Anwendungsanalyse der 3D-Drucktechnologie im Bereich des automobilen Leichtbaus

Mit der kontinuierlichen Entwicklung von3D-DruckTechnologie, deren Anwendung in Autoteilen immer weiter verbreitet ist. Manche Leute glauben, dass dies ein großer Durchbruch in der Automobilindustrie sein wird und wahrscheinlich die „Vier großen Handwerkskünste“ umwerfen wird. Und jetzt wird sein Traum allmählich Wirklichkeit. Auf der Welle der Industrie 4.0 ist der 3D-Druck als Kern dieser Transformation in den letzten Jahren erneut in den Vordergrund des Marktes gerückt und wird in verschiedenen Bereichen breit eingesetzt. Als führende Branche im Fertigungssektor ist die Automobil- und Teilefertigungsindustrie die Hauptrichtung für die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie. Auf lange Sicht liegt der Trend jedoch in der Leichtbauweise von Fahrzeugen, und bei herkömmlichen Fahrzeugen ist eine Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge erforderlich, um Energieeinsparungen und Emissionsreduzierungen zu erreichen.
Welchen Einfluss hat der 3D-Druck auf die Automobilindustrie im Vergleich zu herkömmlichen Produktionsprozessen?
In Sachen Design
Mit 3D-Druck kann die Herstellung eines Konzeptmodells in wenigen Stunden oder Tagen abgeschlossen und für das Automobildesign verwendet werden. Im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Herstellungsverfahren kann mit 3D-Druck eine genauere Umwandlung von Zeichnungen in Objekte erreicht und der Herstellungszyklus erheblich verkürzt werden, wodurch die Fertigungseffizienz in der Automobildesignphase verbessert wird. Heutzutage verwenden viele Hersteller 3D-Drucktechnologie, wie beispielsweise BMW, Mercedes Benz usw.
In Bezug auf Rohstoffe
Mithilfe der 3D-Drucktechnologie lassen sich vielfältige Materialien, mechanische Eigenschaften und präzise Funktionsprototypen herstellen. So können Hersteller Probleme frühzeitig erkennen, Konstruktionen verbessern und die durch Fehler entstehenden Kosten senken.
Über Werkzeuge und Vorrichtungen
Der 3D-Druck bietet eine schnelle und präzise Methode zur Herstellung von Formen und reduziert die Kosten und den Zeitaufwand für die Herstellung von Formen erheblich. Daher haben Automobilhersteller ihre Produktionskapazität schnell gesteigert, die Effizienz verbessert und die Qualität verbessert.
Gleichzeitig kann der Einsatz von 3D-Drucktechnologien, wie etwa löslichen Kernen, Kohlefaserwicklungen und Spritzgusswerkzeugen, Unternehmen dabei helfen, eine schnelle und individuelle Anpassung von Formen in kleinen Chargen zu erreichen, die Produktionskosten zu senken und die Produktentwicklungszyklen zu verkürzen.
Bei der Fertigung von Fertigteilen
Durch 3D-Druck können Automobilhersteller Teile in kleinen Stückzahlen anpassen und verarbeiten sowie komplexe Formen wie organische Formen, Hohlräume und Negativzeichnungen herstellen und fertigen. Die 3D-Drucktechnologie ermöglicht eine schnelle Herstellung komplex geformter Teile. Wenn während des Inspektionsprozesses Probleme festgestellt werden, müssen für den weiteren Druck nur Änderungen am 3D-Dokument vorgenommen werden.
Als Reaktion auf den rasanten Entwicklungstrend des 3D-Drucks in der aktuellen Automobilindustrie zeigt eine kürzlich vom weltbekannten Forschungsunternehmen Frost&Sullivan veröffentlichte Studie, dass der weltweite Markt für 3D-Druck im Automobilbereich bis 2025 ein Volumen von 4,3 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Tatsächlich erkunden Ford, BMW, Lamborghini, Volkswagen, General Motors, Porsche, Honda, Chrysler, Mercedes Benz, Audi und andere ständig verschiedene Möglichkeiten der 3D-Drucktechnologie.
In dieser Ära des rasanten technologischen Fortschritts ist die Disziplin des „3D-Drucks“ zu einem heißen Thema geworden und wird in verschiedenen Branchen weithin angewendet. Dazu gehört auch die Herstellung von Autos und deren Teilen. Bisher wurden nicht nur viele Komponenten wie Autofahrgestelle, Innen- und Außenverkleidungen im 3D-Druckverfahren aus ABS-Kunststoff und Kohlefasermaterialien als Grundmaterialien hergestellt. Auch der Druck des „gesamten Fahrzeugs“ wurde mehrfach vorgestellt, wodurch die Druckzeit verkürzt, der technologische Inhalt verbessert und weltweite Aufmerksamkeit erregt wurde.
Zu den wichtigsten 3D-Druckverfahren zählen derzeit: Materialschmelzextrusion (FDM), Klebstoffsprühen (3DP), Materialtropfensprühen, Pulverstreuschmelzen, direkte Energieabscheidung, dünne Plattenstapelung (LOM) und lichtempfindliches Harzstreuen. Unter ihnen werden FDM-Technologie, Pulverstreuschmelztechnologie, SLA-Technologie und andere Technologien in der Automobilherstellungsindustrie eingesetzt und sind nicht auf Automobilkomponenten beschränkt. Viele Unternehmen haben auch begonnen, mutig „ganze“ Autos zu drucken.
Die Vorteile des 3D-Drucks
Im Vergleich zur traditionellen „subtraktiven Fertigung“ (wie CNC) besteht der Vorteil des 3D-Drucks darin, dass er automatisch Teile beliebiger Form anhand von Computergrafikdaten konstruieren kann, wodurch die Entwicklung und der Formenbau komplexer Strukturkomponenten entfallen. Dies verkürzt den Entwicklungszyklus neuer Produkte und spart viel Personal, finanzielle Ressourcen und Zeit. Daher sind die Herstellungskosten niedriger, der Entwicklungszyklus kürzer und die Produktionseffizienz höher. Darüber hinaus kann die Verwendung der 3D-Drucktechnologie zur Überprüfung der Zusammenbaubarkeit von Produkten in den frühen Entwurfsphasen Konstruktionsfehler, komplexe Komponenten oder die Machbarkeit des Prototypendesigns rechtzeitig erkennen.
Der Vorteil des 3D-Drucks liegt in der Herstellung komplexer, kleiner und schwer herzustellender Komponenten! Theoretisch sind die Massenproduktionsgeschwindigkeit und -kosten der 3D-Drucktechnologie nicht hoch, aber sie kann Materialien von Grund auf neu ansammeln, sich von traditionellen Prozessbeschränkungen lösen und Produkte jeder Form herstellen. Wenn es beispielsweise notwendig ist, komplexe, aber hochpräzise Teile herzustellen oder hohle, dünnwandige Teile herzustellen, kann die 3D-Drucktechnologie dieses Problem lösen. Der wichtigste Punkt ist, dass der 3D-Druck es ermöglicht, die Teileproduktion nicht durch Prozesse einzuschränken und sich mehr auf Ideen zu verlassen. Je neuartiger und schwieriger es ist, Teile mit herkömmlichen Methoden zu verarbeiten, desto besser eignen sie sich für den 3D-Druck. Bei diesem Verfahren ist die Kostensenkung im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren auch der attraktivste Aspekt des 3D-Drucks für Benutzer.
Aktuelle Phase der Bewerbung
Im Vergleich zur traditionellen Automobilindustrie ist die Produktion der 3D-Drucktechnologie noch relativ gering, was eine Produktion im großen Maßstab fast unmöglich macht. Darüber hinaus ist es aufgrund der Notwendigkeit, Sicherheit und andere Faktoren abzuwägen, schwierig, Produktqualität und Kosten in Einklang zu bringen, was zu den derzeit hohen Herstellungskosten von 3D-Autos führt.
Derzeit eignet sich der 3D-Druck eher für Design und Fahrzeugforschung und -entwicklung sowie für die Einzelstück- und Kleinserienproduktion, wie etwa die Einzelstückfertigung kompletter Fahrzeugschlammmodelle, Karosserien, Fahrgestelle, Synchronisations- und Gummiteile.
In Bezug auf das Design bietet die 3D-Drucktechnologie die Eigenschaft des Rapid Prototyping, was es Automobilherstellern ermöglicht, sie für die Forschung und Entwicklung des Karosseriedesigns zu nutzen. Im Vergleich zur traditionellen manuellen Fertigung kann der 3D-Druck eine genauere Umsetzung von Zeichnungen in Produkte erreichen, den Fertigungszyklus verkürzen und die Fertigungseffizienz in der Automobildesignphase verbessern. Heutzutage haben viele Automobilhersteller den 3D-Druck für die Designs von Mercedes Benz eingesetzt.
In Bezug auf Teile kann der 3D-Druck auch eine schnelle Herstellung von Produkten mit komplexen Formen ermöglichen. Im traditionellen Automobilbau ist die Produktentwicklung normalerweise ein langwieriger Prozess. Im Prozess der Produktentwicklung und -prüfung müssen auch einige Formen hergestellt werden, was sowohl zeitaufwändig als auch teuer ist. Wenn ein Problem auftritt, dauert auch das Ändern der Komponenten lange. Der 3D-Druck kann eine schnelle Herstellung von Teilen mit komplexen Formen ermöglichen. Wenn während des Inspektionsprozesses Probleme festgestellt werden, müssen nur Änderungen am 3D-Dokument vorgenommen werden, um es erneut zu drucken. Man kann sagen, dass der 3D-Druck in Zukunft die Herstellungskosten von Teilen erheblich senken und die Produktionseffizienz verbessern kann.
Die Integration von 3D-Drucktechnologie und CNC-Technologie
Obwohl der 3D-Druck traditionelle komplexe Herstellungsprozesse erfolgreich vereinfacht und Probleme im Bereich der Materialien gelöst hat, müssen bei der Erweiterung seines Anwendungsbereichs noch viele dringende Probleme gelöst werden. Gleichzeitig wird er auch durch technologische Ausrüstung, neue Materialien, Designsoftware, Qualität und Sicherheit sowie das öffentliche Umfeld eingeschränkt und beeinflusst.
Darüber hinaus kann der 3D-Druck die traditionelle CNC-Technik nicht ersetzen, da beide ihre eigenen Stärken haben. Ersterer ist genauer als letzterer, während letzterer komplexer als CNC ist. Als wichtige Ergänzung zu herkömmlichen Verfahren besteht die Hauptfunktion des 3D-Drucks nicht darin, diese zu ersetzen, sondern zu ergänzen. Daher ist die Kombination mit CNC-Technologie eine gute Wahl.