Hoe 3D-printing de auto-industrie herschrijft: 4 sleutel digitale productietrends

Autonome voertuigen, elektrische auto's en mass customization definiëren het automobiele landschap opnieuw. Om competitief te blijven in het Industry 4.0 tijdperk, versnellen fabrikanten de adoptie van 3D-printing technologieën.

1. 3D-printing aandrijft voertuigelektrificatie

Naarmate de industrie schakelt van verbrandingsmotoren naar EVs, biedt 3D-printing een snelle ontwikkelingsweg en stelt ontwerpen in die voorheen onmogelijk waren. Lichtgewichtsontwerp, gedreven door generatieve ontwerptools en AM's ontwerpvrijheid, is met name cruciaal voor EVs, waar verminderde massa direct vertaalt in groter bereik en lagere batterijvereisten.

"Generatief ontwerp en AM zullen binnenkort de primaire enablers zijn van lichtere onderdelen voor elektrische auto's," zegt Kevin Quinn, GM's Directeur Additief Ontwerp en Productie, in een interview met Additive Manufacturing Media.

Gewichtsreductie is vitaal: zwaardere voertuigen vereisen grotere batterijen om bereikdoelen te halen, en batterijen voegen zelf significant gewicht toe. Dus, elk kilogram bespaard in het voertuig of zijn componenten verlengt het bereik en verbetert prestaties.

Local Motors' Olli – een autonoom, 3D-geprint elektrisch shuttle – illustreert deze trend. Met de grootste 3D-printers ter wereld, ORNL's Big Area Additive Manufacturing (BAAM) en Thermwood's Large Scale Additive Manufacturing (LSAM), produceerde het bedrijf de meeste structurele componenten van Olli, inclusief het dak en de onderkant. Olli is nu in proeven op 13 wereldwijde locaties.

Arcimoto, een Amerikaanse duurzame voertuigenmaker, werkt met XponentialWorks samen om Fun Utility Vehicles (FUVs) te produceren met 3D-geprinte onderdelen als een achterkrukas, knokkel, bovenste stuurarm en rempedaal. Deze componenten zijn herontworpen met ParaMatters' generatief ontwerptool, wat gewichtsbesparingen van 34% tot 49% opleverde. Met deze herontwerpen heeft Arcimoto 120 lb van de 200-lb doel bereikt en plannet het einddoel binnenkort te halen.

Het komende decennium zal cruciaal zijn terwijl de EV-sector verkent hoe 3D-printing het beste benut kan worden voor duurzame voertuigproductie.

2. AM integreren in automotiveserienproductie

Terwijl 3D-printing eerst tractie kreeg voor snelle prototyping, draaien fabrikanten nu naar directe onderdeelproductie en hulpmiddelen. Deze shift signaleert een beweging naar digitale massaproductie.

Echter, automotiveserienproductie eist hoge doorvoer, lage materialenkosten en diepe automatisering. Daarnaast voegen evoluerende vraagpatronen, toeleverketensdynamiek en de push voor mass customization complexiteit toe.

Om deze uitdagingen te begegnen, gaat de AM-industrie snel vooruit. Metaal binder jetting biedt bijvoorbeeld snellere printsnelheden dan veel andere metaal AM-processen, een duidelijk voordeel voor volumeproductie.

Automerkken automatiseren ook hun AM-workflows: DfAM (Design for Additive Manufacturing) tools, MES (Manufacturing Execution System) software voor traceerbaarheid, en geautomatiseerde na-verwerkingsrigs worden geïntegreerd. Tegelijkertijd lanceren materiaalontwikkelaars UV-stabiele kunststoffen en automotive-kwaliteit metalen zoals aluminium en staal die aan industrienormen voldoen.

Een SmarTech-rapport projecteert automotieve AM-productie-opbrengsten om bijna $10 miljard te bereiken aan het einde van dit decennium.

Hoewel eindonderdeelproductie met AM nog aan tractie wint, wordt verwacht dat de momentum de komende vijf tot tien jaar zal versnellen naarmate de technologie rijpt en nieuwe toepassingen opduiken.

3. Samenwerking drijft AM-industrialisering

Industrie- en onderzoekspartners werken samen om 3D-printing te industrialiseren in volledig geautomatiseerde productielijnen voor auto's. De schaal van recente projecten benadrukt deze collaboratieve momentum.

Het Industrialisation and Digitalisation of Additive Manufacturing (IDAM) project, geleid door de BMW Groep, brengt twaalf partners samen om productielijnen te bouwen die in staat zijn om minimaal 50.000 gemeenschappelijke componenten per jaar en meer dan 10.000 individuele of reserveonderdelen te produceren. Het project streeft ook naar halvering van de eenheidskosten voor metaal 3D-geprinte componenten. IDAM loopt twee jaar en vestigt duurzame metaal 3D-printing in productie.

In polymer AM, pakt het POLYLINE-project de uitdagingen van het integreren van 3D-geprinte polymeren in automotivelijnen. Het richt zich op het ontwikkelen van nieuwe standaarden, het vergroten van automatisering en het creëren van digitale dataworkflows die efficiëntie verhogen over productie en toeleverketens.

Beide initiatieven, gevestigd in Duitsland, weerspiegelen de sterke investering van het land in AM voor eindonderdeelproductie.

4. 3D-geprinte elektronica voor verbonden auto's

Verbonden voertuigen prolifereren een hoop sensoren en antennes, wat kleinere, complexere elektronica eist. 3D-printing voor elektronica stelt deze componenten in staat om direct in mechanische structuren te worden ingebed, wat betrouwbaarheid en levensduur verbetert terwijl kosten en ontwikkeltijd worden ingekort.

Onderzoekers aan het Institute of Systems and Robotics in Portugal verkennen 3D-geprinte touchsensoren om fysieke knoppen te vervangen. Neotech AMT GmbH ziet potentieel in 3D-printen van verwarmingspatronen voor auto-interieurs, wat gewicht, onderdeelaantal en assemblagestappen vermindert.

Hoewel 3D-geprinte elektronische componenten nog niet mainstream zijn, suggereert de wijdverspreide adoptie van 3D-printing voor metaal- en kunststofonderdelen in de auto-sector dat de volgende golf van lichte, complexe elektronica zal volgen.

3D-printing in Automotive: Op de drempel van verandering

Naarmate voertuigen slimmer en autonomer worden, staan automakers en leveranciers transformatieve shifts te wachten die verdere 3D-printadoptie drijven. De technologie biedt ongekende flexibiliteit, wat het creëren van onderdelen mogelijk maakt die traditionele processen niet kunnen produceren.

Strategische partnerschappen met AM-bedrijven en collaboratieve industrialiseringsprojecten vormen de toekomst van automotieve productie. Hoewel de volledige impact nog getoond moet worden, signaleren de visie en reikwijdte van deze initiatieven een heldere toekomst voor 3D-printing in de industrie.