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SLA 3D Printing nell'industria automobilistica

Crea tempo: 01/09/2019

SLA 3D Printing nell'industria automobilistica Negli ultimi anni abbiamo visto sempre più costruttori automobilistici fare uso della stampa 3D per la prototipazione e persino per le parti finali. Giganti del settore come BMW, Lamborghini e Jaguar Land Rover sono stati tutti parte di questa nuova tendenza, producendo concetti di design, prototipi funzionali e pezzi finiti in modo flessibile e interamente interno. Questo non è solo conveniente per i progettisti e per il processo di ricerca e sviluppo nel suo insieme, ma può anche ridurre notevolmente i costi e accelerare il time-to-market per i nuovi progetti. In ProtoFab collaboriamo con numerosi produttori in questo campo e abbiamo una vasta esperienza nella prototipazione automobilistica. Tra i produttori con cui abbiamo lavorato c'è Great Wall Motors, il più grande produttore di SUV e pick-up in Cina. Diamo uno sguardo dettagliato a come abbiamo lavorato con Great Wall per produrre parti prototipo per il loro ultimo modello.

SLA 3D Printing in the Automotive Industry

Selezioni SUV da Great Wall Motors

La Grande Muraglia potrebbe non essere uno dei marchi più riconoscibili per i consumatori occidentali, ma non avere dubbi sulla loro portata. Già nel 1998, Great Wall era già il principale produttore di pick-up in Cina e da allora la loro posizione sul mercato si è rafforzata. Negli anni 2000 hanno iniziato a concentrarsi sempre di più sui SUV e il modello Havel H6 dell'azienda è il SUV più venduto in Cina. Date le enormi dimensioni del mercato cinese, questo li rende uno dei maggiori produttori di automobili al mondo e negli ultimi anni si sono espansi oltreoceano. I loro pick-up sono stati popolari in Australia e le vendite europee stanno crescendo anno dopo anno.

Nel 2017 Great Wall ha lanciato WEY, un marchio premium separato incentrato su SUV compatti. Questo è il progetto a cui abbiamo assistito recentemente.

3D Printing car model

ProtoFab ha svolto un ruolo importante nello sviluppo di Great Wall del WEY VV7 nel 2015 e 2016

Abbiamo iniziato a lavorare con Great Wall nel 2007 e da allora forniamo servizi di lavorazione CNC e di stampa 3D. L'innovazione e la flessibilità stanno diventando più importanti nella produzione nel suo complesso, e questo è certamente vero per l'industria automobilistica. Per questo motivo, Great Wall utilizza sempre più tecniche di produzione additiva flessibili piuttosto che tecniche tradizionali come la lavorazione CNC.
Stampa 3D durante l'intero ciclo di produzione

Il ciclo di vita di una parte automobilistica è costituito da tre fasi: ricerca e sviluppo, produzione e utilizzo finale e la stampa 3D può svolgere un ruolo in ciascuna di esse. Diamo un'occhiata ad alcuni dei modi specifici in cui produttori come Great Wall fanno uso della stampa 3D.

Valutare i concetti di design: il design è uno dei principali modi in cui i marchi automobilistici si distinguono, quindi ottenere lo stile di un veicolo giusto è essenziale per il suo successo. Al giorno d'oggi, molti modelli di marche diverse sono abbastanza simili sotto la carrozzeria ma competono per demografia completamente diversa a causa di stili diversi. È importante che i progettisti siano in grado di sperimentare una varietà di idee e concentrarsi sul percorso migliore attraverso tentativi ed errori, piuttosto che dover confermare una direzione del progetto all'inizio del processo. Se la creazione di modelli concettuali è costosa e richiede molto tempo, i team di progettazione graviteranno maggiormente sui progetti conservatori, o almeno non saranno disposti a sperimentare una varietà di opzioni. La stampa 3D consente di creare prototipi di design in modo rapido, semplice ea basso costo, liberando i team di progettazione per esplorare una gamma molto più ampia di soluzioni.

Test di progettazione: il design non riguarda solo l'estetica, ma anche le prestazioni e gli aspetti pratici. Quando si sviluppa un nuovo veicolo, è importante assicurarsi che il design di ogni componente sia solido in termini di resistenza strutturale, compatibilità con gli altri componenti e la sua fattibilità complessiva. Senza la capacità di produrre prototipi funzionali in modo rapido e semplice, alcune decisioni chiave di progettazione dovranno essere bloccate molto presto nel processo senza metterle correttamente alla prova. Ciò aumenta notevolmente la possibilità di errori e problemi di qualità ulteriormente in linea. I prototipi funzionali stampati in 3D che possono essere prodotti e modificati rapidamente rappresentano molto più di un ciclo di sviluppo più rapido e più conveniente, ma portano anche a un prodotto finale migliore e più sicuro.

Parti con strutture complesse: la stampa 3D entra davvero in gioco quando sono coinvolte strutture complesse. Questo è vero sia per i prototipi che per le parti finali. La stampa 3D consente ai progettisti di esplorare a fondo la loro immaginazione e di non essere vincolati dai limiti di come vengono prodotte le parti. Non solo la stampa 3D amplia notevolmente le possibilità di ciò che può essere fatto, ma rende anche le parti complesse più economiche, facili e veloci da produrre.

Parti che utilizzano più di un materiale: quando si sviluppa un veicolo all'avanguardia, è inevitabile che alcuni componenti abbiano bisogno di utilizzare più materiali. Questa potrebbe essere una combinazione di gomma e plastica, un mix di materiali di diversi colori o un mix di materiali trasparenti e opachi. Tali casi sono comuni nella produzione automobilistica e li incontriamo regolarmente. Rispetto alle tecniche tradizionali come la stampa 3D a iniezione a due colori, la stampa 3D presenta numerosi vantaggi. Questi includono componenti più resistenti e più affidabili e l'eliminazione di costosi costi di stampaggio.

Parti leggere: la riduzione del peso è diventata sempre più importante nell'industria automobilistica poiché i produttori cercano sempre maggiore efficienza. Con la tecnologia di stampa 3D è possibile produrre componenti strutturali leggeri cavi anziché affidarsi a materiale espanso o mucill. Come esempio di quanto peso possa risparmiare la stampa 3D, un seggiolino auto stampato in 3D prodotto da Toyota è stato misurato per essere il 72% più leggero del sedile tradizionale.

Stampa di strumenti specializzati: la stampa 3D non è solo utile per produrre componenti e prototipi, ma è anche adatta alla creazione di strumenti ad uso specifico che possono essere utilizzati altrove nel processo di produzione. Questi possono includere strumenti di misurazione di precisione così come calchi e stampi.

Dopo la modifica del mercato: modificare le automobili è un grande business e non mancano le persone, in particolare i giovani, che cercano di distinguersi dalla massa con l'individualizzazione. La stampa 3D è perfetta per questo, consentendo di produrre pezzi veramente unici a un costo relativamente basso, ad esempio spoiler di ricambio, splitter anteriori o pannelli cruscotto interni.

Di seguito sono riportati alcuni esempi di componenti automobilistici prodotti da Great Wall Motors:

Front-left door panel and speaker mesh 3D printed by the ProtoFab SLA600 using Formula W Resin
Pannello della porta anteriore sinistro e griglia dell'altoparlante stampato in 3D dal ProtoFab SLA600 utilizzando la resina Formula W

Detail of the 3d printed Door panel
Dettaglio del pannello della porta

3d structure
Abbiamo stampato una complessa struttura a griglia

SLA vs. CNC

SLA Vs. CNC
Dimensionalmente, le due parti erano essenzialmente identiche

Quando si sviluppa una nuova parte o prodotto, la stampa 3D e il CNC sono entrambi meritevoli di considerazione, e ci sono situazioni in cui una tecnica sarà più adatta rispetto all'altra. Quindi quali sono i fattori che dovremmo cercare al momento di decidere quale scegliere?

CNC ideale per la produzione su larga scala

Se consideriamo solo le tolleranze e la qualità della finitura, il CNC è la scelta più chiara. La stampa 3D SLA non è certamente imprecisa, ma non è in grado di competere con la lavorazione CNC quando si tratta di ottenere superfici lisce. Inoltre, se è necessario produrre un gran numero di parti, e non solo uno o due prototipi, il CNC è sicuramente la strada da percorrere, in particolare se la parte è di struttura semplice. Un altro vantaggio della lavorazione CNC è nei materiali. È possibile lavorare con macchine CNC quasi tutti i materiali, inclusi legno, metallo e plastica, mentre la stampa 3D SLA è limitata all'utilizzo di resina fotosensibile. Questo può essere formulato per imitare vari materiali termoplastici popolari, ma il CNC avrà sempre il vantaggio in questo senso.

The CNC process is messy and inefficient, in this case requiring 25 separate pieces to be machined and then glued together
Il processo CNC è disordinato e inefficiente, in questo caso richiedono 25 pezzi separati da lavorare e quindi incollati.

All the pieces of the CNC part waiting to be glued together
Tutti i pezzi della parte CNC in attesa di essere incollati insieme.

SLA flessibile ed efficiente


Tuttavia, quando le parti sono complesse nella struttura e solo un piccolo numero è richiesto, la stampa 3D è una soluzione molto più efficace. Per illustrare meglio i vantaggi della stampa 3D per l'industria automobilistica, prendiamo l'esempio specifico di un prototipo di copertura del motore che creiamo per Great Wall Motors. Abbiamo deciso di produrre lo stesso pezzo utilizzando sia la stampa 3D SLA che la lavorazione CNC, ed i risultati sono stati estremamente interessanti. Abbiamo riscontrato che per questa parte e altre parti simili, la stampa 3D era significativamente migliore in quasi tutte le aree.

Ad esempio, la parte stampata in 3D potrebbe essere stampata in un unico pezzo, mentre la parte lavorata CNC doveva essere prodotta in più pezzi e quindi incollata. Questo era molto più laborioso e tre macchine dovevano essere utilizzate per produrre tutte le 25 sezioni. Sono necessarie così tante sezioni perché la testa dell'utensile nella lavorazione CNC è fortemente limitata nei suoi movimenti e forme più complesse sono impossibili da produrre. Inoltre, la parte finale CNC ha pesato meno di 1 kg, ma è stata tagliata da un blocco di materiale di 27 kg, che è un livello incredibile di rifiuti. Per la parte stampata in 3D c'era molto poco spreco di resina e nel complesso la parte era molto più economica da produrre.

This 3D printed engine cover was produced as a single piece
Questo coperchio del motore stampato in 3D è stato prodotto come un unico pezzo.

Il tempo di stampa effettivo per la stampante SLA era simile al tempo di lavorazione del CNC, ma nel complesso il processo CNC era molto più lento. Questo perché la lavorazione CNC richiedeva 10 ore di preparazione, incluse 4 ore di analisi e 6 ore di configurazione. Questo è paragonabile a poche ore di preparazione per la stampante 3D. Anche la parte CNC ha bisogno di molto più post-trattamento perché viene prodotta in più sezioni, mentre la parte stampata in 3D richiede solo il lavaggio e la levigatura standard.


Per il CNC era necessaria un'ulteriore ora di incollaggio

An extra hour of gluing was required for CNC
Tutti gli incollaggi extra hanno influito sul finale

Nel complesso, la stampa 3D si è rivelata più flessibile, più veloce, più efficiente, più economica e meno laboriosa. Se confrontati retro a retro con la stampa 3D, gli svantaggi della lavorazione CNC sono particolarmente evidenti, in particolare l'inefficienza generale e la mancanza di flessibilità.

the 3D printed part had a nice clean finish
Al contrario, la parte stampata in 3D aveva una bella finitura pulita

Confronto di entrambe le tecniche:

Technology SLA 3D printing CNC machining
Ease of Manufacture Part printed as a single piece. Multiple parts can be printed at once. Parts often need to be produced in multiple sections and then glued together. Each piece has to be machined independently.
Types of Structure Possible Any shape can be printed, including complex lattices and hollow parts. Only simple structures can be produced.
Material Photosensitive resin. ABS.
Material Usage Additive manufacturing process that makes use of more than 95% of material. Subtractive manufacturing process that wastes the vast majority of material.
Lead Time Typically 2 to 3 days. Typically 5 to 7 days.
Flexibility Very flexible. Designs can be altered quickly and easily. The machine can be prepared quickly. Inflexible. Adjusting designs is slow and difficult.
Design Limitations Only limited by the designer’s imagination. Many shapes and structures are impossible and need to be avoided.
Personnel 1 person can operate and monitor multiple machines. New personnel can be trained in a day. 2 to 3 people to operate each machine. New personnel require 6 months of training.
Noise and Environmental Factors Almost silent and very little waste. Very loud. Huge quantities of dust are produced which is harmful to breath in.

The final part fitted to the WEY VV7c
La parte finale adattata al WEY VV7c

Stampa 3D e il futuro dell'industria automobilistica

La nostra cooperazione con Great Wall Motors ha contribuito a dimostrare l'utilità della stampa 3D nel settore automobilistico, e siamo fiduciosi che la produzione additiva continuerà a sostituire le tradizionali tecniche di produzione. Sebbene la lavorazione CNC sia ancora migliore per la produzione di massa e alcune parti funzionali, la stampa 3D offre molti altri vantaggi che nella maggior parte dei casi andare con la stampa 3D è una scelta facile. Great Wall è stata in grado di ottenere i prototipi di cui avevano bisogno molto più rapidamente ea costi molto più bassi rispetto ai metodi tradizionali e anche con una flessibilità notevolmente migliorata durante l'intera fase di sviluppo. Con questi tipi di vantaggi, è chiaro che la stampa 3D sarà al centro del settore automobilistico in futuro.

3D Printers
La prototipazione 3D di SLA è più semplice con la nostra selezione di attrezzature e materiali di stampa

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