Viện Công nghệ Sản xuất Phụ gia Fraunhofer (IAPT) đã chỉ ra cách in 3D có thể cải thiện hiệu suất kỹ thuật và chi phí sản xuất bằng cách thiết kế lại bản lề cửa của những chiếc xe thể thao hạng sang.
Trong dự án thiết kế lại một phần, các kỹ sư của IAPT đã tối ưu hóa mọi thứ từ hình dạng của bản lề cửa đến định hướng xây dựng và các thông số quy trình để tiết kiệm tối đa chi phí và trọng lượng.
Cuối cùng, công việc này nhằm mục đích làm sáng tỏ các yếu tố ít rõ ràng hơn ảnh hưởng đến chi phí của các bộ phận được in 3D, không chỉ là hình học của chính các bộ phận đó.
Đơn giản hóa sản xuất xe hơi
Ngành công nghiệp ô tô là một trong nhiều ngành công nghiệp đã chấp nhận sản xuất phụ gia trong những năm qua, sử dụng công nghệ này cho nhiều ứng dụng khác nhau. Tuy nhiên, cho đến nay, nhiều trường hợp sử dụng đã bị giới hạn ở các lô nhỏ, vì in 3D vẫn chưa cung cấp thông lượng của các công nghệ sản xuất ô tô truyền thống - mà không đồng thời giữ cho chi phí của từng bộ phận ở mức thấp. Do đó, dự án Fraunhofer có thể cho thấy rằng công nghệ nói chung hiện đang được sử dụng chưa đầy đủ trong lĩnh vực ô tô và các ứng dụng sản xuất hàng loạt khối lượng lớn vẫn còn ở giai đoạn sơ khai.
Trường hợp sử dụng đầu tiên được thiết lập là tạo mẫu nhanh, vì giai đoạn phát triển của một mô hình mới có thể mất đến năm năm. Trong quá trình R & D, một số nguyên mẫu của các bộ phận chắc chắn được phát triển và thử nghiệm, có nghĩa là thiết kế lặp lại nhanh chóng với thời gian thực hiện tối thiểu: đây là một trong những điểm bán hàng chính của sản xuất phụ gia.
Các nhà sản xuất ô tô cũng đang sử dụng các công cụ sản xuất in 3D, chẳng hạn như đồ gá và đồ đạc, để hỗ trợ quy trình sản xuất và lắp ráp. Thậm chí có những ứng dụng tiềm năng trong các bộ phận hậu mãi từng được đúc nhưng giờ đã lỗi thời. Bản chất năng động và linh hoạt của in 3D cho phép các nhà cung cấp linh kiện in theo yêu cầu, loại bỏ hoàn toàn nhu cầu tồn kho thành phần vật lý.
Bản lề cửa in 3D
Trước khi bắt đầu bất kỳ công việc thiết kế nào, các kỹ sư của Fraunhofer đã sử dụng phần mềm sàng lọc bộ phận được phát triển bởi 3D Spark, một sản phẩm phụ của IAPT, để xác định các bộ phận xe hơi phù hợp cho các nghiên cứu trình diễn.
Trong giai đoạn đầu của dự án, nhóm đầu tiên đã xác định định hướng hiệu quả nhất về chi phí cho các thành phần trong phòng xây dựng. Các kỹ sư đã xem xét các cấu trúc hỗ trợ cần thiết và bao nhiêu bộ phận chúng có thể phù hợp với một công trình duy nhất. Bước tối ưu hóa định hướng ban đầu này giúp tiết kiệm 15% chi phí so với bản dựng in 3D mà không cần cân nhắc như vậy.
Tiếp theo là tối ưu hóa cấu trúc liên kết của chính cánh tay bản lề. Bằng cách loại bỏ vật liệu không cần thiết và chỉ tăng cường các phần của bộ phận cần thiết để mô phỏng luồng lực, các kỹ sư đã có thể giảm 35% trọng lượng của tay bản lề. Tiết kiệm vật liệu sau đó và thời gian in ngắn hơn dẫn đến tiết kiệm chi phí hơn 20 phần trăm.
Nhóm Fraunhofer cũng tính toán tiết kiệm chi phí bổ sung liên quan đến việc giảm quá trình xử lý sau (bằng cách giảm cấu trúc hỗ trợ) và chọn vật liệu bột kim loại tốt nhất cho công việc: 10% mỗi loại.
Điều thú vị là nghiên cứu cho thấy rằng ngay cả các thông số xây dựng được sử dụng trong quá trình in 3D cũng góp phần tiết kiệm chi phí tiềm năng. Ví dụ, các lớp dày hơn, tốc độ quét nhanh hơn và sự biến dạng của biên dạng chùm tia laser đều giúp giảm thời gian chế tạo, giảm 15% chi phí in ấn.
Cuối cùng, phương pháp thiết kế tập trung vào chi phí này đã cho phép các kỹ sư IAPT in 3D bản lề với chi phí thấp hơn 80% so với đối tác in 3D mà không có cùng sự tối ưu hóa. So với các đối tác được gia công bằng máy CNC, dự án đã tiết kiệm được chi phí và trọng lượng lần lượt là 50% và 35%.