ชิ้นส่วนแข็งแกร่งและเบาลง (โดยการกำจัดตัวยึด) แต่ยังทำให้กระบวนการประกอบลดค่าใช้จ่ายแรงงานลดลงอย่างมากและลดจุดที่อาจเกิดขึ้นจากความล้มเหลว

ตอนที่ IV: หลักฐานอยู่ในส่วน-กรณีศึกษาและปริมาณการผลิตจริง

ข้อได้เปรียบเชิงกลยุทธ์ของการผลิตสารเติมแต่งไม่ได้เป็นทฤษฎีอีกต่อไป ผู้ผลิตรถยนต์ที่เป็นนวัตกรรมมากที่สุดได้ย้ายไปไกลเกินกว่าต้นแบบโดยรวมส่วนประกอบที่พิมพ์ 3 มิติลงในสายการผลิตและยานพาหนะประสิทธิภาพสูง

นี่คือกรณีศึกษาที่ชัดเจนที่ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรม:

1. ผู้บุกเบิกประสิทธิภาพสูง: Bugatti

ผลงานของ Bugatti แสดงให้เห็นถึงจุดสุดยอดของการรวมการออกแบบกำเนิดเข้ากับการผลิตสารเติมแต่งโลหะเพื่อแก้ปัญหาความท้าทายประสิทธิภาพที่รุนแรง

• องค์ประกอบ: monobloc 8 ลูกสูบ คาลิปเปอร์เบรคไทเทเนียม (สำหรับ Chiron Hypercar)

• เทคโนโลยี: การคัดเลือกเลเซอร์ละลาย (SLM) ของโลหะผสมไทเทเนียมประสิทธิภาพสูง TI6AL4V

• ผลกระทบ: คาลิปเปอร์ที่พิมพ์ 3 มิติมีน้ำหนักเพียง 2.9 กิโลกรัม ลดน้ำหนัก 40% เมื่อเทียบกับอลูมิเนียมที่ผลิตขึ้นตามแบบดั้งเดิม (4.9 กก.) วิกฤตมันประสบความสำเร็จในการลดน้ำหนักนี้ในขณะที่รักษาความต้านทานแรงดึงไว้ $1,250{\text{n/mm}}^2$ และผ่านการทดสอบที่เข้มงวดที่สุดรวมถึงการหยุดจาก $250\text{ไมล์ต่อชั่วโมง}$ - นี่เป็นส่วนประกอบไทเทเนียมที่ใช้งานได้มากที่สุดเท่าที่เคยพิมพ์สำหรับแอปพลิเคชันยานยนต์ในเวลาที่มีการพัฒนา

2. ผู้นำระดับเสียง: กลุ่ม BMW

BMW เป็นผู้ผลิตมวลชนที่ทันสมัยที่สุดในแง่ของการรวม AM ในการดำเนินงานทั้งหมด-จาก R&D ไปจนถึงผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายและการเพิ่มประสิทธิภาพพื้นโรงงาน

• มาตราส่วนการผลิต: ตอนนี้กลุ่ม BMW ผลิตขึ้น 400,000 ชิ้นส่วนพิมพ์ 3 มิติต่อปี ข้ามเครือข่ายการผลิตทั่วโลก

• ตัวอย่างสุดท้าย: BMW ได้รวมส่วนประกอบที่พิมพ์ออกมาเป็นรุ่นต่าง ๆ รวมถึง:

  • วงเล็บหลังคา: สำหรับยานพาหนะเช่น BMW i8 นั้นใช้ตัวยึดพอลิเมอร์ที่ปรับแต่งแล้วโหลดแบบกำหนดเองเพื่อรักษาความปลอดภัยพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์น้ำหนักเบา (CFRP)

  • กริปเปอร์และจิ๊กที่กำหนดเอง: บนสายการประกอบสำหรับหลังคา M-Series CFRP BMW ใช้กล้ามเนื้อหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ (โครงสร้างแบบอินทรีย์) $25\%$ เบากว่ารุ่นก่อน การประหยัดน้ำหนักนี้ช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์สามารถใช้หุ่นยนต์ที่มีขนาดเล็กลงและประหยัดพลังงานมากขึ้นลดต้นทุนและการใช้พลังงาน

• โรงงานดิจิตอล: ด้วยการจัดตั้งวิทยาเขตการผลิตสารเติมแต่งโดยเฉพาะ BMW กำลังพัฒนาและเผยแพร่ความรู้เกี่ยวกับเครื่องมือการพิมพ์จิ๊กและการติดตั้งอย่างรวดเร็วในโรงงานระดับโลกใด ๆ

3. ผู้สร้างสรรค์ประสิทธิภาพ: บริษัท ฟอร์ดมอเตอร์

ฟอร์ดได้ใช้ประโยชน์จากการพิมพ์ 3 มิติอย่างมีกลยุทธ์เพื่อประหยัดหลายล้านต่อปีโดยใช้เทคโนโลยีกับพื้นที่ที่มีมูลค่าสูงบนพื้นโรงงานและหลังการขาย

• เครื่องมือและเครื่องช่วยการผลิต: ที่โรงงานเช่นโรงงานส่งผ่านวาเลนเซียห้องปฏิบัติการพิมพ์ 3 มิติภายในของฟอร์ดได้สร้างแคตตาล็อกของชิ้นส่วนที่พิมพ์ได้มากกว่า 5,000 ชิ้นผลิตเครื่องช่วยการผลิตสิ่งพิมพ์และชิ้นส่วนอะไหล่ต่อปี เครื่องมือที่กำหนดเองเหล่านี้ - เช่นตรวจสอบเกจวัดคู่มือเจาะและคลิปที่กำหนดเอง - ปรับปรุงการยศาสตร์ของคนงานอย่างมีนัยสำคัญและลดการหยุดทำงานอย่างมาก

• ข้อได้เปรียบด้านต้นทุน: เมื่อการแข่งขันรอบการประกอบที่สำคัญแบ่งการเปลี่ยนแบบดั้งเดิมอาจใช้เวลาหลายสัปดาห์และมีค่าใช้จ่ายหลายพันดอลลาร์ ด้วยการพิมพ์ชิ้นส่วนภายในเป็นเวลาหลายชั่วโมงสำหรับเศษส่วนของค่าใช้จ่ายฟอร์ดยังคงความต่อเนื่องในการปฏิบัติงานที่ไม่มีใครเทียบ

• ชิ้นส่วนหลังการขายและมรดก: เช่นเดียวกับปอร์เช่และ OEM ที่สำคัญอื่น ๆ ฟอร์ดกำลังแปลงเป็นดิจิทัลสินค้าคงคลังของอะไหล่ที่หยุดทำงานเพื่อให้แน่ใจว่าเจ้าของรุ่นคลาสสิกหรือรุ่นเก่าสามารถหาแหล่งที่ใช้งานได้

4. ยานพาหนะในอนาคต: General Motors (GM)

จีเอ็มกำลังแสดงให้เห็นว่าการออกแบบแบบกำเนิดและการพิมพ์ 3 มิติรวมกันเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่กำหนดความสมบูรณ์ของโครงสร้างและการลดน้ำหนัก

• องค์ประกอบ: A วงเล็บที่นั่งที่ออกแบบมาโดยทั่วไป (ผลิตร่วมกับ Autodesk)

• ผลกระทบ: การออกแบบตัวยึดใหม่ของจีเอ็มรวมกัน แปดองค์ประกอบดั้งเดิมที่แตกต่างกัน เข้าไปข้างใน a single, complex 3D printed piece. The resulting part was $40\%$ ไฟแช็กและ $20\%$ แข็งแกร่งกว่าแอสเซมบลีดั้งเดิม การรวมฟังก์ชั่นและโครงสร้างนี้เป็นสัญญาณที่ชัดเจนที่สุดว่าการพิมพ์ 3 มิติไม่ได้เป็นเพียงกระบวนการทดแทน แต่เป็นปรัชญาการออกแบบขั้นพื้นฐานสำหรับยานพาหนะทั้งหมด

สามเสาหลักของอนาคตเพิ่มเติม

การรวมการพิมพ์ 3 มิติสร้างสามกระบวนทัศน์ที่สำคัญที่จะกำหนดภูมิทัศน์ยานยนต์สำหรับศตวรรษหน้า:

1. ความจำเป็นในการปรับแต่งมวล

การผลิตแบบดั้งเดิมเป็นรูปแบบของการผลิตจำนวนมาก - ความร้อนได้รับการออกแบบมาสำหรับชิ้นส่วนที่เหมือนกันหลายล้านชิ้น อย่างไรก็ตามการผลิตสารเติมแต่งเปิดใช้งาน การปรับแต่งจำนวนมาก - สำหรับยานพาหนะหรูหราหรือยานพาหนะประสิทธิภาพสูงซึ่งหมายถึงส่วนประกอบที่ไม่เหมือนใครและเป็นเอกลักษณ์ (พวงมาลัยพวงมาลัยแบบกำหนดเองที่นั่งติดตั้ง) สามารถผลิตได้ตามความต้องการ สำหรับผู้บริโภคจะเปิดประตูสู่การตัดแต่งส่วนบุคคลป้ายและการตกแต่งภายในโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงเกินไป

2. ความได้เปรียบของยานพาหนะไฟฟ้า (EV)

ยานพาหนะไฟฟ้าได้รับประโยชน์อย่างไม่เป็นสัดส่วนจากการลดน้ำหนัก ประสิทธิภาพของ EV นั้นเชื่อมโยงโดยตรงกับมวล โดยการอนุญาตให้วิศวกรสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนไบโอนิคและรวมส่วนประกอบหลายอย่างไว้ในหนึ่ง (เท่าที่เห็นด้วยจีเอ็ม) การพิมพ์ 3 มิติเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดเพื่อลดน้ำหนักของยานพาหนะ ขยายช่วงแบตเตอรี่และลดการใช้วัสดุโดยรวม

3. ห่วงโซ่อุปทานดิจิตอลและความยืดหยุ่น

เป้าหมายสูงสุดคือ สินค้าคงคลังดิจิตอล - แทนที่จะเป็นคลังสินค้าหลายพันชิ้นส่วนอะไหล่ทางกายภาพมานานหลายทศวรรษผู้ผลิตสามารถจัดเก็บไฟล์ดิจิตอล (พิมพ์เขียว CAD) เมื่อต้องการชิ้นส่วน-ไม่ว่าจะเป็นเครื่องมือในสายการประกอบหรือส่วนประกอบทดแทนสำหรับยานพาหนะอายุ 20 ปี-สามารถพิมพ์ในท้องถิ่นได้ทุกที่ในโลกในเวลาไม่กี่ชั่วโมง การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายคลังสินค้าลดเวลาการขนส่งอย่างมากและให้ความยืดหยุ่นอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนกับการหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทานทั่วโลก

แนวโน้มสุดท้าย

อุตสาหกรรมยานยนต์กำลังก้าวไปสู่รูปแบบการผลิตที่มีการกระจายอำนาจและขับเคลื่อนด้วยระบบดิจิทัล ทุกส่วนจะอยู่ภายใต้คำถาม: ส่วนประกอบนี้ผลิตได้ดีกว่าหรือไม่?

เนื่องจากเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติยังคงเพิ่มความเร็วความหลากหลายของวัสดุและขนาดคำตอบจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เทคโนโลยีนี้จะไม่เพียง แต่ปรับปรุงรถยนต์ มันจะนิยามใหม่ว่าพวกเขาถูกสร้างขึ้นอย่างไรและนำไปสู่ยุคของการผลิตที่เร็วขึ้นเบาลงแข็งแกร่งและยั่งยืนมากขึ้นโดยเนื้อแท้มากขึ้น