Sản xuất ô tô là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của công nghệ in 3D kim loại. Từ việc sản xuất nhanh chóng các nguyên mẫu, do đó thúc đẩy hiệu quả nghiên cứu và phát triển xe hơi mới, đến sản xuất trực tiếp các bộ phận hàng loạt nhỏ, rút ngắn chuỗi cung ứng và tiết kiệm chi phí, in 3D có thể được mô tả như một công nghệ bổ sung quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Ngoài ra, những ưu điểm độc đáo của in 3D trong việc sản xuất các bộ phận phức tạp có thể đơn giản hóa số lượng các bộ phận ô tô, giảm trọng lượng và tiết kiệm vật liệu. Có thể nói, công nghệ in 3D có rất nhiều ưu điểm đối với ngành sản xuất ô tô. Điều đó cho thấy, công nghệ này cho đến nay vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực này. Đó là nhờ khả năng chế tạo các bộ phận nhanh hơn, rẻ hơn và phức tạp hơn --, đó là cách mà những chiếc ô tô của tương lai sẽ được chế tạo.
Sản xuất phụ gia trong ngành công nghiệp ô tô
Trong thế giới ô tô, những người đầu tiên áp dụng sản xuất phụ gia không phải là chính các nhà sản xuất ô tô, mà là các nhóm do họ tài trợ. Trong nhiều thập kỷ, các công ty từ Ford đến Ferrari đã sử dụng xe đua làm vườn ươm thử nghiệm các công nghệ mới. Nhiều tính năng tiêu chuẩn trên xe ô tô mới hiện nay - phanh tái sinh ở xe hybrid, khởi động bằng nút bấm, và thậm chí cả gương - có thể bắt nguồn từ nguồn gốc của chúng. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho in 3D, đặc biệt là in kim loại. Các đội Công thức 1, Đội đua Thử thách Sức bền Thế giới, Đội Công thức E, v.v. đều đã tận mắt trải nghiệm những lợi ích của việc sản xuất phụ gia - lặp lại thiết kế nhanh chóng, tạo mẫu nhanh và làm sáng các bộ phận - tất cả đều có sẵn để Cải thiện hiệu suất của xe trên đường đua.
Sự kết hợp bột laser tốt hơn cho các ứng dụng giá trị cao, khối lượng thấp （In 3D SLM）
Hệ thống in 3D được sử dụng rộng rãi nhất cho đến nay, phản ứng tổng hợp bột bằng laser, sử dụng tia laser để làm tan chảy từng lớp bột kim loại mỏng cho đến khi chế tạo xong bộ phận. Công nghệ này có thể chế tạo các chi tiết kim loại một cách nhanh chóng và chính xác và đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sản xuất ô tô trong thập kỷ qua. BMW, Ford, Volkswagen, Mercedes-Benz và các công ty khác đã thiết lập các trường hợp điển hình trong việc sử dụng công nghệ này và đã đạt được sản xuất hàng loạt trong những điều kiện nhất định, nhưng hầu hết các bộ phận liên quan đến các trường hợp này vẫn chỉ giới hạn ở các thương hiệu cao cấp , và tổng số tiền vẫn có hạn.
Lý do là vẫn không thể tách rời các yêu cầu của lĩnh vực này về chi phí, vật liệu và tốc độ. Thiết bị nung chảy bột bằng laser đòi hỏi đầu tư trước đáng kể - 1 triệu đô la trở lên cho toàn bộ hệ thống - và chỉ sản xuất 1 tấn bộ phận mỗi năm, không đủ để bù đắp chi phí. Ngoài ra, mặc dù in 3D làm cho việc sản xuất các bộ phận kim loại trở nên linh hoạt hơn, nhưng việc in chỉ là bước đầu tiên và cần phải có một loạt quy trình xử lý sau như loại bỏ hỗ trợ, điều này càng làm tăng giá thành của bộ phận này.
Cho đến nay, một loạt các ứng dụng có giá trị cao trong lĩnh vực ô tô bắt nguồn từ những lợi thế sản xuất đáng kể của công nghệ nhiệt hạch bột laser - các đặc điểm của sự tích hợp, độ chính xác cao và sản xuất phức tạp. Ví dụ: General Motors đã sử dụng thiết kế tổng hợp và in 3D để kết hợp tám thành phần của khung ghế truyền thống của xe thành một thành phần, Bugatti sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất kẹp phanh Chiron mới và Porsche in 3D một động cơ hợp kim nhôm với một loạt thiết kế sáng tạo. Nguyên mẫu của vỏ, giá đỡ mềm được in theo lô của BMW cho xe thể thao i8 Roadster, v.v. Những trường hợp này, cho dù là nguyên mẫu hay mục đích sử dụng cuối cùng, đều không thể tách rời các đặc điểm sản xuất độc đáo của công nghệ nhiệt hạch bột laser. Nhưng cũng có một đặc điểm là các ứng dụng này còn rất hạn chế, hầu hết đều thuộc về các thương hiệu cao cấp, và hiếm khi đáp ứng được yêu cầu sản xuất hàng loạt, chi phí thấp trong lĩnh vực này.
In 3D kim loại để bàn dựa trên đùn để tạo mẫu (FDM 3D Printing)
Máy in 3D kim loại để bàn dựa trên máy ép đùn có thiết kế thân thiện với văn phòng giúp loại bỏ nguy cơ tiếp xúc với bụi và tia laser và là giải pháp đầu cuối dễ sử dụng hơn.
Đối với người dùng trong giai đoạn đầu của quá trình thiết kế và sản xuất xe mới, máy in 3D kim loại để bàn rẻ hơn 10 lần so với thiết bị giường bột truyền thống và có khả năng hoạt động dễ dàng và nhanh chóng. Các hệ thống như vậy có thể nhanh chóng tạo mẫu với số lượng lớn các bộ phận trong nhà, nhanh chóng thử nghiệm các ý tưởng khác nhau và khám phá các khả năng kết cấu mới, tiết kiệm thời gian và tiền bạc trong các chu kỳ thiết kế dài và tốn kém. Cuối cùng, các thiết kế tốt hơn có thể được trình bày với chi phí phát triển thấp hơn và các công ty có thể nhanh chóng chuyển từ thiết kế và xác minh sang sản xuất, đẩy nhanh thời gian đưa ra thị trường. Khả năng hoạt động linh hoạt cũng giúp giảm chi phí vì nó giảm lãng phí nguyên liệu và không cần nhân viên chuyên trách để vận hành máy.
Tính tự do hình học được tạo ra bởi in 3D cũng cho phép các nhà sản xuất tạo mẫu nhanh chóng và khám phá các thiết kế piston mới trong khi loại bỏ nhu cầu thuê ngoài. Các bộ phận tạo mẫu trên máy in kim loại để bàn cũng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi suôn sẻ sang sản xuất số lượng lớn, vì các hệ thống khối lượng lớn như phản lực chất kết dính có khả năng tạo ra các thiết kế phức tạp như nhau.
In 3D kim loại phản lực kết dính phù hợp hơn cho sản xuất bộ phận khối lượng lớn (công nghệ 3DP)
Tính năng nổi bật nhất của quá trình phun chất kết dính là nó có thể đạt được sản xuất hàng loạt in 3D kim loại. Giá của thiết bị dựa trên quy trình này thấp hơn so với máy in 3D laser truyền thống và tốc độ in gấp hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lần so với thiết bị nung chảy bột bốn laser. Vật liệu được sử dụng là bột MIM truyền thống, rẻ hơn so với bột hình cầu, và chi phí chế tạo các bộ phận cũng thấp hơn hàng chục lần so với các bộ phận được in 3D bằng laser. Do đó, quá trình phun chất kết dính vượt qua in 3D kim loại về chi phí thiết bị, chi phí bột và hiệu quả in, mặc dù hiệu suất bộ phận của nó thấp hơn một chút, nhưng vẫn ở cùng mức độ với các bộ phận đúc phun. Do đó, công nghệ này phù hợp hơn để thực hiện sản xuất bộ phận khối lượng lớn.
Dựa trên những ưu điểm trên, các OEM ô tô lớn hiện nay đang đẩy mạnh việc sử dụng công nghệ này. Các nhà phát triển hàng đầu về in 3D kim loại phản lực kết dính đã đảm bảo quan hệ đối tác với các thương hiệu lớn trong ngành công nghiệp ô tô: Volkswagen đang tích cực làm việc với HP, Ford cũng đang sử dụng công nghệ phun kết dính của ExOne để sản xuất phụ tùng ô tô và Desktop Metal gần đây đã giành được Một nhà sản xuất ô tô của Đức đã giành được một Hợp đồng trị giá 7,9 triệu USD, và giới thạo tin phỏng đoán rằng khách hàng có thể là Tập đoàn BMW.
Đối với các bộ phận cần được sản xuất hàng loạt, một lợi thế khác của in 3D kim loại phản lực chất kết dính thậm chí còn rõ ràng hơn - sản xuất không khuôn. Công nghệ loại bỏ nhu cầu về khuôn mẫu, cho phép các kỹ sư đưa các thiết kế đã được cải tiến — cho dù bằng phương pháp in 3D kim loại đùn để bàn hay phương pháp tạo mẫu truyền thống — để sản xuất hàng loạt với in 3D kim loại phản lực kết dính. Tốc độ in cạnh tranh với các quy trình sản xuất quy mô lớn truyền thống, in 3D kim loại phản lực kết dính cho phép sản xuất hàng nghìn bộ phận trong một công việc với mức giá và tốc độ sản xuất có thể cạnh tranh với các quy trình như đúc, rèn và gia công. Tốc độ này, kết hợp với việc sử dụng bột MIM chi phí thấp và dễ dàng xử lý sau, cho phép quá trình sản xuất các bộ phận có thể có chi phí thấp hơn tới 20 lần cho mỗi bộ phận so với các quy trình in 3D khác và làm cho sản xuất phụ gia trở thành một lựa chọn khả thi để đúc, rèn và gia công. Một lựa chọn khả thi.
Những tiến bộ trong công nghệ in 3D đã tạo ra những cơ hội mới ở mọi giai đoạn của vòng đời sản xuất ô tô - từ nguyên mẫu chức năng đến sản xuất số lượng trung bình đến hậu mãi và phụ tùng thay thế. Và hầu hết các cơ hội này đều liên quan đến tốc độ sản xuất và độ phức tạp của bộ phận, hoặc cả hai. Bởi vì nó không bị giới hạn bởi sản xuất truyền thống, in 3D cho phép các nhà thiết kế và kỹ sư bước vào một không gian thiết kế mới rộng lớn và tạo ra các bộ phận ngày càng phức tạp.
Khi các bộ phận được tối ưu hóa phải đối mặt với việc sản xuất hàng loạt, vật liệu, hiệu quả đúc và giá cả trở thành những yếu tố hạn chế ngăn cản việc áp dụng rộng rãi công nghệ in 3D và những lợi thế không thể được phản ánh. Sự phát triển của công nghệ mới đã phá vỡ những rào cản này, cho phép các cấu trúc tối ưu hóa được thực hiện trên quy mô lớn và dưới hình thức hiệu quả và kinh tế hơn.