أظهر معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الإنتاج الإضافي (IAPT) كيف يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تحسن الأداء الفني وتكاليف التصنيع من خلال إعادة تصميم مفصلات أبواب السيارات الرياضية الفاخرة.
أثناء مشروع إعادة تصميم الأجزاء ، قام مهندسو IAPT بتحسين كل شيء من هندسة مفصلات الأبواب إلى اتجاه البناء ومعلمات العملية لزيادة التكلفة وتوفير الوزن إلى أقصى حد.
في النهاية ، يهدف هذا العمل إلى إلقاء الضوء على العوامل الأقل وضوحًا التي تؤثر على تكلفة الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، وليس فقط هندسة المكونات نفسها.
تبسيط إنتاج السيارات
تعد صناعة السيارات واحدة من العديد من الصناعات التي احتضنت التصنيع الإضافي على مر السنين ، باستخدام التكنولوجيا لمجموعة متنوعة من التطبيقات. حتى الآن ، ومع ذلك ، اقتصرت العديد من حالات الاستخدام على دفعات صغيرة ، حيث لم توفر الطباعة ثلاثية الأبعاد حتى الآن إنتاجية تقنيات إنتاج السيارات التقليدية - دون الحفاظ في الوقت نفسه على تكلفة كل جزء منخفضة. وبالتالي ، قد يُظهر مشروع فراونهوفر أن التكنولوجيا ككل غير مستغلة بشكل كافٍ حاليًا في قطاع السيارات وأن تطبيقات الإنتاج ذات الحجم الكبير لا تزال في مهدها.
أول حالة استخدام مؤكدة هي النماذج الأولية السريعة ، حيث يمكن أن تستغرق مرحلة تطوير نموذج جديد ما يصل إلى خمس سنوات. أثناء البحث والتطوير ، يتم تطوير واختبار العديد من النماذج الأولية للأجزاء بشكل حتمي ، مما يعني التكرارات السريعة في التصميم مع الحد الأدنى من المهل الزمنية: هذه إحدى نقاط البيع الرئيسية للتصنيع الإضافي.
يستخدم صانعو السيارات أيضًا أدوات تصنيع مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، مثل الرقصات والتركيبات ، للمساعدة في سير عمل الإنتاج والتجميع. حتى أن هناك تطبيقات محتملة في قطع غيار ما بعد البيع التي تم صبها من قبل ولكنها أصبحت قديمة الآن. تتيح الطبيعة الديناميكية والمرنة للطباعة ثلاثية الأبعاد لموردي القطع الطباعة عند الطلب ، مما يلغي تمامًا الحاجة إلى مخزون المكونات المادية.
مفصلات أبواب مطبوعة ثلاثية الأبعاد
قبل البدء في أي عمل تصميم ، استخدم مهندسو فراونهوفر برنامج فحص الأجزاء الذي طورته شركة 3D Spark ، وهي شركة فرعية IAPT ، لتحديد أجزاء السيارة المناسبة للدراسات التوضيحية.
في المراحل الأولى من المشروع ، حدد الفريق أولاً التوجيه الأكثر فعالية من حيث التكلفة للمكونات في غرفة البناء. نظر المهندسون في هياكل الدعم الضرورية ، وعدد الأجزاء التي يمكن أن تتناسب مع مبنى واحد. نتج عن خطوة تحسين الاتجاه الأولي هذه توفيرًا في التكاليف بنسبة 15 بالمائة مقارنة بالبنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد دون هذه الاعتبارات.
التالي هو تحسين الهيكل لذراع المفصلة نفسها. من خلال إزالة المواد غير الضرورية وتقوية الأجزاء اللازمة فقط من الجزء المطلوب لمحاكاة تدفق القوة ، تمكن المهندسون من تقليل وزن ذراع المفصلة بنسبة 35 بالمائة. نتج عن التوفير اللاحق في المواد وأوقات الطباعة الأقصر توفيرًا إضافيًا في التكاليف بنسبة 20 بالمائة.
قام فريق Fraunhofer أيضًا بحساب وفورات في التكاليف الإضافية المرتبطة بتقليل المعالجة اللاحقة (عن طريق تقليل الهياكل الداعمة) واختيار أفضل مادة مسحوق معدني للوظيفة: 10 بالمائة لكل منهما.
ومن المثير للاهتمام أن الدراسة وجدت أنه حتى معلمات البناء المستخدمة في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد تساهم في توفير التكاليف المحتملة. على سبيل المثال ، تساعد الطبقات السميكة وسرعات المسح الأسرع وتشوه ملف تعريف شعاع الليزر على تقليل أوقات الإنشاء وتقليل تكاليف الطباعة بنسبة 15 بالمائة أخرى.
في النهاية ، سمح نهج التصميم المرتكز على التكلفة لمهندسي IAPT بطباعة المفصلة ثلاثية الأبعاد بتكلفة أقل بنسبة 80 بالمائة من نظيرتها المطبوعة ثلاثية الأبعاد دون نفس التحسين. بالمقارنة مع نظرائهم المطاحن باستخدام الحاسب الآلي ، حقق المشروع وفورات في التكلفة والوزن بنسبة 50 في المائة و 35 في المائة على التوالي.