Innowacje techniczne

Samochód z drukarki 3D

Mark Crawford

Błyskawiczny rozwój możliwości druku przestrzennego zmienia sposób projektowania i produkcji samochodów.

Oprócz szczegółów wyposażenia, takich jak przyciemniane szyby czy błyszczące obręcze, producenci samochodów nie oferują klientom wielu opcji personalizacji nowych samochodów. Jednak teraz wszystko się zmienia.

Eksperci i badacze z branży twierdzą, że technologie symulacji komputerowych i druku przestrzennego mogą istotnie zmienić możliwości personalizacji pojazdów – od części silnika po niestandardowe kołpaki.

„Sam fakt, że możesz stworzyć coś na komputerze, kliknąć »drukuj« i obserwować, jak wirtualny obiekt powstaje na twoich oczach, jest niesamowity” – mówi Jay Rogers, prezes firmy Local Motors, amerykańskiego producenta samochodów, który w 2014 roku jako pierwszy „wydrukował” na drukarce 3D cały samochód.

 Wyprodukowany przez Local Motors Olli to pierwszy autonomiczny pojazd wydrukowany na drukarce 3D widoczny na zdjęciu razem z jego twórcą, Edgarem Sarmiento. Zdjęcie: Jason Dixson Photography. www.jasondixson.com
Wyprodukowany przez Local Motors Olli to pierwszy autonomiczny pojazd wydrukowany na drukarce 3D widoczny na zdjęciu razem z jego twórcą, Edgarem Sarmiento. Zdjęcie: Jason Dixson Photography. www.jasondixson.com

Jeśli można coś opracować lub zaprojektować w pliku CAD, można to też wydrukować w 3D – czy będzie to zderzak, niestandardowy spojler czy tłok zasilający silnik.

Zdaniem Irene Petrick, dyrektorki ds. strategii biznesu Energy Solutions Group w firmie Intel, druk przestrzenny to jeden z najważniejszych trendów w nowoczesnej produkcji.

„Digitalizacja, automatyzacja i druk przestrzenny zmieniają procesy produkcyjne na pod wieloma względami” – twierdzi Petrick. „Pojawiają się nowe środki kontroli jakości, możliwości zarządzania procesem projektowania i wydajne metody wytwarzania produktów. Te trendy dowodzą, że producenci zaczynają korzystać z technologicznych innowacji, aby usprawniać proces produkcji”.

Jak zwraca uwagę Petrick, druk przestrzenny pozwala producentom samochodów szybko tworzyć prototypy nowych projektów i produkować komponenty taniej oraz wydajniej.

 Do drukowania przestrzennego kołpaków używa się mieszanych materiałów.
Do drukowania przestrzennego kołpaków używa się mieszanych materiałów.

Siła robocza dla części i prototypów

Komponenty drukowane w 3D, budowane z wykorzystaniem procesu produkcji addytywnej, w którym kolejne mikroskopijne warstwy są ze sobą zgrzewane, mogą działać lepiej i dłużej niż ich tradycyjne odpowiedniki.

„Wyobraźmy sobie, że lekarz będzie mógł przepisać kierowcy z problemami z kręgosłupem fotel dopasowany do jego wady” – mówi Rogers. „Albo że osoby niepełnosprawne, które zwykle są zmuszone do zakupu drogich pojazdów specjalnych, będą w przyszłości w stanie wybrać w programie komputerowym własną konfigurację dostosowaną do ich konkretnych potrzeb”.

Technologia druku przestrzennego jest obecnie wykorzystywana głównie do tworzenia modeli koncepcyjnych i prototypów, jednak przyszłość rysuje się w jasnych barwach – już niedługo inżynier będzie mógł stworzyć część funkcjonalną w przeciągu dni, a nie tygodni albo miesięcy jak przy wykorzystaniu tradycyjnych metod.

 Drukarki 3D będą w stanie produkować części samochodowe taśmowo.
Drukarki 3D będą w stanie produkować części samochodowe taśmowo.

W większości przypadków druk przestrzenny opiera się na procesie nazywanym „spajaniem proszku”. Drobne cząstki materiału budowlanego są układane dokładnie według szablonów CAD i spajane razem z wykorzystaniem lasera lub wiązki elektronów. Część buduje się warstwa po warstwie, od dołu do góry.

 

Nowa generacja druku przestrzennego

Według profesora inżynierii mechanicznej i nuklearnej Tima Simpsona, dyrektora laboratorium 3D na Uniwersytecie Stanowym w Penn, dzięki większym rozmiarom, prędkości i możliwości korzystania z różnych materiałów drukarki 3D mają coraz więcej zastosowań.

„Jesteśmy już w stanie wyprodukować skomplikowane elementy z plastiku, co ma szczególne znaczenie dla branż motoryzacyjnej i lotniczej” – mówi, dodając, że producenci samochodów cieszą się najbardziej na możliwość wykorzystywania wysokotemperaturowych metali i stopów metali, tworzyw sztucznych i ceramiki. „Te materiały czynią samochody lżejszymi i bardziej energooszczędnymi”.

Korzystając z drukarek 3D, producenci pojazdów mogą obniżyć koszty, zwiększyć wydajność i ograniczyć wpływ na środowisko. Przejście na nowy model samochodu wykonany metodą druku przestrzennego może kosztować mniej niż przy wykorzystaniu tradycyjnych narzędzi, wymagających również większych powierzchni produkcyjnych niż drukarki 3D.

Na przykład model biznesowy firmy Local Motors opiera się na „mikrofabrykach”, które produkują samochody w małych partiach.

„Zaczynamy zauważać poruszenie na rynku. Pojawiają się mniejsi producenci z niestandardowymi pojazdami” – mówi Simpson.

Duże korporacje, jak na przykład Peugeot, nawiązały ostatnio współpracę ze startupem z branży druku przestrzennego, aby zacząć drukować komponenty.

 

Nowa era kreatywności

Druk przestrzenny i technologie z nim związane dają inżynierom możliwości współdzielenia projektów, współpracy i rzucają nowe światło na proces projektowania.

„Druk przestrzenny wymaga uważnego planowania i wcześniejszych symulacji, co równa się lepszemu projektowi, szybszej produkcji i wyższej jakości” – twierdzi Petrick.

Dobrym przykładem jest ostatni projekt na uniwersytecie w Penn. Zespół inżynierów Simpsona otrzymał zadanie zaprojektowania i wydrukowania w 3D korony tłoka – górnej części tłoka, która musi wytrzymać ekstremalnie wysokie temperatury silnika. Zlecenie obejmowało zaprojektowanie w programie CAD położenia oraz wymiarów kanałów chłodzących i nawilżających w koronie.

Zespół inżynierów uniwersyteckich stworzył model korony tłoka z widocznymi kanałami chłodzącymi i wspornikami, co było możliwe dzięki wyprodukowaniu dodatków metalowych. Autor: Corey J. Dickman, Penn State CIMP-3D.
Zespół inżynierów uniwersyteckich stworzył model korony tłoka z widocznymi kanałami chłodzącymi i wspornikami, co było możliwe dzięki wyprodukowaniu dodatków metalowych. Autor: Corey J. Dickman, Penn State CIMP-3D.

„W ten sposób mogliśmy stworzyć projekt, który szybciej odprowadza ciepło i poprawia ogólna kontrolę temperatury tłoka” – wyjaśnia Simpson. „Digitalizacja produkcji jest jednak pełna pułapek i wąskich gardeł” – dodaje. „Możliwości są ogromne, jednak narzędzia na razie pozostają daleko w tyle”.

Technologia druku przestrzennego dopiero raczkuje. Zanim na rynek trafią samochody masowo produkowane w technologii druku przestrzennego, najpierw trzeba pokonać problemy związane z rozmiarami maszyn, prędkością produkcji, produkcją wysokonakładową i zapewnieniem bezpieczeństwa takich pojazdów.

Mimo wszystko Roger z Local Motors jest przekonany, że do tego dojdzie.

„Będziemy w stanie zaoferować światu zupełnie nowy rodzaj pojazdu, uzyskując jednocześnie korzyści finansowe, ekologiczne i społeczne”.

Udostępnij ten artykuł

Podobne tematy

Innowacje techniczne

Przeczytaj w następnej kolejności