Hoe 3D-printen de automotive productie revolutioneert – 2021 inzichten

3D-printen is uitgegroeid ver buiten een rapid-prototype tool; het is nu een kerncomponent van automotive manufacturing.

Volgens een 2018 Jabil enquête plannen 94% van de automotive stakeholders om hun additieve manufacturing (AM) mogelijkheden uit te breiden.

In de volgende secties onderzoeken we de belangrijkste voordelen van 3D-printen voor automakers, hoe de technologie in productie is ingeweven, de uitdagingen en wat de toekomst brengt.

De voordelen van 3D-printen voor de auto-industrie

1. Ontwerpinnovatie

3D-printen ontgrendelt geometrieën die conventionele methoden niet halen, wat lichte, high-performance componenten mogelijk maakt.

Ingenieurs combineren het met topologie-optimalisatie en generatief ontwerp om overbodig materiaal te elimineren, gewicht te verminderen terwijl sterkte behouden blijft.

2. Vereenvoudigde assemblage

Deelconsolidatie vermindert het aantal componenten dat geproduceerd en gemonteerd moet worden, wat materiaalgebruik, arbeid en cyclus tijd inkort.

Complexe, multi-piece assemblages worden vaak vervangen door een enkele, geïntegreerde component die alleen haalbaar is met AM's ontwerpvrijheid.

3. Customisatie

Mass-customisatie wordt een differentiator in de automarkt. 3D-printen stelt OEM's in staat om bespoke interieur trim, exterieur accessoires en zelfs performance onderdelen op schaal te produceren.

Luxe merken als Mini en Porsche zijn pioniers in klantspecifieke oplossingen: Mini biedt 3D-geprinte trim en deurklinken, terwijl Porsche's nieuwe sportwagenzitplaatsen 3D-geprinte polyurethaan kussens gebruiken met selecteerbare hardheidsgraden.

3D-print materialen voor automotive toepassingen

High-strength polymeren (nylon, PEEK), duurzame kunststoffen (ABS, ASA) en metalen (aluminium, staallegeringen, titanium) zijn de meest voorkomende grondstoffen voor functionele delen en tooling.

Koolstofvezel-composieten worden steeds vaker geadopteerd om nog lichtere, high-strength componenten te bereiken.

3D-printen integreren in het automotive productieproces

Productontwikkeling en validatie

Snelle, low-cost prototyping versnelt ontwerpcycli en stelt ingenieurs in staat om fit, vorm en functie te testen voordat ze zich vastleggen op dure tooling.

Audi's Pre-Series Center in Ingolstadt gebruikt polymere 3D-printing om multi-kleur achterlichtkappen in één print te produceren, wat prototyping lead times halveert en snellere time-to-market mogelijk maakt.

Tooling

Volkswagen's Europa plant produceert nu een groot deel van zijn tooling in-house met 3D-printen, wat toolproductiekosten met 90% verlaagt en lead times van weken naar dagen brengt.

Bijvoorbeeld, een liftgate badge die eens 35 dagen en €400 kostte, kan nu in vier dagen voor €10 geproduceerd worden.

In 2017 rapporteerde VW besparingen van bijna €325.000, naast verbeterde ergonomica en operatortevredenheid.

Reserveonderdelen

On-demand productie van reserveonderdelen verlaagt voorraadkosten en verbetert levertijden.

Daimler Buses verkent 3D-printen voor meer dan 300.000 onderdelen, met 200 al geïdentificeerd als geschikt voor productie. Onderdelen zoals kappen, handvaten en beugels kunnen in dagen in plaats van maanden geprint worden.

Ongebruikt materiaal kan direct gerecycled worden, wat materiaalefficiëntie verbetert.

Einddeelproductie

Voortgang in AM stelt nu productie van small-to-medium eindgebruiksdelen toe, met 40% van automotive OEM's die potentieel voor productiegebruik zien.

Ford heeft bijvoorbeeld begonnen met 3D-printen van structurele componenten – zoals HVAC hefboom arm servicedelen en Mustang GT500 elektrische parkeerrem beugels – met behulp van Carbon's Digital Light Synthesis technologie.

3D-printen in motorsport

Race teams vertrouwen op AM voor rapid prototyping en windtunnel testen. Alfa Romeo Sauber F1 gebruikt Selective Laser Melting om een lichte Scalmalloy roll hoop te produceren, wat productietijd met 25% verkort.

3D-print uitdagingen in de auto-industrie

Massaproductie

Automotive volumes – meer dan 92 miljoen voertuigen in 2019 – overschrijden nog steeds de huidige AM-mogelijkheden. 3D-printen is best geschikt voor low-volume, gecustomiseerde productie, complementair aan traditionele methoden.

High-volume oplossingen zoals metal binder jetting (HP, Desktop Metal, ExOne, GE Additive) komen op, hoewel industrie-adoptie 5–10 jaar weg kan liggen.

Bouwformaten

Veel AM-systemen hebben beperkte bouwomhullingen, wat modulaire constructie en na-assemblage noodzakelijk maakt. Grootschalige technologieën zoals WAAM en BAAM zijn in actieve ontwikkeling.

AM vaardigheidsgap

Design for AM, machinebediening, materiaalafhandeling en nabewerking vereisen gespecialiseerde training. Partnerschappen met universiteiten en in-house programma's helpen deze gap te bruggen.

3D-printen in automotive: de weg vooruit

Volgens SmarTech Analysis zal AM voor automotive productie een $10 miljard markt bereiken bij 2030.

We kunnen meer 3D-geprinte functionele componenten verwachten – beugels, behuizingen, zelfs motoronderdelen – door de hele industrie.

Projecten als Local Motors' 3D-geprinte autonome shuttle Ollie demonstreren het potentieel voor volledig geprinte voertuigen, hintend aan een toekomst waar 3D-printen hele auto's kan bouwen.