Вся конструкция шасси автомобиля Divergent3D выполнена методом 3D-печати. ​​Ее публичный дебют состоялся на стенде SLM Solutions на выставке Formnext 2018 во Франкфурте-на-Майне, Германия, с 13 по 16 ноября.
Если у вас есть хоть какие-то практические знания в области аддитивного производства (АМ), вы, вероятно, знакомы с 3D-печатными соплами для платформы реактивных двигателей GE Leap. Деловая пресса освещала эту историю с 2012 года, поскольку это действительно был первый широко разрекламированный случай применения АМ в реальных производственных условиях.
Цельные топливные форсунки заменили собой узел, состоявший из 20 деталей. Кроме того, они должны были иметь прочную конструкцию, поскольку подвергались воздействию температур до 2400 градусов по Фаренгейту внутри реактивного двигателя. Деталь получила летную сертификацию в 2016 году.
По имеющимся данным, на сегодняшний день у GE Aviation более 16 000 заказов на двигатели Leap. В связи с высоким спросом компания сообщила, что осенью 2018 года напечатала 30-тысячную топливную форсунку с помощью 3D-принтера. GE Aviation производит эти детали в Оберне, штат Алабама, где использует более 40 металлических 3D-принтеров для производства деталей. GE Aviation сообщает, что каждый двигатель Leap имеет 19 топливных форсунок, напечатанных на 3D-принтере.
Возможно, руководство GE устало говорить о топливных форсунках, но именно они проложили путь к успеху компании в области аддитивного производства. Фактически, все совещания по проектированию новых двигателей начинаются с обсуждения того, как интегрировать аддитивное производство в процесс разработки продукта. Например, новый двигатель GE 9X, проходящий в настоящее время сертификацию, имеет 28 топливных форсунок и 3D-печатный смеситель продуктов сгорания. В другом примере, GE Aviation перепроектирует турбовинтовой двигатель, конструкция которого оставалась практически неизменной около 50 лет, и будет иметь 12 деталей, напечатанных на 3D-принтере, что поможет снизить вес двигателя на 5 процентов.
«Последние несколько лет мы занимаемся изучением способов изготовления действительно крупных деталей методом аддитивного производства», — сказал Эрик Гатлин, руководитель группы аддитивного производства в GE Aviation, обращаясь к собравшимся на стенде компании на выставке Formnext 2018 во Франкфурте-на-Майне, Германия, в начале ноября.
Гатлин назвал внедрение аддитивного производства «сдвигом парадигмы» для GE Aviation. Однако его компания не одинока. Участники выставки Formnext отметили, что в этом году на выставке присутствовало больше производителей (OEM и Tier 1), чем когда-либо прежде. (Представители выставки сообщили, что мероприятие посетили 26 919 человек, что на 25 процентов больше, чем на Formnext 2017 года.) В то время как производители аэрокосмической отрасли возглавили движение за внедрение аддитивного производства в производственные процессы, к автомобильным и транспортным компаниям эта технология рассматривается по-новому. Гораздо серьезнее.
На пресс-конференции Formnext старший вице-президент Ultimaker Пол Хайден рассказал о том, как Ford использовал 3D-принтеры компании на своем заводе в Кёльне, Германия, для создания производственных инструментов для Ford Focus. Он заявил, что компания сэкономила около 1000 евро на каждом напечатанном инструменте по сравнению с покупкой аналогичного инструмента у стороннего поставщика.
Если инженерам-технологам требуются инструменты, они могут загрузить проект в программное обеспечение для 3D-моделирования, доработать его, отправить на принтер и получить готовый результат в течение нескольких часов. По словам Хайдена, достижения в программном обеспечении, такие как поддержка большего количества типов материалов, упростили работу с инструментами проектирования, так что даже «неподготовленные» могут работать с программой.
По словам Хайдена, после того, как компания Ford смогла продемонстрировать полезность инструментов и приспособлений, изготовленных с помощью 3D-печати, следующим шагом для компании станет решение проблемы складирования запасных частей. Вместо хранения сотен деталей, 3D-принтеры будут использоваться для их печати по мере поступления заказов. После этого Ford, как ожидается, сможет оценить, какое влияние эта технология может оказать на производство деталей.
Другие автомобильные компании уже используют инструменты 3D-печати в самых оригинальных целях. Компания Ultimaker приводит примеры инструментов, которые Volkswagen использует на своем заводе в Палмеле, Португалия:
Изготовленный на 3D-принтере Ultimaker, этот инструмент используется для направления болтов при установке колес на сборочном заводе Volkswagen в Португалии.
Когда речь заходит о переосмыслении автомобилестроения, другие мыслят гораздо масштабнее. Кевин Чзингер из Divergent3D — один из них.
Чзингер хочет переосмыслить подход к производству автомобилей. Он стремится создать новый метод, используя передовые технологии компьютерного моделирования и аддитивного производства, для создания шасси, которые будут легче традиционных рам, содержать меньше деталей, обеспечивать более высокую производительность и быть дешевле в производстве. Компания Divergent3D представила свои шасси, напечатанные на 3D-принтере, на стенде SLM Solutions Group AG на выставке Formnext.
Шасси, напечатанное на станке SLM 500, состоит из самозакрепляющихся узлов, которые соединяются друг с другом после печати. ​​Представители Divergent3D заявляют, что такой подход к проектированию и сборке шасси может сэкономить 250 миллионов долларов за счет исключения затрат на оснастку и сокращения количества деталей на 75 процентов.
Компания надеется в будущем продавать подобное производственное оборудование автопроизводителям. Для достижения этой цели Divergent3D и SLM сформировали тесное стратегическое партнерство.
Компания Senior Flexonics не очень известна широкой публике, но является крупным поставщиком компонентов для компаний автомобильной, дизельной, медицинской, нефтегазовой и энергетической отраслей. Представители компании встречались с представителями GKN Powder Metallurgy в прошлом году, чтобы обсудить возможности 3D-печати, и обе компании поделились своими историями успеха на выставке Formnext 2018.
Компоненты, перепроектированные с учетом преимуществ аддитивного производства, включают в себя впускные и выпускные клапаны для систем рециркуляции отработавших газов в коммерческих грузовиках, как для дорожного, так и для внедорожного применения. Компания Advanced Flexonics заинтересована в изучении более эффективных способов создания прототипов, способных выдерживать реальные испытания и, возможно, массовое производство. Обладая многолетним опытом производства деталей для автомобильной и промышленной отраслей, GKN имеет глубокое понимание функциональной пористости металлических деталей.
Последний аспект важен, поскольку многие инженеры считают, что для некоторых видов промышленной техники требуется плотность 99%. Однако во многих из этих областей применения это не так, как утверждает генеральный директор EOS Адриан Кепплер, что подтверждает и сам поставщик машиностроительных технологий и партнер компании.
После разработки и тестирования деталей из нержавеющей стали EOS StainlessSteel 316L VPro компания Senior Flexonics обнаружила, что детали, изготовленные методом аддитивного производства, соответствуют заявленным характеристикам и могут быть изготовлены быстрее, чем детали, полученные литьем. Например, портал можно напечатать на 3D-принтере за 70% меньше времени по сравнению с процессом литья. На пресс-конференции все участники проекта признали, что это имеет большой потенциал для будущего серийного производства.
«Необходимо переосмыслить подход к изготовлению деталей, — сказал Кеплер. — Нужно по-другому взглянуть на производство. Это не просто литье или ковка».
Для многих в индустрии аддитивного производства заветной целью является широкое внедрение этой технологии в условиях крупносерийного производства. В глазах многих это означало бы полное признание.
Технология аддитивного производства используется для изготовления этих впускных и выпускных клапанов для охладителей рециркуляции отработавших газов, применяемых в коммерческих грузовиках. Компания Senior Flexonics, производитель этих прототипов, изучает другие возможности применения 3D-печати в своей деятельности.
Учитывая это, разработчики материалов, программного обеспечения и оборудования усердно работают над созданием продуктов, которые позволят это осуществить. Производители материалов стремятся создавать порошки и пластмассы, которые могут соответствовать ожидаемым характеристикам с повторяемым результатом. Разработчики программного обеспечения пытаются расширить свои базы данных материалов, чтобы сделать моделирование более реалистичным. Производители оборудования проектируют ячейки, которые работают быстрее и имеют более широкий диапазон производительности, чтобы обрабатывать больше деталей одновременно. Предстоит еще много работы, но будущее аддитивного производства в реальном производстве вызывает большой энтузиазм.
«Я работаю в этой отрасли 20 лет, и за это время я постоянно слышал: „Скоро мы внедрим эту технологию в производство“. Поэтому мы ждали и ждали», — сказал директор Центра компетенций по аддитивному производству UL Пол Бейтс, менеджер и президент Группы пользователей аддитивного производства. «Но я думаю, что мы наконец-то приближаемся к моменту, когда все сходится воедино, и это происходит».
Дэн Дэвис — главный редактор журнала The FABRICATOR, крупнейшего в отрасли издания по металлообработке и формовке, а также его дочерних изданий STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal и The Welder. Он работает над этими изданиями с апреля 2002 года.
В докладе «Аддитивные технологии» рассматривается применение аддитивных технологий в реальном производстве. Сегодня производители используют 3D-печать для изготовления инструментов и приспособлений, а некоторые даже применяют аддитивные технологии для крупномасштабного производства. Их истории будут представлены здесь.