5 Toonaangevende Automerkken Die 3D-Printen Inzetten Om Productie Te Revolutioneren

3ERP heeft veel van de verschillende manieren behandeld waarop automobiel fabrikanten profiteren van de voordelen die 3D-printen naar voren brengt. Naarmate de technologie een meer mainstream voet aan de grond krijgt in de auto-industrie, nemen veel bedrijven nota, maar veel gebruiken het in verschillende capaciteiten en voor diverse doeleinden. Deze behoeften kunnen van alles zijn, van gereedschappen tot reservedeel/voorradenketenbeheer tot eindgebruiksonderdelen en zelfs volledige auto's.

Het is interessant om te zien hoe ver de technologie gekomen is, hoe het door de grote namen in de industrie wordt ingezet en waar ze het zien gaan voor hun toekomstige productieketten. Dit artikel heeft als doel inzicht te geven in de vele manieren waarop enkele van de grootste automobiel fabrikanten ter wereld 3D-printen in hun workflow gebruiken.

BMW

Aangezien de meeste 3D-printen gebruikt wordt voor kleinere volume productieruns, is er veel ruimte voor aanpassing en complexiteit toevoegen met de unieke elementen die 3D-printen toestaat. BMW is geen vreemde voor dergelijke vormgeving en productie, 3D-printen inzetten in pre-ontwikkeling, voertuigvalidatie, en testen, of in concept- en showauto's. Ze gebruiken de technologie voor grotere volumes, maar kleinere productieruns staan hen toe om producten precies aan de behoeften van hun klanten aan te passen.

Het bedrijf is productief in hun gebruik van additieve fabricage, notierend dat ze potentieel "grote toekomstige potentieel voor seriële productie en nieuwe klantenaanbiedingen" zien (volgens BMW's experts in Duitsland). Ze hebben de technologie gebruikt om zowel plastic als metaalcomponenten te verbeteren. Ze hebben het meest bekend samengewerkt met HP om producten op hun grootschalige productiesystemen te produceren.

Zoals veel andere bedrijven op deze lijst, gebruikt BMW het als een middel om onderdelen te produceren die andere technologieën niet kunnen creëren. Een goed voorbeeld hiervan is de i8 Roadster's top cover. Het maken van de bevestiging voor dit onderdeel zou niet mogelijk zijn geweest met een traditioneel gietproces. Naast het uitbreiden van de ontwerpmogelijkheden, is het 3D-geprinte auto-onderdeel duurzamer en weegt het ook minder dan eerdere iteraties.

Op dezelfde manier onthulde BMW de iFE.20 Formula E racer met een 3D-geprinte koelingsas geproduceerd uit vlasvezels. Het onderdeel werd getoond aan het einde van 2019. In vergelijking met de gebruikelijke koolstofmaterialen, heeft vlas een grotere absorptie en grotere impactsweerstand, wat voordelig kan zijn op de straatcircuits met hun botsen en crashbarrières, waarop Formula E plaatsvindt. Dit maakte het de eerste BMW raceauto die door een werkteam in de veld werd gezet met onderdelen gemaakt van hernieuwbare textielvezels, wat het ook milieu-vriendelijk maakt.

BMW's Handschoenen Met Beschermde Duim

Het bedrijf gebruikt 3D-printen ook voor gereedschappen en veiligheid. Een goed voorbeeld hiervan is de gespecialiseerde handschoenen die ze gebruiken om de stoppers voor afvoergaten af te werken. Deze stoppers moeten handmatig gezet worden met de vingers van de ingenieur, wat veel spanning op de duimen betekent. Gelukkig bedachten ze de 3D-geprinte oplossing die op de werkhandschoenen gepast kon worden.

Zelfs buiten hun werk aan hun eigen auto's, hebben de ingenieurs van het bedrijf een handje geholpen aan buitenprojecten. Een voorbeeld is de ontwikkeling van de op maat gemaakte 3D-geprinte stoelen voor het Britse Paralympisch Basketbalteam. Met 3D-lichaamsscans en de nieuwste additieve fabricage, bouwden BMW's ingenieurs een hele vloot rolstoelen waardoor spelers een meer geavanceerd niveau van atletische prestaties konden tonen.

Ford

Ford's Jigs & Fixtures

Wat de toewijding aan 3D-printen betreft, rent Ford kop in het omarmen van de technologie. Het bedrijf heeft een additief productiecentrum opgesteld en de operaties ervan uitgebreid in hun workflows. Wat het maken van plastic en metaal prints betreft, hebben ze een langlopend partnerschap met diverse bedrijven zoals Ultimaker, Stratasys en GE Additive, die machines leveren voor allerlei AM-toepassingen door de productieketen.

Ze gebruiken 3D-printen ook om kosten en tijd voor gereedschappen te verlagen, aangezien het bedrijf ontdekte dat het sneller was om hun eigen onderdelen op de faciliteit te maken dan te wachten op leveranciers en dergelijke dingen. Ze passen deze dezelfde principes toe op jigs en fixtures, die ze in faciliteiten over de hele wereld ontwikkelen.

Ze hebben hun 3D-printoperaties uitgebreid over de afgelopen decennia, het produceren van zowel metaal- als plastic componenten. Zoals het bedrijf stelt: "In de afgelopen decennia heeft Ford meer dan 500.000 onderdelen geprint en miljarden dollars en miljoenen uren werk bespaard. Waar het 4-5 maanden zou hebben gekost en $500.000 om een prototype te produceren met traditionele methoden, kan een 3D-geprint onderdeel in een paar dagen of uren geproduceerd worden tegen een paar duizend dollar."

Op dezelfde manier hebben Ford's diverse dochterbedrijven hun AM-kwaliteiten getoond, met name de ontwerpteams achter de Shelby GT500. Dit jaar 3D-printten ze de meest veelbelovende ontwerpen voor de nieuwe GT500 in een paar dagen, wat de verbeterings- en testfasen enorm versnelde. Dit tempo stelt hen in staat om de Shelby GT500 stapje voor stapje snel aan te passen, nieuwe fysieke ontwerpen met razendsnelheid binnen te halen. Ze ontwikkelden ook een nieuwe spoiler-vleugel hybride ontwerp dat het team 'the swing' noemt. Dit nieuwe ontwerp is een prominente factor in de indrukwekkende aerodynamische mogelijkheden van de GT500.

EcoBoost Motor

Het bedrijf stelde een ander groot 3D-printmijlpaal in februari. Hun Ford Performance afdeling, die omgaat met hoog-presterende componenten, 3D-printte wat ze claimen het grootste metalen auto-onderdeel voor een werkend voertuig in de automobielgeschiedenis. Het metalen onderdeel werd geïnstalleerd in de Hoonitruck, een 1977 Ford F-150 met een twin-turbo 3,5-liter V6 EcoBoost motor. Het onderdeel zelf is een aluminium inlaatcollector, geprint met GE Additive's Concept Laser X LINE 2000R.

Volvo

Hoewel niet de meest prominente gebruiker van automobiel 3D-printen, heeft Volvo in de laatste jaren grote stappen gezet op dit front. Net als veel van de andere bedrijven op deze lijst, heeft Volvo 3D-printen gebruikt voor gereedschappen en voorradenketenbeheer. Het gebruik van 3D-printen is met name nuttig geweest bij het aanvullen van de machines van het bedrijf met nieuwe prints voor uit-van-productie onderdelen. Volvo gebruikt voornamelijk 3D-geprinte plastic onderdelen en kijkt naar de implementatie van metalen in de nabije toekomst.

Per 2018 gebruikte het bedrijf additieve fabricage voornamelijk voor prototypen en gereedschappen. "Omdat we alleen lage volumes onderdelen voor prototypen hoeven te produceren, is het een goede manier om te zien wat werkt," zegt Fredrick Andersson, Ontwikkelingsingenieur voor Wiel Loaders Powertrain Installatie bij Volvo CE [bouwmachines]. "We hebben veel kennis en we kunnen snel en gemakkelijk wijzigingen aanbrengen met 3D-printen. En daarom betekent dit dat de time-to-market voor een nieuw product sneller is, dus het is van groot voordeel voor ons bedrijf."

De verhoogde snelheid van prototypen is massaal behulpzaam geweest voor het bedrijf, aangezien diverse nieuwe tech die ze testten dit bewijzen. Bijvoorbeeld, Volvo-ingenieurs ontwierpen nieuwe waterpompbehuizingen voor de A25G en A30G voertuigen van het bedrijf. Ze voerden simulaties uit als middel om het ontwerp van interne stroompassages in de behuizing te optimaliseren, maar hadden een prototype nodig om functionele tests uit te voeren om het nieuwe ontwerp te valideren. De gereedschaps kosten voor dit project zouden ongeveer $9.090 zijn geweest, met de onderdeelkost rond $909. De levertijd voor het produceren van het prototype zou minimaal 20 weken zijn geweest. Aan de andere kant, 3D-printen van het prototype kostte $770 en duurde slechts twee weken.

Echter, in 2019 verhief het bedrijf de inzet in termen van zijn AM-processen, met name met zijn Volvo Trucks tak. Hun New River Valley (NRV) fabriek in Dublin, Virginia maakte redelijk wat kopjes dit jaar onder de productiewereld. Ze gebruiken primair SLS maar hebben ook gedabbeld in andere AM-methoden. Deze specifieke faciliteit produceert meer dan 500 productiegereedschappen en fixaties in gebruik op de werkvloer geproduceerd met 3D-printen. De faciliteit is ook een grote hub voor Noord-Amerikaanse automobiel engineering.

Naast commerciële auto's, ontwikkelt het bedrijf ook bouwmachines. Zeker, 3D-printen heeft ook zijn merk gemaakt op dit aspect van de operaties van het bedrijf. Volvo heeft 3D-printen toegepast bij het herinrichten van hun gelenkige vrachtwagens, en dus de prototypingkosten met een tiende verlaagd. Dit stelde hen ook in staat om de besteedde tijd van 20 naar slechts 2 weken te reduceren.

GM

General Motors, en de diverse andere takken, zijn grote gebruikers (en ontwikkelaars) van 3D-printtechnologie. Per 2018 bespaarde GM $300.000 per jaar op gereedschappen en maakt voldoende vooruitgang in de ontwikkeling van nieuwe technologieën met alternatieve brandstofbronnen. De toonaangevende automaker kondigde vorig jaar aan dat het van plan is om 20 nieuwe elektrische en brandstofcelmodellen wereldwijd te lanceren bij het jaar 2023.

Hoewel hun 3D-printoperaties grotendeels over prototypen zijn gegaan, breiden ze uit. Het bedrijf plannneert verder hun printoperaties op te schalen om "tientallen duizenden onderdelen op schaal te produceren naarmate de technologie verbetert," volgens Kevin Quinn, directeur van additief ontwerp en productie bij GM. Dit plan zal waarschijnlijk de komende 5 jaar ontvouwen.

Het Warren Tech Center van het bedrijf produceert ruwweg 30.000 prototype-onderdelen per jaar. De onderdelen bestaan uit ten minste negen soorten materialen, met combinaties van kunststoffen, metalen en poeders. Ze worden primair gebruikt voor prototypen, maar het bedrijf kijkt ook naar eindgebruiksonderdelen. Ze zijn ook mede-eigenaar van HRL laboratoria met Boeing, die uiteindelijk een 3D-geprinte aluminiumlegering produceerden.

Dan Grieshaber, GM's directeur van globale productie-integratie, stelde dat de meerderheid van GM's fabrieken nu 3D-printers hebben. Het bedrijf plannneert dit nog verder te vergroten, tenminste binnen hun Noord-Amerikaanse fabrieken. De zet is waarschijnlijk om GM miljoenen dollars in productiekosten per jaar te besparen. GM is lang een investeerder in 3D-printen en de diverse sub-takken technologieën. Ze passen het toe voor het snel bouwen van gereedschappen en accessoires voor werknemers in hun fabrieken. Pas dit jaar stelde het bedrijf dat de implementatie van een $35.000 3D-printmachine het bedrijf $300.000 over twee jaar heeft bespaard. Terwijl gereedschapsproductie de primaire rol is die de printer speelt, is het mogelijk dat het bedrijf de rol van additieve fabricage in hun dagelijkse operaties zal vergroten.

GM's Beugel Ontwikkeld In Samenwerking Met Autodesk

Hun samenwerking met Autodesk is voordelig geweest in het fabriceren van lichte 3D-geprinte onderdelen die de automaker kunnen helpen zijn doelen te halen om alternatieve-brandstof voertuigen aan zijn productlijn toe te voegen. Ook onderdeel van deze zelfde samenwerking, in 2019 toonden beide bedrijven een 3D-geprinte stoelbeugel van roestvrij staal, ontwikkeld met de Autodesk technologie.

Vroeg in 2019 keek GM naar een nieuwe ontwerptoepassing voor 3D-printen. In samenwerking met Michelin, keken ze naar het produceren van een nieuw type band met superieure duurzaamheid. De Uptis band is nog steeds een werk in uitvoering maar de bedrijven zijn overgegaan naar de testfase. Ze claimen de banden zouden 100 procent duurzaam, weerstandsfähig en in staat om nog langer te duren. Ze zijn ook een veel groenere alternatief, met minder afval tijdens productie. Recentelijk gebruikten ingenieurs een vloot Chevrolet Bolt EVs om de nieuwe banden in Michigan te testen, en hebben de mogelijkheid geopperd om ze in 2024 beschikbaar te maken voor het publiek.

Porsche

Porsche heeft 3D-printen gebruikt voor een reeks verschillende doeleinden, van grote componenten tot het heruitvinden van de voorradenketen voor hun oudere modellen. Porsche gebruikt momenteel 3D-printen om heel specifieke reservedeel te produceren, maar niet dat uitgebreid. Dit is door de strenge kwaliteitsstandaarden die ze moeten hanteren om de veiligheid up-to-scratch te garanderen. Het bedrijf werkt ook met een lager totaal aantal geproduceerde eenheden omdat ze meer een klassiek en luxe automerk zijn.

Voor de ontwikkeling van uit-van-productie componenten zoals de vrijgavehefboom voor de koppeling op de Porsche 959, zet het bedrijf lasersmelten in. Ze maken gebruik van poederwerkstaal en krijgen het onderdeel veel efficiënter uit dan anders mogelijk zou zijn met alternatieve methoden.

Het gebruik van 3D-printen heeft het bedrijf ook in staat gesteld om over te gaan op on-demand printen, wat veel lagere kosten met zich meebrengt voor materialen, transport en opslag. Dit is ook voordelig omdat deze onderdelen niet in grotere vraag zijn en vaak duur zijn om in constante productie te houden. Porsche heeft het meest bekend samengewerkt met Markforged om deze klassieke onderdelen te herleven.

Voornamelijk gebruiken ze SLM en SLS voor de diverse onderdelen die ze moeten produceren. Porsche heeft aangegeven dat de 3D-geprinte onderdelen in veel gevallen superieur zijn aan de oudere. Terwijl ze momenteel een beperkt aantal onderdelen printen, hebben ze de portefeuille sinds 2018 uitgebreid en toekomstige componenten getest.