10 breekbare 3D-print innovaties die automotive productie in 2021 revolutioneren

Dit artikel is bijgewerkt in mei 2021.

De automotivesector staat onder onafgebroken druk om hogere-prestaties voertuigen te leveren terwijl productie, toeleveringsketens en logistiek gestroomlijnd worden. Additieve productie – algemeen bekend als 3D-printing – heeft zich ontwikkeld als een krachtige bondgenoot om deze uitdagingen aan te pakken.

Naast rapid prototyping is 3D-printing nu integraal voor toolingproductie en, in selectieve gevallen, voor de fabricage van eindgebruiksonderdelen. Naarmate de technologie rijpt, groeit de impact op voertuigontwerp, fabricage en aftermarket-diensten.

De volgende tien voorbeelden illustreren hoe toonaangevende automakers en leveranciers 3D-printing inzetten om de grenzen van innovatie, kostenefficiëntie en customisatie te verleggen.

1. Porsche's 3D-geprinte Custom Zetels

Porsche's nieuwste sportauto-zitconcept combineert roosterarchitectuur met 3D-geprint polyurethaan om lichtgewicht, ademende kussens te creëren. Het ontwerp biedt drie hardheidsopties – hard, medium en zacht – wat de gepersonaliseerde zitpassing in motorsport naspoort.

Tijdens het 2020 race-seizoen produceerde Porsche 40 prototype zetels voor Europese circuits, verzamelend real-world data om de finale straat-legale modellen te verfijnen, gepland voor mid-2021. Toekomstige iteraties streven ernaar de zitgeometrie aan te passen aan elke klant zijn lichaamcontour, een customiseringsniveau alleen haalbaar via additieve productie.

2. 3D-geprinte Beugels voor Lichtgewicht, Feature-Rijke Ontwerpen

Traditioneel waren beugels beperkt door conventionele freesbeperkingen, maar 3D-printing ontgrendelt complexe geometrieën die gewicht verminderen en prestaties verbeteren. Rolls Royce heeft dit gedemonstreerd met een grote batch design-for-additive-manufacturing (DfAM) geoptimaliseerde beugels, sommige met geïntegreerde merklogo's, QR-codes en unieke onderdeelidentificaties – allemaal ingesloten tijdens het printproces.

Deze features zijn onmogelijk toe te voegen met subtractieve methoden, wat de waarde van digitale productie voor small-batch, hoge-waarde onderdelen benadrukt.

3. Ford's 3D-geprinte Componenten voor de Mustang Shelby GT500

Ford's Advanced Manufacturing Center, opgericht tien jaar geleden, integreert nu 3D-printing doorheen de productontwikkelcyclus. De 2020 Shelby GT500 – een aerodynamisch geavanceerde Mustang – profiteert van virtueel ontwerptesten dat meer dan 500 koelings- en aerodynamische concepten evalueerde.

Belovende ontwerpen werden snel geprototyped met 3D-printing, inclusief meer dan tien front-splitter wicker-varianten getest in parallel. Daarnaast werden twee structurele remcomponenten geproduceerd met Carbon's Digital Light Synthesis (DLS) technologie en EPX epoxy, voldoeend aan al Ford's strenge prestatienormen.

Ford's AM-technisch leider, Harold Sears, merkt op dat additieve productie zal overgaan van een niche-tool naar een kernbestanddeel van dagelijkse productie.

4. Volkswagen Autoeuropa's 3D-geprinte Tooling Revolutie

Volkswagen's langdurige pilot met Ultimaker's desktop-printers is geëvolueerd naar een full-scale 3D-printstrategie voor tooling. Interne toolingproductie verminderde kosten met 90% en kortte levertijden van weken naar dagen.

Bijvoorbeeld, een liftgate-badge die voorheen 35 dagen en €400 vereiste, neemt nu vier dagen en €10 om te printen. In 2017 bespaarde de benadering Volkswagen bijna €325.000 terwijl ergonomie en operatortevredenheid verbeterden.

Industrie-analisten voorspellen een groeiende verschuiving naar 3D-geprinte jigs en fixtures naarmate meer OEMs productieflexibiliteit zoeken.

5. 3D-geprinte Radmoeren voor Diefstalbestendige Wielen

Ford's Europese initiatief bestrijdt wieldiefstal door 3D-geprinte unieke vergrendelingsradmoeren die een geluidsgolf-gegenereerd patroon incorporeren – vergelijkbaar met een vingerafdruk – wat ze praktisch onmogelijk te klonen maakt.

Met EOS 3D-printers wordt elk slot als een enkel roestvrij staal onderdeel geproduceerd naast de bijbehorende sleutel. De resulterende oneffen ribben en diepe inkepingen weerhouden dieven om nauwkeurige wasafdrukken te maken.

Naast beveiliging toont deze aanpak hoe additieve productie hoogst gepersonaliseerde, functionele componenten op schaal mogelijk maakt.

6. Local Motors en XEV: Naar Volledig 3D-geprinte Voertuigen

Local Motors, een Arizona-gebaseerde startup, heeft de envelop uitgepushed met de 2014 Strati en 2016 Olli – een autonome elektrische shuttle. Door gebruik te maken van de grootste 3D-printers ter wereld, zoals ORNL's BAAM en Thermwood's LSAM, produceerde het bedrijf de meeste Olli-componenten in ongeveer 10 uur.

XEV, een Italiaanse automaker, gebruikt grootformaat FDM om een lichtgewicht 450-kg laag-snelheid elektrisch voertuig (LSEV) in dagen te bouwen, wat productiekosten met 70% verlaagt. Met 2.000 in-house extrusieprinters is XEV klaar om productie snel op te schalen.

Deze projecten illustreren de haalbaarheid van gedistribueerde productie en mass-customisatie door additieve productie.

7. Customisatie Uitbreiden met 3D-printing

Naarmate klanten gepersonaliseerde voertuigen eisen, biedt 3D-printing een kosteneffectief pad naar laag-volume customisatie. Daihatsu's 2016 Copen-project laat eigenaren bumperpanelen ontwerpen in meer dan 15 patronen en 10 kleuren, geprint in ASA door Stratasys' Fortus-machines.

Volkswagen verkent HP's Metal Jet voor custom metaaltrim, inclusief achterklappen en sleutelhangers, potentiël uitbreidend naar structurele componenten binnen de komende drie jaar.

Door de noodzaak voor bespoke tooling te elimineren, vermindert 3D-printing levertijden en productiekosten voor geïndividualiseerde onderdelen, wat bredere toepassing mogelijk maakt dan decoratieve trim.

8. 3D-printing in Motorsports: Van Windtunnelmodellen tot Race-Day Onderdelen

Formule 1 teams gebruiken 3D-geprinte replica's voor windtunneltesten, producerend componenten zoals voorvleugels, remkanalen en motorkappen met SLA en SLS-technologieën. De snelle turnaround – dagen in plaats van weken – versnelt iteratieve ontwerpcycli.

Volkswagen Motorsport's I.D. R Pikes Peak gebruikte 3D-printing om 2.000 onderdelen voor zijn 50% schaal windtunnelmodel te fabriceren, wat het recordbrekende voertuig op schema liet bouwen.

Naarmate additieve productie rijpt, wordt verwacht dat het van prototype naar productieonderdelen beweegt, wat raceteams tastbare prestatiewinst biedt.

9. On-Demand 3D-geprinte Reserveonderdelen voor Classic Voertuigen

Porsche Classic produceert nu zeldzame, laag-volume reserveonderdelen on-demand met metaal- en plastic 3D-printing. Lasersmelten of sinteren elimineert de noodzaak voor verouderde tooling, wat opslag- en toolingkosten drastisch reduceert.

Andere fabricanten – inclusief Mercedes-Benz Trucks, Volkswagen en BMW – adopteren vergelijkbare strategieën om voorraad te stroomlijnen en operationele efficiëntie te verbeteren.

10. De Toekomst van 3D-geprinte Motorfietsen

Hoewel volledig 3D-geprinte fietsen nog niet massaproductie bereikt hebben, benadrukken diverse prototypes de potentie van de technologie. APWORKS' Light Rider, onthuld in 2016, gebruikt Scalmalloy om 30% gewichtsreductie te bereiken, terwijl BigRep's NERA-prototype aantoont dat een complete motorfiets in 12 weken geprint kan worden met een mix van PLA, TPU en engineering filaments.

Deze projecten onderstrepen de voordelen van additieve productie – lichtgewicht, rapid prototyping, lagere productiekosten – hoewel commerciële haalbaarheid voor nu een struikelblok blijft.

De Toekomst van Automotive Productie Besturen

Deze tien case studies krabben slechts aan het oppervlak van additieve productie's potentieel binnen het automotive-ecosysteem. Naarmate OEMs de competitieve voordelen van 3D-printing herkennen, zal de adoptie zich verspreiden over ontwerp, productie, assemblage en supply chain management.

Uiteindelijk zal additieve productie meer innovatieve ontwerpen, flexibele businessmodellen en voertuigen mogelijk maken die superieure prestaties en duurzaamheid leveren.