Zpět

Funkčnost, složitost a flexibilita 3D tisku dosáhla v roce 2010 nových rozměrů. Možnosti aditivní výroby v průmyslovém měřítku v automobilovém průmyslu, která byla dříve považována za užitečnou pouze pro estetické prototypy, byly zaznamenány ve zprávě společnosti PwC pro rok 2020, která ji zařadila mezi pět nejvýznamnějších nastupujících digitálních technologií, které by mohly podpořit výzkum a vývoj.

Podle společnosti Market Research Future se v celosvětovém měřítku trh s 3D tiskem pro automobilový průmysl v letech 2022 až 2030 více než ztrojnásobí – z 2,97 miliardy USD na 9,7 miliardy USD. S jeho růstem začínají některé společnosti tuto technologii prosazovat jako efektivní řešení několika výzev v oblasti výzkumu a vývoje a výroby v éře elektromobilů (EV). Například výrobce polovodičových baterií Sakuu začleňuje 3D tisk do gigafactory a tvrdí, že může fungovat s o 23 % nižšími kapitálovými náklady, o 44 % menší plochou továrny a o 69 % méně procesními kroky než standardní lithium-iontové závody.

Baterie jsou však jen špičkou ledovce. „3D tiskárny umožňují komukoli vyrobit cokoli,“ tvrdí Derek Vilim, produktový manažer pro hardware ve společnosti Formlabs, která vyvíjí technologie 3D tisku. Díky tomu, že aditivní výroba umožňuje rychlou tvorbu prototypů, funkční integraci součástí a rychlejší uvádění na trh, může být pro budoucnost automobilového průmyslu neocenitelná.

Svoboda designu

V době psaní tohoto článku prodala společnost Formlabs více než 100 000 profesionálních 3D tiskových strojů, na kterých její zákazníci vytiskli přibližně 100 milionů dílů. Ačkoli schopnost vytisknout 3D tiskem celý automobil zůstává vzdálenou ambicí, Vilim věří, že tradiční výzkum a vývoj vozidel je zralý na inovace prostřednictvím aditivní výroby.

„Tradiční metody jsou pomalé a nákladné, vyžadují značné zdroje a zpětné kroky k vytvoření nových nástrojů, prototypů a návrhů,“ říká. Existují také výrobní omezení, například omezené vnitřní geometrie pro konstrukci součástí. „Díky 3D tisku mohou týmy výzkumu a vývoje testovat a inovovat v kratším čase, s větší volností při navrhování a s nižšími náklady.“ V roce 2022 výzkum Fraunhoferova institutu pro aditivní výrobní technologie zjistil, že optimalizovaný 3D tisk může snížit výrobní náklady na závěs dveří automobilu o polovinu ve srovnání s použitím CNC soustruhu.

 

3D tisk umožňuje konstruktérům rychle vytvářet prototypy automobilových dílů a ověřovat jejich uchycení, tvar a funkci před finální výrobou. Tím odpadají dodatečné náklady na tradiční výrobní přestavby, které podle odhadů společnosti 3DEO, zabývající se 3D tiskem kovů, mohou v závislosti na aplikaci zvýšit celkové náklady o 25 000-100 000 USD. Vilim uvádí, že pomocí 3D tištěných forem lze snadno vyrábět konečné výrobky v malých objemech z plastů, silikonů, pryží, kompozitů nebo kovů. Pro dodavatele to zlepšuje ekonomiku krátkodobých zakázek a zakázek s vyšším rizikem. Zdůrazňuje však také, že aditivní výroba umožňuje, aby se více výzkumu a vývoje v automobilovém průmyslu provádělo ve vlastní režii namísto outsourcingu mnoha nebo všech fází. „Vlastní prototypování a výroba eliminuje dlouhé čekací doby u externě dodávaných dílů, což urychluje dobu uvedení na trh pro výrobce OEM.“

Flexibilita

Výzkum a vývoj v automobilovém průmyslu byl historicky omezen tím, co platforma PatSnap pro inovace označuje jako „neochotu ke změnám“ ve srovnání s jinými odvětvími, která jsou závislá na technologiích. Společnost to přičítá „velké závislosti na pracovní síle“ a snaze o efektivitu výroby. Tento postoj však může brzy ztratit platnost – mnozí v automobilovém průmyslu očekávají, že v příštím desetiletí bude trh výrazně odlišný. Flexibilita aditivní výroby je proto pravděpodobně její nejdůležitější vlastností pro budoucí výzkum a vývoj.

Vilim sdělil časopisu Automotive World, že jen stroje společnosti Formlabs dokáží tisknout z více než 40 materiálů, od elastomerových až po vysoce tuhé, houževnaté a odolné. Její schopnosti se navíc pravidelně rozšiřují – v květnu 2023 společnost uvedla na trh nehořlavou pryskyřici pro teplotně kritické projekty. „Uživatelé z automobilového průmyslu nyní mohou tisknout extrémně odolné díly, které vydrží dlouhodobě vysoké teploty,“ vysvětluje.

Případy použití ve výzkumu a vývoji, které zkoumá komunita uživatelů společnosti Formlabs, podtrhují šíři možností využití 3D tisku. Například konstruktéři společnosti Ford použili její technologii ke zkrácení doby výroby prototypů z týdnů na hodiny v rámci fyzikálního modelování SUV Puma. Španělský dodavatel automobilů Igestek využil aditivní výrobu k ověření geometrie prototypů a ověření návrhů při odlehčování komponent. Mezitím výrobce zakázkových koncepčních vozů Vital Auto využívá 3D tisk k tomu, aby přeměnil často základní nápady a specifikace výrobců OEM na plně realizované fyzické návrhy. Příkladem jsou větrací otvory, spínací sady, těsnění dveří a brzdové třmeny.

Transformace odvětví

Italsko-hongkongský výrobce XEV ve spolupráci s firmou Polymaker, která se zabývá 3D tiskem materiálů, vytvořil v roce 2018 první sériově vyráběný elektromobil s využitím aditivní výroby, LSEV. Cena tohoto vozidla se pohybovala mezi 5 000 a 8 500 USD – což bylo podle portálu Statista výrazně méně než tehdejší průměrná cena elektromobilů v Číně (20 000-40 000 USD). Vzhledem k tomu, že automobilky jako BMW, Volvo Cars, Porsche, Volkswagen a Mercedes-Benz veřejně zkoumají aditivní výrobu, mohl by výzkum a vývoj zahrnující 3D tisk brzy přinést srovnatelné úspory i zákazníkům v Evropě.

Ačkoli má General Motors speciální zařízení s 24 stroji pro 3D tisk, nedávný vývoj naznačuje, že by se mohlo jednat o určitou výjimku na americkém trhu. V květnu 2022 Bidenova administrativa ve své zprávě vyjádřila názor, že „dostatečný počet amerických společností nevyužívá 3D tisk ani jiné vysoce výkonné výrobní technologie“, a následně podpořila program AM Forward. Podle názoru Vilima bude tento dobrovolný pakt „klást větší důraz na začlenění technologie 3D tisku do pracovních postupů [amerických výrobců] s cílem zlepšit konkurenceschopnost amerických malých a středních výrobců, vytvořit vysoce placená pracovní místa ve výrobě a zlepšit odolnost dodavatelského řetězce“.

Výrobci OEM a dodavatelé, jsou hnací silou růstu aditivní výroby v automobilovém průmyslu, která umožňuje ekonomicky životaschopnou výrobu v krátkých sériích, což přináší větší přizpůsobení zákazníkům, snižuje náklady a zvyšuje odolnost dodavatelských řetězců. To, čeho bylo dosud dosaženo, však může blednout ve srovnání s jejím budoucím potenciálem. S tím, jak se výroba ve větších objemech stane životaschopnou a bude možné vyrábět složitější díly, očekává společnost Vilim hromadění digitálních zásob obsahujících návrhy, které lze vyrábět levně, rychle a na vyžádání. Za těchto okolností bude význam 3D tisku přesahovat rámec výzkumu a vývoje a pravděpodobně změní podobu automobilového průmyslu, jak jej známe.

 

Zdroj: automotiveworld.com