Utilizzando gli strumenti del software 3D Spark, il team ha analizzato diversi fattori che influenzano i costi di produzione. Alcuni di questi sono specifici dei singoli pezzi, mentre altri sono specifici dei processi. Ad esempio, orientare i pezzi in modo da ridurre al minimo i supporti e massimizzare le superfici stampabili.
Simulando le forze che agiscono su una cerniera, questi strumenti sono in grado di rimuovere materiale che ha un impatto minimo. Ciò si traduce in una riduzione di peso del 35%. Meno materiale significa anche tempi di stampa più rapidi, con un'ulteriore riduzione dei costi.
A dire il vero, quello che stanno facendo non dovrebbe essere una novità per chiunque si occupi di stampa 3D. È logico disporre il pezzo in modo razionale. Abbiamo già visto la rimozione di materiale di scarto nella stampa 3D e nella produzione tradizionale. L'aspetto più interessante è l'utilizzo di strumenti che aiutano ad automatizzare questa ottimizzazione. Non sappiamo quanto costerà il software e supponiamo che non sia destinato al mercato degli hobbisti della stampa 3D. Ma, chiedendoci cosa si possa fare, sospettiamo che con un po' di impegno e la modellazione con software disponibili, si possano ottenere risultati simili.
In teoria, qualsiasi strumento in grado di eseguire un'analisi agli elementi finiti dovrebbe essere in grado di determinare il materiale da rimuovere. Abbiamo notato che le case automobilistiche utilizzano la stampa 3D.
"Simulando le forze sulla cerniera, questi strumenti possono rimuovere materiale che non ha un impatto significativo. Non sono un ingegnere, ma leggendo questo ho pensato all'analisi agli elementi finiti. Poi ti ho visto nella penultima frase. L'hai menzionato. Certo, le case automobilistiche lo fanno già. Come lo confrontiamo? Questo modello fornisce la forza in caso di emergenza così come nell'uso normale?"
Ogni spigolo, scanalatura e raccordo richiede tempo di lavorazione e usura dell'utensile. Potrebbero essere necessari ulteriori cambi utensile e, quando si lavora su una superficie diversa, potrebbe essere necessario lavorare e riattaccare i pezzi per portarli in un orientamento che consenta di realizzare più cavità, a condizione che sia possibile utilizzare un utensile adatto su tutta la circonferenza.
Penso che si potrebbe usare una macchina con più gradi di libertà per ruotare il pezzo all'angolazione migliore... Ma a quale prezzo?
La stampa 3D in genere non presenta tali limitazioni di forma, consentendo di realizzare pezzi complessi con la stessa facilità di quelli semplici.
D'altro canto, il vantaggio della lavorazione sottrattiva tradizionale è che il materiale tende ad essere isotropico, ha la stessa resistenza in qualsiasi direzione e, in assenza di superfici piane interne, non ci si deve preoccupare di una cattiva adesione dovuta a una sinterizzazione difettosa. È inoltre possibile sottoporre il materiale a un processo di laminazione (una fase poco costosa) per conferirgli una buona struttura granulare.
Tutti i metodi di stampa 3D presentano limitazioni di forma. Anche alcune tecniche SLM. Come si può immaginare, la natura isotropica della SLM non rappresenta un problema. Le macchine e i processi utilizzati quotidianamente garantiscono risultati molto uniformi.
Tuttavia, la questione del prezzo è un altro discorso. Nell'industria aerospaziale, è difficile essere veramente competitivi con la stampa 3D.
Direi che l'industria aerospaziale è uno dei pochi settori in cui il costo della stampa 3D in metallo può essere giustificato. I costi di produzione iniziali rappresentano una minima parte del costo di un prodotto aerospaziale, e il peso è un fattore così importante che è facile trovarne un'applicazione. Rispetto agli altissimi costi del controllo qualità per i componenti in materiale composito, un processo di stampa qualificato e un'ispezione dimensionale critica possono offrire un reale risparmio e una ventata di aria fresca.
L'esempio più lampante è rappresentato da tutti i componenti stampati in 3D utilizzati oggi nei motori a razzo. È possibile eliminare molti punti critici in termini di qualità nelle condotte complesse, riducendo al contempo le perdite e il peso nelle linee di ritorno. Credo che alcuni ugelli dei motori siano stampati in 3D (forse quelli di Superdraco?). Ricordo vagamente notizie riguardanti una sorta di staffa metallica stampata in 3D sugli aerei di linea Boeing.
Prodotti come i nuovi disturbatori di segnale della Marina e altri nuovi sviluppi possono avere molte staffe stampate in 3D. Il vantaggio dei componenti ottimizzati topologicamente è che l'analisi della resistenza è integrata nel processo di progettazione e l'analisi della fatica è direttamente collegata ad essa.
Tuttavia, ci vorrà del tempo prima che tecnologie come DMLS si diffondano realmente nel settore automobilistico e manifatturiero. Il peso conta molto meno.
Un'applicazione in cui funziona bene è nei collettori idraulici/pneumatici. La possibilità di realizzare canali e cavità curve per l'imballaggio termoretraibile è molto utile. Inoltre, ai fini della certificazione, è comunque necessario eseguire un test di stress al 100%, quindi non è necessario un elevato fattore di sicurezza (lo stress è comunque piuttosto elevato).
Il problema è che molte aziende si vantano di possedere una stampante SLM, ma poche sanno come usarla. Queste stampanti vengono utilizzate solo per la prototipazione rapida e rimangono inattive per la maggior parte del tempo. Poiché si tratta ancora di un settore relativamente nuovo, è prevedibile che le stampanti si deprezzino rapidamente e che debbano essere rottamate entro 5 anni. Ciò significa che, sebbene il costo effettivo possa essere molto basso, ottenere un prezzo equo per una produzione in serie è davvero difficile.
Inoltre, la qualità di stampa dipende dalla conduttività termica del materiale, il che significa che l'alluminio tende a creare rugosità superficiali che possono portare a fastidiose prestazioni di fatica (non che un collettore ne abbia bisogno se lo si progetta per quello). Inoltre, mentre il TiAlV6 si stampa in modo eccellente e ha migliori proprietà di resistenza rispetto al grado 5 di base, l'alluminio è per lo più disponibile come AlSi10Mg, che non è la lega più resistente. Il T6, pur essendo adatto per fusioni dello stesso materiale, non è adatto per parti SLM. Scalmaloy è di nuovo ottimo ma difficile da ottenere in licenza, pochi lo offrono, è possibile utilizzare anche il titanio con pareti più sottili.
La maggior parte delle aziende richiede anche un braccio e una gamba, 20 campioni e il tuo primogenito per elaborare il pezzo stampato. Sebbene funzionalmente sia essenzialmente lo stesso dei pezzi fusi lavorati che per anni hanno richiesto anni di lavoro e pochi spiccioli, loro pensano che i pezzi stampati siano magici e i clienti pensano che abbiano le tasche piene. Inoltre, le aziende certificate AS9100 in genere non hanno problemi di lavoro, si godono ciò che fanno da tempo e sanno di poterci guadagnare senza essere accusate di un disastro.
Quindi sì: l'industria aerospaziale può trarre vantaggio dai componenti realizzati con la tecnologia SLM, e alcune aziende lo fanno, ma le peculiarità del settore e delle aziende che forniscono il servizio sono rimaste ferme agli anni '70, il che rende le cose un po' più difficili. L'unico vero sviluppo riguarda i motori, dove gli iniettori di carburante stampati sono diventati di uso comune. Per quanto ci riguarda, la lotta per l'approvvigionamento con ASML è una battaglia in salita.
Tubo di scarico per stampa 3D in acciaio inox P-51D. https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
Altri fattori associati ai costi di lavorazione sono la gestione delle perdite di liquido refrigerante dovute a scheggiature ed evaporazione. Inoltre, i trucioli devono essere trattati. Qualsiasi riduzione dei trucioli nella produzione di massa può comportare risparmi considerevoli.
Questo approccio viene spesso definito progettazione topologica e, come si può intuire, rappresenta un ulteriore livello di analisi rispetto all'analisi agli elementi finiti (FEA). Si è diffuso solo negli ultimi anni, grazie alla maggiore accessibilità degli strumenti.
Ogni volta che compare il nome Fraunhofer, significa che si tratta di un brevetto e che la comunità dei maker non potrà utilizzarlo per molto tempo.
In altre parole: abbiamo inventato un nuovo modo per assicurarci che la tua auto venga sostituita non appena scade la garanzia.
Non vedo alcun collegamento tra cerniere delle portiere più leggere e una cospirazione malvagia che ti costringe a buttare via tutta la tua auto.
L'analisi della durata a fatica è una cosa; se si ottimizza solo la resistenza del materiale, si finirà per ottenere un componente che non funzionerà.
Anche se l'hanno progettata in modo così volutamente indebolito, non si usurerà subito dopo la scadenza della garanzia, è solo una cerniera, ma è nuova, ed è improbabile che tu debba buttare via tutta la macchina... ci sarà un'auto sostitutiva durante la vita della macchina, perché in generale è ancora buona, ma quel pezzo economico/facilmente sostituibile si usura – niente di nuovo in questo...
In pratica, per garantire che soddisfi gli standard di sicurezza ecc., probabilmente viene comunque pesantemente riprogettato, come la maggior parte dei telai/carrozzerie/sedili delle auto, a causa delle sollecitazioni a cui sarà sottoposto durante il normale utilizzo. . punto vendita, a meno che non sia richiesto dalla legge nella tua zona.
"È solo una cerniera", ma è anche un esempio di come si possa progettare un componente per una durata specifica. Se applicata al resto dell'auto, con il tempo la trasformerà in un rottame.
Lo scandalo è il risultato della loro frequente (MP3, vedo!) protezione brevettuale.
L'intera economia statunitense si basa su un "chip" di questo tipo. Per certi versi, funziona :-/.
Fraunhofer ha svolto un'intensa attività scientifica, non solo applicata, ma anche di ricerca fondamentale. Tutto ciò ha un costo. Se si vuole fare ricerca senza brevetti e licenze, è necessario un maggiore finanziamento pubblico. Con licenze e brevetti, anche le aziende di altri Paesi contribuiscono ai costi, beneficiando a loro volta della tecnologia. Inoltre, tutti questi studi sono fondamentali per mantenere la competitività del settore.
Secondo il loro sito web, una parte delle imposte è pari a circa il 30% (Grundfinanzierung), mentre il resto proviene da fonti accessibili anche ad altre aziende. I proventi derivanti dai brevetti rientrano probabilmente in quel 70%, quindi, se non li si considera, si rischia di ottenere minori opportunità di sviluppo o maggiori tasse.
Per qualche ragione sconosciuta, l'acciaio inossidabile è vietato e poco apprezzato per componenti di carrozzeria, motore, trasmissione e sospensioni. L'acciaio inossidabile si trova solo in alcuni costosi tubi di scarico, di qualità scadente come l'acciaio martensitico AISI 410; se si desidera uno scarico di buona qualità e durevole, è necessario utilizzare autonomamente l'acciaio AISI 304/316 per realizzarne uno simile.
Quindi tutti i fori in questi componenti finiranno per ostruirsi con terra umida e i pezzi inizieranno ad arrugginire molto rapidamente. Poiché il componente è progettato per il peso più basso possibile, qualsiasi traccia di ruggine lo renderà immediatamente troppo debole per svolgere la sua funzione. Saresti fortunato se si trattasse solo di una cerniera di una porta, o di un rinforzo interno o di una leva meno importanti. Se invece si tratta di componenti delle sospensioni, della trasmissione o simili, sei nei guai.
PS: Qualcuno conosce un'auto in acciaio inossidabile che sia stata esposta a umidità, sbrinamento e sporco su tutta la carrozzeria? Tutti i bracci delle sospensioni, gli alloggiamenti delle ventole del radiatore, ecc. sono reperibili a qualsiasi prezzo. Conosco la DeLorean, ma purtroppo ha solo i pannelli esterni in acciaio inossidabile e non l'intera struttura della carrozzeria e altri dettagli importanti.
Sarei disposto a pagare di più per un'auto con carrozzeria, telaio, sospensioni e impianto di scarico in acciaio inossidabile, ma ciò comporterebbe uno svantaggio in termini di prezzo. Il materiale non è solo più costoso, ma anche più difficile da modellare e saldare. Dubito che blocchi motore e testate in acciaio inossidabile abbiano senso.
È anche molto difficile. Secondo gli standard odierni di consumo di carburante, l'acciaio inossidabile non offre alcun vantaggio. Ci vorranno decenni per compensare l'impatto ambientale di un'auto realizzata prevalentemente in acciaio inossidabile e recuperare i benefici in termini di durabilità del materiale.
Perché pensi questo? L'acciaio inossidabile ha la stessa densità ma è leggermente più resistente (AISI 304 – 8000 kg/m³ e 500 MPa, 945 – 7900-8100 kg/m³ e 450 MPa). A parità di spessore della lamiera, un corpo in acciaio inossidabile ha lo stesso peso di un corpo in acciaio normale. E non c'è bisogno di verniciarli, quindi niente primer/vernice/smalto extra.
Sì, alcune auto sono realizzate in alluminio o persino in titanio, quindi sono più leggere, ma si trovano per lo più nel segmento di mercato di fascia alta e gli acquirenti non hanno problemi a comprare auto nuove ogni anno. Inoltre, anche l'alluminio arrugginisce, in alcuni casi anche più velocemente dell'acciaio.
L'acciaio inossidabile non è affatto più difficile da modellare e saldare. È uno dei materiali più facili da saldare e, grazie alla sua maggiore duttilità rispetto all'acciaio comune, può essere modellato in forme più complesse. Cerca pentole, lavelli e altri pezzi stampati in acciaio inossidabile, che sono ampiamente disponibili. Un grande lavello in acciaio inossidabile AISI 304 costa molto meno e ha una forma più elaborata di qualsiasi parafango anteriore stampato da quella misera lamina d'acciaio. Puoi facilmente realizzare parti della carrozzeria utilizzando acciaio inossidabile di alta qualità su stampi standard e gli stampi dureranno più a lungo. Nell'Unione Sovietica, alcuni operai delle fabbriche automobilistiche a volte producevano parti della carrozzeria in acciaio inossidabile con macchinari di fabbrica per sostituire le proprie auto. Puoi ancora trovare la vecchia Volga (GAZ-24) con fondo, bagagliaio o parafanghi in acciaio inossidabile. Ma questo è diventato impossibile dopo il crollo dell'Unione Sovietica. Non so perché e come, e ora nessuno accetterà di guadagnarci. Inoltre, non ho mai sentito parlare di parti della carrozzeria in acciaio inossidabile prodotte in fabbriche occidentali o del terzo mondo. Tutto quello che sono riuscito a trovare è stata una jeep in acciaio inossidabile, ma a quanto ricordo, i pannelli in acciaio inossidabile venivano riprodotti a mano, non in fabbrica. C'è anche la storia di alcuni appassionati della Golf Mk2 del West Virginia che cercavano di ordinare un lotto di parafanghi in acciaio inossidabile da produttori aftermarket come Klokkerholm, che di solito li realizzano in acciaio normale. Tutti questi produttori hanno immediatamente e bruscamente interrotto qualsiasi discussione sull'argomento, senza nemmeno parlare del prezzo. Quindi non è possibile ordinare nulla in questo settore, nemmeno in grandi quantità, a nessun prezzo.
D'accordo, ecco perché non ho menzionato il motore nella lista. La ruggine non è sicuramente il problema principale del motore.
L'acciaio inossidabile è più costoso, è vero, ma la cassa in acciaio inossidabile non ha bisogno di essere verniciata. Il costo di un componente verniciato è molto più alto del componente stesso. Pertanto, una cassa in acciaio inossidabile può essere più economica di una arrugginita e durerà praticamente per sempre. Basta sostituire le boccole e i giunti in gomma usurati del veicolo e non sarà necessario acquistare un'auto nuova. Quando ha senso, si può anche sostituire il motore con qualcosa di più efficiente o addirittura elettrico. Nessuno spreco, nessun inutile impatto ambientale nella costruzione di nuove auto o nell'utilizzo di quelle vecchie. Ma per qualche ragione, questo metodo ecologico non è affatto presente negli elenchi di ecologisti e produttori.
Alla fine degli anni '70, nelle Filippine, artigiani specializzati realizzarono a mano nuove parti di carrozzeria in acciaio inossidabile per i Jeepney. Originariamente, questi veicoli erano costruiti con materiali provenienti da jeep risalenti alla Seconda Guerra Mondiale e alla Guerra di Corea, ma intorno al 1978 vennero tutti modificati perché era possibile allungare la parte posteriore per ospitare più passeggeri. Fu quindi necessario ricostruirli da zero, utilizzando l'acciaio inossidabile per proteggere la carrozzeria dalla ruggine. Su un'isola circondata dall'acqua salata, questa caratteristica si rivelò molto utile.
Non esiste un equivalente materiale per le lamiere di acciaio inossidabile come l'acciaio HiTen. Questo è fondamentale per la sicurezza: basti pensare ai primi test EuroNCAP sulle auto cinesi che non utilizzavano questo tipo di acciaio speciale. Per i componenti complessi, niente batte la ghisa GS: economica, con elevate proprietà di fusione e resistenza alla ruggine. Il colpo di grazia è il prezzo. L'acciaio inossidabile è davvero costoso. L'esempio delle auto sportive, dove il costo non è un problema, è ben accetto, ma per Volkswagen non lo è affatto.
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