3D-принтеры на службе автопрома

После завершения процесса печати технолог Ford Лерон Джонс достает из блока песчаные литейные формы. Лишний песок удаляется с поверхности формы при помощи пылесоса. Прежде песчаные формы для производства прототипов металлических компонентов изготавливались в течение 10 недель. Сегодня за неделю только на одной машине можно получить сотни подобных форм

Десять лет назад компания Ford напечатала около 4 тыс. образцов компонентов для своих автомобилей. Сегодня только один из пяти центров разработки трехмерных прототипов ежегодно выпускает более 20 тыс. компонентов.

Причина стремительного роста популярности распечатанных на трехмерных принтерах (в процессе аддитивного производства) компонентов для автомобилей двояка. В условиях роста популярности 3D-принтеров потребительского класса производители печатающих устройств стали получать немалые доходы, которые используются для совершенствования промышленных машин и процессов. А во вторых, производители научились быстро создавать прототипы компонентов. Теперь у них уходит на это всего несколько часов, тогда как при традиционной инструментальной обработке требовалось от четырех до шести недель.

«Компании 3D Systems и Stratasys тратят на разработку огромные деньги, — сообщил специалист Ford по аддитивным производственным технологиям Хэролд Сирз. — Благодаря этому не только машины и материалы становятся лучше, но и процессы выполняются быстрее, а это в свою очередь помогает уменьшить общие затраты. На практике без 3D-печати Ford Motor просто не удалось бы уложиться в отведенные сроки при проектировании новых автомобилей. Сегодня разработка новых автомобильных компонентов просто немыслима без трехмерной печати.

«Все хотят знать, какой денежной экономии позволяют добиться 3D-принтеры, — заметил Сирз. — Но когда мы говорим о прототипах, немаловажную роль играют и сроки. Что означает вывод продукта на рынок на месяц раньше? Речь идет о миллионах долларов, хотя точно подсчитать здесь довольно сложно».

Прежде производителям приходилось отправлять чертежи в механический цех, а на создание каждого компонента уходили недели. Зачастую уже созданный компонент приходилось модифицировать, что требовало последовательной передачи в механический цех новых заданий. Сегодня чертежи выполняются с использованием систем автоматизированного проектирования, полученные данные загружаются в 3D-принтеры, и уже через несколько часов очередной компонент готов. При необходимости модификации соответствующие изменения вносятся в объекты САПР, которые затем распечатываются повторно. Покидать офис при этом не нужно.

В распоряжении Ford имеются самые разные 3D-принтеры, начиная от моделей величиной с крупный холодильник и заканчивая устройствами размером с небольшой грузовик. Цена трехмерных принтеров может составлять от 250 тыс. долл. до величин, измеряемых числами с шестью нулями.

На потребительском рынке трехмерная печать пока еще в новинку, а вот автомобилестроители используют ее уже на протяжении почти 30 лет. В середине 80-х компания Ford стала третьим производителем автомобилей, в чьем распоряжении появилась стереолитографическая машина трехмерной печати.

Стереолитографические 3D-принтеры на предприятии Ford в Диборн-Хайтс. При помощи лазера SLA-принтеры формируют в фотореактивной смоле нужный шаблон. Под воздействием лазера смола затвердевает. SLA-принтеры обеспечивают самый высокий уровень точности компонентов, получаемых с помощью трехмерной печати

Сегодня компания Ford использует целый ряд методов трехмерной печати. К их числу относятся стереолитография (Stereo Lithography, SLA), выборочное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS), моделирование методом плавления (Fused Deposition Modeling, FDM) и менее известный процесс послойного склеивания композитного порошка связующим веществом (binder jet printing), при котором слои порошка скрепляются друг с другом специальным составом, образуя форму для отливки металлических компонентов.

Из пяти центров создания трехмерных прототипов Ford три расположены в США и два — в Европе. На предприятии в Диборн-Хайтс 14 промышленных 3D-принтеров обеспечивают выпуск 20 тыс. компонентов за год. Один распечатанный трехмерный шаблон позволяет создать от нескольких единиц до нескольких сотен компонентов.

В лаборатории лазерного спекания, например, несколько машин быстро изготавливают прототипы компонентов, последовательно соединяя друг с другом несколько тысяч слоев кремнезема. В аморфном блоке порошкообразного кремнезема формируются десятки твердых компонентов, которые вручную извлекаются из порошка и очищаются от него при помощи щетки и пылесоса.

В лаборатории 3D Sand Printing Lab машины, связывающие частицы порошка, изготавливают сотню и более форм, в которые затем заливается расплавленный металл. Выполнение одного задания на печать в зависимости от его сложности может занимать от недели до месяца. Для изготовления обычных форм из песка требуется от восьми до десяти недель.

«Нам удалось и заметно поднять качество, — отметил Сирз. — У инженеров появилась возможность рациональнее использовать свое время. Конечно, сроки сдачи работ никто не отменял, но теперь в распоряжении инженеров есть более эффективные инструменты, позволяющие убедиться в том, что все сделано правильно».