Автомобильная тематика знакома и близка многим. Мы любим смотреть на красивые и быстрые автомобили, а некоторые счастливчики управляют такими автомобилями или их создают.
Сегодня поговорим о применении технологии 3D печати и 3D сканирования в автомобилестроении.
Мы не будем рассматривать амбициозные и спорные проекты компаний по печати автомобиля целиком, а рассмотрим более простое и доступное применение данной технологии.
Печать изношенных или сломанных деталей, изготовленных из пластиков
Клиенты неоднократно обращаются с заказами на печать заглушек на колесные диски с уникальной эмблемой или на замену потерявшимся. Также люди ищут замену изношенных шестерен в привод стеклоподъемников или элементы салазок люка.
Часть крепления для дворников
Подобные узлы, установленные во многих дорогих автомобилях, часто продаются в сборе с остальными узлами, неким модулем. Само собой данные запчасти не могут стоить дешево, и в данном случае технология 3D печати отлично подходит для решения задачи.
Автомобильная крышка на диск
Клипса внутренней обшивки Nissan
Заглушки колесных дисков Work Equip
Втулки на автомобиль
Стоит упомянуть, что не все детали могут быть распечатаны на обычном 3D принтере без растворимых поддержек из-за сложной геометрии модели. Печатаемая модель может иметь множество тонких элементов, которые могут сломаться во время печати или непосредственной эксплуатации. Благо подобных деталей подавляющее меньшинство и они встречаются крайне редко.
Все, что вам необходимо, чтобы выполнять подобные заказы:
- Недорогой 3D принтер, способный печатать ABS и Nylon пластиками. Само собой правильно настроенный и откалиброванный
- Знание и умение работать в любой из программ трехмерного моделирования. Для моделирования технических моделей лучше всего подходят такие CAD системы, как SolidWorks, Autodesk Inventor или “Компас”. При должном уровне знания 3D редактора, время моделирования занимает не больше часа.
Печать декоративных элементов и элементов кузова, не несущих серьезную нагрузку
Пожалуй начнем с примеров амбициозных проектов:
Модель была сделана в программе TinkerCad и распечатана с помощью 3D-принтера Wanhao Duplicator i3 V2 . Сначала для такой работы был выбран материал PLA, но поскольку деталь будет использоваться в местах с высокой температурой было принято решение напечатать его при помощи материала Nylon. Деталь прекрасно подошла и была использована в автомобиле.
Печать логотипа Chrysler
Печать колец для ДХО на BMW X5
Прототипирование
Применение термовакуумной формовки и 3d-печати
При необходимости создания партии тонкостенных изделий простой формы, например обтекателей можно использовать термовакуумную формовку. Сначала изготавливается мастер модель, так называемый шаблон, это должен быть прочный, устойчивый к температуре материал, обычно используют дерево или специальные пластики, мастер модель фрезеруется, либо послойно нарезается на ЧПУ станке, во втором случае ее необходимо будет еще склеить и доработать шлифовальной машинкой. Когда шаблон готов, его укладывают на специальный станок, имеющий насос снизу, нагревательные панели сверху и специальную подвижную раму для крепления листового материала, после нагревания, материал опускается на шаблон, насосы откачивают воздух и после остывания лишний материал обрезается – изделие готово. Из плюсов тут можно назвать дешевизну, ЧПУ резка и листовой материал довольно дешевы, а подобный станок можно собрать даже самому в гараже. Из недостатков – можно изготавливать изделия только простых форм и только тонкостенные, чем больше детали нужно изготавливать, тем соответственно больше требований к насосам и нагревательным элементам, и они могут стоить уже довольно много.
Печать мастер моделей под последующее литье имеет довольно много преимуществ – без проблем можно изготовить зеркальные мастер модели, легкая доводка поверхности по сравнению, например с послойным изготовлением на ЧПУ. Для небольших изделий это идеальный вариант, поскольку печать их быстра и довольно дешева. Но на габаритных деталях, размером больше, например 20 см все уже не так радужно, уходит довольно много материала, печать может длиться несколько суток и появляются требования к температурному режиму внутри принтера, чтобы изделие не расслаивалось и не загибалось при печати, принтеры с большой областью печати стоят дороже небольших собратьев, а печать по частям требует соответственно склейки и обработки швов.
Вакуумная формовка деталей обвеса F-51 Red Wheels 3
3D-сканирование
Современные сканеры и средства автоматизированного проектирования позволяют создавать достаточно точные компьютерные модели. С помощью них возможно получить цифровую модель имеющегося узла, например элемент кузова (“обвеса”) автомобиля, или создать на ее основе новую. Имея цифровую модель, можно произвести любые прочностные, массовые или аэродинамические расчеты в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. А имея в распоряжении дешевый, “домашний” FDM принтер можно быстро получать макеты в натуральную величину, или уже готовые узлы для автомобиля.
3D сканирование сегодня находит широкое применение как в автомобилестроении, так и в последующем моддинге автомобилей. Основное применение в данном направлении, как несложно догадаться – создание цифровой копии элемента для последующего копирования, изменения или снятия замеров. Рассмотрим по подробней данные этапы.
Копирование – в современных автомобилях большое количество симметричных деталей, и они периодически ломаются или теряются, но купить их за приемлемую цену не всегда возможно. Используя небольшой стационарный сканер можно создать электронную копию например небольшой детали, отзеркалить ее и например распечатать на 3D принтере, или изготовить методом литья с большей прочностью и качеством поверхности. Используя ручные сканеры, тоже самое можно сделать и с крупными элементами кузова например.
Изменение – если вы хотите внести функциональную модификацию в существующий элемент, например добавить держатель для телефона к какому либо элементу приборной панели, используя сканирование, можно получить копию нужного элемента и затем смоделировать дополнительный элемент, а потом изготовить изделие.
Замеры – основное направление 3D сканирования в моддинге автомобилей. Не все элементы автомобиля можно легко замерить, радиусные поверхности, плавные изгибы, все это сложно поддается замерам и при изготовлении обвеса, ваше смоделированное изделие может просто не сойтись с самим автомомбилем и все придется переделывать. Сканирование же позволяет избежать подобных проблем, вы получаете достаточно точную копию поверхности автомобиля и можете примерять ваш обвес еще в цифровом виде и вносить нужные изменения непосредственно до изготовления.
Те кто профессионально занимаются изготовлением элементов моддинга обычно используют 3D сканирование для замеров поверхности и создания идеально подходящей к кузову модели, затем изготовляется мастер модель, методом 3D печати или послойной склейкой с ЧПУ станка, с этой мастер модели снимается форма в которую затем отливается полиуретановый пластик, он достаточно стойкий к внешней среде, прочный и прекрасно красится, с формы можно сделать множество отливок идеально подходящих к нужной модели автомобиля.
3D сканирование может отлично помочь в подобном направлении деятельности, большинство элементов кузова имеют округлые сложные для измерений формы, которые прекрасно может захватить 3D сканер и обмерить машину можно будет непосредственно в программе 3D моделирования, а не ползая по ней с рулеткой. К тому же это достаточно быстро, на сканирование автомобиля ручным сканером уходит 1-2 часа времени. К сожалению сканеры низкой ценовой категории для таких целей обычно не подходят, так как точность их слишком невелика, а вот сканеры средней цены такие как Shining 3D EinScan-Pro или Artec Eva Lite для подобных целей подходят прекрасно.
3D-сканы креплений для датчиков на Land Rover
3D-сканы кузова на УАЗ
Используемое оборудование:
3D-принтеры для печати небольших изделий (FDM)
Для печати небольших изделий в отличном качестве прекрасно подойдут такие 3D-принтеры, как Picaso 3D Designer , Ultimaker 2+ , которые прекрасно себя зарекомендовали.
3D-принтер Picaso 3D Designer
Цена: 117 500 рублей; Технология печати: FDM; Область печати: 200х200х210; Материалы: ABS , PLA , HIPS , ASA , ABS/PC , NYLON , PET
Picaso 3D Designer – 3D принтер от российской компании PICASO, в котором используется технология, позволяющая печатать с рекордно высокой точность в 50 микрон!
Picaso 3D Designer разработан таким образом, что вся механика скрыта за изящным и эргономичным корпусом. Picaso 3D Designer с легкостью впишется в интерьер рабочего кабинета, мастерской или учебного класса. Принтер имеет довольно компактные размеры 365×386×452 мм, что немаловажно для устройств, ориентированных на персональное использование.
Ultimaker 2 Plus
Ultimaker 2 Plus - 235 000 рублей; Технология печати: FDM; Область печати: 223 x 223 x 205; Материалы:
Трехмерная печать открывает невиданные ранее горизонты в сфере производства. Возможно, уже через несколько десятилетий можно будет просто взять и распечатать любой предмет или устройство в специальном салоне или даже дома. не исключено, что среди распечатываемых вещей окажутся и автомобилию. Во всяком случае уже сегодня их создают при помощи 3D-принтеров.
1. Shelby Cobra 56
Автомобиль Shelby Cobra 56 был почти полностью распечатан на промышленном трехмерном принтере. Исключительность этой машины заключается в том, что на сегодняшний день она один из самых убедительных кандидатов на массовое производство. Этот автомобиль современен, легок и весьма мощен.
2. Strati
Автомобиль Strati, распечатанный на 3D принтере, на сегодняшний день существует всего в одном экземпляре и по сути является концептуальным. Разработан этот малыш был сводной группой исследователей из целого ряда университетов. Отличительной особенностью модели является высокий коэффициент печатных деталей, возможно даже самый высокий на сегодняшний день (около 85% распечатано).
3. Blade
Сложно поверить, но стиляга с символическим названием Blade тоже создавался при помощи технологии трехмерной печати. К сожалению, количество печатных запчастей в нем не так многочисленно (около 25%), как в других претендентах. С другой стороны, Blade нельзя не отметить еще и потому, что этот автомобиль стал первым распечатанным спорткаром. До 100 км\ч этот прототип разгоняется за 2.5 секунды.4. Light Cocoon
Немецкий экспериментальный автомобиль Light Cocoon был представлен на последнем Женевском автосалоне. Машина была создана при помощи 3D печати. В машине по большей части примечателен ее дизайн. Нельзя ни обратить внимание на специфическую подсветку кузова, которая заставляет выглядеть корпус, как органическую структуру.
5. Lotus 340r
Еще один экспериментальный автомобиль - Lotus 340r с достаточно высокой степенью используемых печатных деталей. Здесь их более 40%, что не так уж и много на первый взгляд. В оправдание стоит добавить, что машина является одной из первых печатных, так как появилась еще в далеком 2002 году.
6. GENESIS
Футуристический автомобиль GENESIS и на автомобиль то не очень похож. Куда больше это похоже на какое-то яйцо или кокон. Форма кузова была выбрана не просто так. Концепт позиционируется, как один из самых безопасных для водителя в условиях ДТП. По количеству печатных деталей GENESIS абсолютный рекордсмен, на принтере было создано буквально все – 100%.
7. LM3D
В отличие от предыдущего претендента, автомобиль LM3D имеет все шансы оказаться на рынке или точнее все шансы оказаться на рынке имеют будущие модели, производные от LM3D. В конце концов, машина была создана еще два года тому назад. Ничего фантастического в LM3D, образец до ужаса «практичен», есть все, что должно быть в современном автомобиле. При этом коэффициент печатных запчастей достигает 75%, что является «зрелым» результатом для конструкторов.
8. Soulmate
Другой красавчик Женевского автосалона 2016 – Soulmate. Машина также является концептуальной. Печатных деталей в ней всего 50% от общего числа, с другой стороны Soulmate балует шикарным набором гаджетов и расширенным функционалом.
9. StreetScooter с-16
Недавно представленный StreetScooter с-16 можно считать почти идеальным средством городского передвижения. Машина является печатной на 75% вдобавок к этому, работает на электродвигателе. Имеет неплохие ездовые качества. Способна похвастаться почти всем, кроме привлекательного дизайна.
10. UrbeeManufacturer
Автомобиль UrbeeManufacturer является одним из первых печатных автомобилей в мире. Помимо футуристического дизайна эта модель хвастается не менее футуристической топливной системой, которая работает на биотопливе. Предназначен автомобиль преимущественно для городской езды.
Достойным дополнением этого списка станет .
Технологии 3D печати давно и прочно обосновались во многих сферах производства. Космическая, медицинская, военная, автомобильная и многие другие отрасли постоянно и успешно применяют 3D моделирование и проектирование в своих новых разработках. Конечно, до серийного выпуска большинства изделий еще далеко, в связи с низкой скоростью печати, но это всего лишь вопрос времени и этому есть много подтверждений.
История вопроса
Попытки использовать 3D печать для создания автомобилей предпринимаются уже давно. Среди них можно отметить следующие.
Umbree от Kor Ecologic
В 2010 году на мотор-шоу SEMA в Лас-Вегасе был представлен продукт четырнадцатилетнего труда компании Kor Ecologic – автомобиль Urbee .
Начиная свои исследования в 1996 году, Джим Кор, основатель фирмы, заложил в основу проекта создания легкого, экономного и безопасного агрегата, который смог бы изменить взгляд на автомобилестроение. Надо сказать, ему это удалось. Модель, представленная в 2010 году, имела три колеса и состояла из 40 основных деталей, в то время как современные автомобили имеют их больше 20 000. Они напечатаны на 3D принтере Fortus 900mc компании Staratsys, которая стала крупным партнером и соинвестором проекта. Автомобиль оснащен небольшим двигателем внутреннего сгорания на 5 лошадиных сил и мощным электромотором. Средний расход топлива на трассе составлял 1,2 литра на 100 км, а максимальная скорость около 120 км/час.
Сегодня Kor Ecologic работает над усовершенствованной трехколесной моделью, которая станет на треть легче (550 кг), будет иметь двигатель на 7 лошадиных сил и получит более обтекаемый корпус. Стоимость прототипа составляет около 50 тыс. $, а на его 3D печать уходит около 2500 часов. Для привлечения всеобщего внимания в 2015 году Кор собирается проехать 4600 км через всю Америку на 38 литрах топлива, но для этого ему нужно будет найти 1 млн. $, который он планирует получить от инвесторов и простых людей.
Strati от Local Motors
Совсем недавно, на выставке International Manufacturing Technology Show (IMTS) в Чикаго, которая проходила в середине сентября 2014 года, компанией Local Motors был представлен «первый в мире автомобиль, распечатанный на 3D принтере».
Strati – автомобиль от Local Motors, распечатанный на 3D принтере
Он также и Urbee состоит из 40 деталей, но почему же его называют «первым»? Дело в том, что такой автомобиль впервые был напечатан за 44! часа, а по заявлениям компании в течение ближайших месяцев они собираются сократить время до 24! часов. Для изготовления был использован специальный BAAM принтер компании Cincinnati Incorporated, аддитивная технология FDM компании StratSys и ABS-пластик укрепленный углеродной нитью.
Как проходил процесс 3D печати можно посмотреть на видео
Максимальная скорость Strati составляет 64 км/час, а максимальный пробег находится в диапазоне от 190 до 240 км. До конца 2014 года автомобиль планируют запустить в серийную продажу, стоимость его будет составлять 18-30 тыс. $, в зависимости от комплектации. Стоит отметить, что напечатаны были далеко не все детали, механические узлы, такие как аккумулятор, подвеска, двигатель были взяты из Renault Twizy.
После завершения 3D печати специалисты компании собрали автомобиль и устроили тест-драйв.
Как можно заметить, на видео некоторые детали выполнены довольно грубо – это последствия ускорения процесса печати. В целом же – это хороший наглядный пример степени развития технологий 3D печати.
Сегодня Local Motors уже провела конкурс на лучшую модель для будущего серийного производства, в котором участвовали 200 претендентов со своими эскизами. Победил вариант уличного спорт-автомобиля с названием SF-01 Street Fighter . Ну что же, остается только ждать его появления.
Подробнее о технологии FDM
FDM (Fused Deposition Modeling) – это одна из технологий послойного воспроизведения 3D модели при помощи компьютера и 3D принтера. Данная технология была разработана компанией StratSys (США) около 20 лет назад. В отличие от большинства методов 3D печати здесь материал построения передается непосредственно в точку печати, где через подогретый экструдер производится его выдавливание и закрепление на стенке модели. Так слой за слоем «выращивается» готовое изделие и деталь за деталью собирается автомобиль.
В качестве материала используется АБС-пластик – тот же материал, из которого производятся детали конструктора LEGO. Он обладает следующими свойствами:
- Высокая эластичность и ударопрочность.
- Нетоксичность.
- Долговечность.
- Кислотостойкость.
- Стойкость к моющим средствам и щелочам.
- Термостойкость, выше 100°C.
- Большой диапазон эксплуатационных температур, от -40 до +90°C.
Для придания дополнительной прочности принтеры используют этот материал в виде композита, смешанного с углеродной нитью, что придает характеристики, не уступающие материалу многих марок современных автомобилей.
Будущее 3D печати автомобилей
Касаемо ВААМ 3D принтеров можно заметить, что технология аддитивного производства большого разрешения (Big Area Additive Manufacturing) не нова, в данном случае просто были увеличены размеры принтера во много раз. Пока что, такие технологии практически уперлись в свой потолок скорости, которую можно увеличивать только уменьшением точности печати (увеличением толщины слоя) и добавлением большего количества печатающих головок, что очень сложно в конструктивном плане.
С этой точки зрения более прогрессивными выглядят методы не точечного нанесения материала через сопла или экструдер (Direct Deposition) , а нанесение сразу целого слоя материала (Bed Deposition), сплавляемого лазером, скорость движения которого огромна и не требует механического перемещения печатающей головки.
Впрочем, остается только ждать новых концептуальных прорывов в технологиях 3D печати. И, учитывая скорость современного технического развития, возможно в ближайшем будущем мы увидим людей, которые ездят на оригинальных автомобилях, сделанных по собственным эскизам.
Н е так давно компания Daimler-Benz запустила промышленную 3D печать металлических компонентов из легких сплавов. Например, корпуса термостатов делают именно таким образом. Причем деталь получается практически готовой, не требуя дополнительной обработки, только снятие технологической опоры. А пластиковые детали «печатают» уже давно.
Самое время разобраться, что такое 3D печать, какая она бывает, и из чего сделаны детали, созданные с ее помощью. И главное, чем нам грозит применение новых технологий в ближайшем будущем.
Нельзя сказать, что 3D печать - технология новая и неизвестная. Появилась она более 30 лет назад, а сейчас печать металлических деталей в больших масштабах используется в медицинской промышленности для создания биопротезов, в ювелирном деле и даже в авиации.
Не обошлось без этой технологии в деле изготовления опытных образцов автомобильной промышленности. Солидная часть опытных образцов машин на выставках и тестовых экземплярах произведена с использованием этой технологии в той или иной степени. Причем применяется она как для создания уже «готовых» изделий - разрешение 3D принтера позволяет готовую продукцию - так и для последующей высокоточной механической обработки. Так создают детали цилиндропоршневой группы перспективных моторов или коробок передач.
Себестоимость «напечатанных» деталей
Традиционно считается, что цена печати металлических, да и пластиковых деталей на 3D принтере намного выше, чем цена «обычного» производства. Но ситуация меняется, и себестоимость производства и поставки традиционными путями и непосредственная печать подошли к границе, после которой ситуация изменится необратимо.
Надо заметить, что цена любой вещи в нашем окружении вовсе не равна ее себестоимости. И даже не себестоимости вместе с прибылью производителя. В цене заложена стоимость поставки, логистики, а часто еще и длительного хранения. Все эти факторы вместе повышают цену в несколько раз, а в случае с недешевыми крупными деталями, требующими особых условий хранения и транспортировки - даже на порядок или два. И это мы даже не пытаемся учитывать расходы на маркетинг, поддержку и разработку.
В общем, традиционное производство действительно максимально эффективно, особенно при больших объемах выпуска. Но сама система поставки нужных компонентов уже куда сложнее, и потому появляются ниши, в которых крайне эффективной оказывается технология, позволяющая производить детали малыми объемами непосредственно на месте производства. В том числе, в единственном экземпляре или с многочисленными модификациями. Например, с помощью 3D принтера…
Изготовить редкий вариант одной из деталей автомобиля при наличии чертежа куда проще, чем искать компоненты в хорошем состоянии на авто двадцатилетней давности. Особенно если деталь одна из самых часто ломающихся, а машина редкая. С использованием 3D сканирования можно создать образ детали «по сохранившимся обломкам» или на основе зеркального ее варианта.
 |
 |
 |
Ещё очень удобно вносить изменения: усилить слабое место корпуса, убрать лишние элементы или еще что-то подобное… И главное, не нужно создавать запас деталей, которые может быть, никогда не пригодятся. Будет достаточно материала, принтера и 3D модели в цифровом виде.
Основные поставщики программных CAD- продуктов давно оптимизировали их для работы с технологиями трехмерной печати, так что впервые реализуется идеальная формула производства: из чертежа сразу в готовое изделие. А ведь литье и мехобработка требуют множества дополнительных усилий, создания различных приспособлений и инфраструктуры… С трёхмерной печатью же получается почти «по щучьему велению» - и вот готовое изделие.
Массовое производство также имеет множество «экологических ниш» для 3D технологии. Объемные детали сложной формы, например, по цене могут оказаться даже дешевле, чем произведенные классическим способом с помощью литья или из цельной заготовки. Особенно если речь идет о размерах более метра при высокой точности изготовления.
Тонкостенные детали из легких сплавов также может оказаться дешевле «напечатать», чем отлить. Это не говоря уже о производстве пластиковых элементов и деталях малых серий. С развитием новых технологий появится возможность заметно улучшить пассивную безопасность машин за счет введения узлов с идеальным расчетом энергии поглощения, использовать куда более компактное расположение агрегатов и вообще дать волю фантазии.
Отношение к 3D печати как к «несерьезной» технологии пора оставить в прошлом. Произведенные с ее помощью металлические детали по прочностным характеристикам не уступают обычным литым, хотя используют несколько более дорогие сплавы. Но цена материала выше обычно на 15-20%, а потери при печати меньше в несколько раз. Да и с размерами все отлично, в Амстердаме «печатают» настоящий пешеходный мост длиной порядка 30 метров.
Материалы для 3D печати
Основная масса деталей, разумеется - пока пластик, но сплавы металлов и различные виды бетона также используются при 3D печати. Для автомобильной промышленности интереснее всего именно пластик и металлы. И выбор материалов достаточно большой. Наиболее перспективны для применения сталь и алюминий, но в машинах много электрических узлов, проводников сложной формы и других элементов, для которых пригодилась бы медь.
Из металлов в 3D печати самым популярным остается титан. У него отличные прочностные характеристики, и он востребован в сфере протезирования, в космической и авиапромышленности, которые пока лидируют по применению интересующей нас технологии.
Нержавеющая сталь с высоким содержанием кобальта и никеля также отлично подходит, и целый ряд промышленных принтеров работает с этим материалом, благо он сравнительно недорог. Конечно, он в разы дороже самых дешевых сортов стали, но, тем не менее, заметно дешевле цветных металлов. А прочность изделий из стали вам наверняка известна.
Алюминий как материал для 3D печати набирает популярность. Изделия из него легкие, обладают хорошей стойкостью к коррозии на открытом воздухе, плюс он удобен в обработке и опять же недорог. Сравнительно невысокая начальная цена установок, работающих с этим материалом, также важна. Он используется в «домашних» технологиях металлической 3D печати, доступных малым предприятиям. К сожалению, в порошковом состоянии он взрывоопасен, как, впрочем, и титан.
Кобальт-хром и инконель - это примеры специализированных сплавов для 3D принтеров стоматологического, медицинского и аэрокосмического назначения. Подобных материалов становится все больше. Специальные материалы для новой технологии будут появляться и дальше, по мере развития технологии потребуется занять все больше ниш.
Медь, золото, серебро - также весьма распространенные материалы для 3D печати. Разумеется, пока это в основном печать ювелирных изделий. Но медь и серебро также нашли применение как материал для изготовления монтажных плат для электроники. Правда, для этого часто используется не «настоящий 3D », а эдакий «2,5D» принтер, создающий детали с высотой рельефа в пределах нескольких миллиметров на керамической подложке.
Технологии 3 D печати
Что касается технологий, то для массового производства актуальнее всего наиболее дорогие EBM и DED технологии. За непонятными аббревиатурами скрываются Electron Beam Manufacturing (формирование изделия из порошкового металла под воздействием пучка электронов) и Directed Energy Deposition (осаждение металла из порошка или проволоки под воздействием лазерного луча или плазменной дуги). Обе технологии позволяют создавать изделия с качеством металла выше, чем у литья, с идеально однородной структурой и с высокой точностью.
EBM формирует расплав в строго определенной зоне, а DED буквально «выбивает» расплавленный металл на нужную поверхность. Обе технологии могут использоваться не только для создания новой детали, но и для восстановления уже существующей. Обе технологии позволяют менять состав материала в объеме, делать поверхность тверже основы, упрочнять особо уязвимые места и тому подобные «фокусы».
Основная проблема - скорость работы. Так, серийная машина Insstek MX3 с технологией DED имеет рабочую зону размером 1000 x 800 x 650 мм с толщиной слоя в 0,089-0,203 мм, а скорость работы порядка 2 слоя в минуту. Альтернативный Arcam Q 20Plus имеет рабочую зону 350 х 380 мм, точность изготовления детали до 140 нм и скорость работы порядка 4 литров объема детали в час.
Более массовая и менее точная технология SLM /DMLS тоже имеет хорошие перспективы. Именно технология SLM - selective laser melting , то есть, выборочное лазерное плавление, применена компанией Mercedes-Benz для производства автомобильных компонентов. Родственная технология SLS - selective laser sintering, что означает «выборочное лазерное спекание», применяется для пластмассовых деталей.
Причем компания собирается таким образом поставлять детали не только для новых, но и для своих классических автомобилей. И это будет настоящий «оригинал», только абсолютно новый и прошедший все тесты. Все эти технологии основаны на послойном спекании объема порошка лазерным лучом. Качество материала в этом случае ниже, чем у EBM /DED технологий, и деталь будет строго однородной. Но, тем не менее, на выходе качество не ниже, чем у обычного литья и штамповки.
Техпроцесс DMLS достаточно прост. В рабочую камеру подается необходимое количество металлического порошка, его слой разравнивается дозатором и удаляется лишний материал. После чего лазер «запекает» материал по необходимому контуру, а лишний материал опять же удаляется. Снова и снова, цикл за циклом, с точностью порядка 20 микрон и с толщиной слоя до 100.
Технология безотходная и достаточно быстрая. Уже доступны серийные принтеры, имеющие скорость выше 9 килограммов в минуту, а возможности распараллеливания процесса позволяют значительно ее повысить. Вот только стоимость оборудования растет в геометрической прогрессии вслед за габаритами деталей. Именно по такой технологии изготовлены из сплава инконель детали двигателя Super Draco (в частности, камеры сгорания) компании SpaceX Илона Маска, который автомобилистам больше знаком как создатель Tesla .
Для небольших объемов неплохо подходит куда более дешевая технология Binder Jetting. Эта технология интересна тем, что применяется для создания не только металлических деталей. Деталь по сути создается из частиц любого материала, склеенных между собой. Но если используется металл, то после создания ее можно «пропечь», и металлические частицы образуют единое целое. Качество материала, конечно, куда ниже. Но технология заметно дешевле остальных и позволяет создавать детали из композиций материалов.
Схожая технология используется в самом доступном 3D принтере для печати металлических деталей - Mini Metal Maker, ценой порядка 1 600 долларов. Правда точность уже не 20 и не 100 микрон, а не менее 500. Зато размеры почти не ограничены, ведь не требуется ни вакуум, ни особая среда в рабочей области.
Что в итоге?
Прогресс в области трехмерной печати идет настолько быстро, что в течение буквально десятка лет возможна революция в области производства автокомпонентов и логистики при ее обслуживании. Вряд ли появится возможность «распечатать» себе машину, но то, что традиционный рынок запчастей постепенно исчезнет – это наверняка.
Мы будем вспоминать уже не качество поставщиков, а качество принтеров и цифровых моделей. Узнаем, что такое DRM применительно к чертежам деталей. Ну и сможем, наконец, изготовить нужную деталь «точно такую же, но из золота и с рубинами». А какие возможности откроются у тех автолюбителей, которые не прочь что-то изменить в машине куда более кардинально! В общем, нас ждут интересные времена. Берегите себя.
Верите ли вы в то, что за 3D печатью будущее автоиндустрии?
3D-модель длиной 10 см, напечатанная на принтере Objet260 Connex, позволяет убедиться в сбалансированности пропорций концепт-кара
«Урезанные» аэродинамические модели, распечатанные на 3D-принтере Objet260 Connex, готовы к аэродинамическим испытаниям
Шасси концепт-кара: колеса вращаются и поворачиваются как у полноценной игрушечной модели
Одновременное использование различных материалов при 3D-печати дало возможность в один заход получить реалистичные колеса
Художественная визуализация финальной модели автомобиля
Компания, которая специализируется в области 3D-проектирования, представила проект «Bleu», целью которого стало создание собственного, фирменного концепт-кара с нуля, чтобы продемонстрировать новейшие технологии моделирования, реализованные в САПР-пакете.
Проект «Bleu» осуществлялся подразделением Dassault Systèmes — CATIA design — на протяжении всего 2013 года. Была сформирована целая команда, состоящая из креативного дизайнера, двух специалистов по концептуальному моделированию, двух экспертов в области визуализации, двух специалистов по моделированию поверхностей класса А и одного разработчика механических моделей. Важную роль в проекте сыграло использование 3D-принтера для мультикомпозитной печати — Objet260 Connex. Все модели, полученные в ходе проекта «Bleu», прошли пять этапов разработки.
На первом этапе команде проектировщиков предстояло попробовать себя в создании миниатюрных моделей. Длина напечатанных на 3D-принтере прототипов составляла всего 5 см. Эти модели позволили команде выявить основные недостатки конструкции перед тем как продолжить дальнейшую разработку. На втором этапе участники команды использовали 3D-модели длиной 10 см для изучения и проработки пропорций концепт-кара. Напечатанные модели позволили убедиться, что с точки зрения объемного восприятия и пропорций все элементы дизайна тщательно сбалансированы и отлично сочетаются друг с другом.
Третий этап проекта — изготовление аэродинамической модели (speedform model), необходимой для исследования ее аэродинамических свойств. У этой модели отсутствуют детали — колеса, зеркала, интерьер, а сама она должна пройти испытания в аэродинамической трубе. После тестов в аэродинамической трубе обновленная и усовершенствованная модель концепт-кара «Bleu» выросла до 26 см, то есть теперь она занимала весь лоток принтера Objet260 Connex. На этом этапе у модели появились новые детали — зеркала и бамперы.
На заключительном этапе проекта «Bleu» была распечатана полностью функциональная модель концепт-кара. Инженеры внесли изменения в конструкцию шасси, чтобы колеса могли двигаться, как у настоящего автомобиля. Проектирование нового шасси осуществлялось в приложении CATIA Natural Shape, которое позволило быстро разработать конструкцию.
Для печати элементов конструкции концепт-кара на 3D-принтере инженеры «Bleu» использовали несколько видов материалов PolyJect, в том числе черный эластичный TangoBlackPlus для изготовления покрышек, твердый матово-белый VeroWhitePlus для печати шасси и прозрачный VeroClear для изготовления окон.
По материалам Dassault Syst? mes