مقدمه
در یک دهه گذشته، پرینترهای سه‌بعدی از بخشی از تجهیزات که به صورت اختیاری برای تولید نمونه‌های نسبتاً ساده استفاده می‌شدند به یک ضرورت مطلق تبدیل شدند – فناوری‌ای که در حال تغییر دادن صنعت خودروسازی در رویه‌های بنیادین است.
در حال حاضر لوازم جانبی در استودیوهای طراحی خودرو، خطوط مونتاژ کارخانه و فرآیند آزمایش، پرینترهای سه‌بعدی تولیدکننده قطعات پیچیده، تسریع چرخه‌های تجهیزات / قطعه‌سازی، افزایش اندازه‌گیری و آزمایش و ارائه راه‌حل‌های ویژه، در تمام مراحل فرآیند ساخت خودرو وجود دارند.
دیوید فرولی ، مدیر Stratasys®، دفتر مستقر در ایتالیا بیان نموده است که:
"من هر روز از یافتن یک برنامه (اپلیکیشن) جدید به وسیله مشتری‌ها، شگفت‌زده می‌شوم."
فرولی از جمله افرادی است که کار خود را با استفاده از پرینت سه‌بعدی تغییر داده است. شایان توجه است که بزرگترین تولیدکنندگان خودرو در جهان مانند Fiat Chrysler Group, Volkswagen Group،
Ford Motor Co و همچنین برندهایی مانند .Lamborghini S.p.A و .Ferrari S.p.A مشتریان فورلی هستند.
پنج راهی که از طریق آن‌ها پرینت سه‌بعدی صنعت خودروسازی را دچار تغییر و تحول کرده است:
1- از کوچک به بزرگ
انعطاف‌پذیر و طراحی بهینه
یکی از مهمترین مزایای طراحی وسایل نقلیه در مراحل اولیه با کمک پرینتر سه‌بعدی است؛ در واقع قابلیت شروع کار در مقیاس کوچک و سپس سرعت بخشیدن به آن قبل رسیدن به ارزیابی و خط مونتاژ را شامل می‌شود. برای مثال، یک نمونه از این فناوری را می‌توان در Bentley Motors Ltd مشاهده نمود. به این صورت که، تقریباً همه جزئیات یک وسیله نقلیه برای تولید در آینده ابتدا با استفاده از فناوری Stratasys PolyJet™ ساخته می‌شود. فرآیند پرینت سه‌بعدی این امکان را برای طراحان فراهم می‌کند که اشکال مختلف و انواع اقدامات عملی را آزمایش کنند و آن‌ها را با سرعت بیشتری نسبت به گذشته به یک طرح نهایی نزدیک کنند. استودیو طراحی بنتلی (Bentley Design Studio) از دو دستگاه شامل Objet30 ProTM و Objet500 ConnexTM که پرینترهای سه‌بعدی با قابلیت استفاده از چندین متریال هستند، استفاده می‌کند.
طراحان برای مدل‌سازی هر چیزی از لبه‌های چرخ‌های کوچک تا پنجره مشبک از دستگاه Objet30 استفاده می‌کنند و برای مراحل بعدی به سراغ دستگاه Objet500 می‌روند. در یکبار پرینت سه‌بعدی هم ماده شفاف و هم ماده مات با یکدیگر ترکیب می‌شوند و در ساخت یک مدل مقیاس بدون مونتاژ استفاده می‌گردند.
دیوید هایوارد (David Hayward)، مدیر عملیات و پروژه‌ها در استودیوی طراحی بنتلی، در یک مطالعه موردی توضیح داده است: "ما برای ساخت یک قسمت کامل و کوچک کردن مقیاس آن، مدل مقیاس یک‌دهم تولید می‌کنیم. بعد از تأیید این مقیاس می‌توان از پرینتر سه‌بعدی بزرگتر Objet500 Connex استفاده کرد تا مدل‌های مقیاس یک‌سوم، قطعات کامل و همچنین قطعاتی که خصوصیات مواد مختلفی را بدون مونتاژ ترکیب می‌کنند، تولید نمود."
فناوری PolyJet همچنین به شرکت‌ها امکان می‌دهد نمونه‌های اولیه شفاف پرینت کنند.
در Jaguar Land Rover، پرینتر سه‌بعدی Objet500 Connex وظیفه تولید کردن حلقه دریچه هوای کامل برای Range Range Rover Sport را برعهده دارد. در آن از مواد سفت و سخت برای ساخت بدنه و تیغه‌های مهار هوا و مواد لاستیکی‌مانند برای دستگیره‌های کنترل و درزگیری کردن (جلوگیری از رفت و برگشت) هوا استفاده شده است.
در یک فرآیند واحد، Jaguar Land Rover دریچه هوای را به‌عنوان بخشی از کار پرینت کرد. پس از پرینت، مدل از پرینتر بیرون آورده شد و بعد از تمیز کردن مورد آزمایش قرار گرفت؛ در نتیجه ثابت شد که لولا بر روی تیغه‌ها کار می‌کند، و دکمه کنترل نیز از نظر ظاهری و عملی درست بود.
2- سرعت بخشیدن به تجهیزات و قطعه‌سازی به همراه ساخت افزایشی (Additive Manufacturing) باعث کم کردن مراحل و کاهش زمان می‌شود.
بررسی جدیدی که توسط Stratasys انجام شده نشان داده که 60 درصد از مشتریان ایتالیایی از پرینترهای سه‌بعدی Fortus® برای انجام حداقل یک کار تولیدی استفاده می‌کنند. براساس صحبت فرولی برخی از مشتریان ایتالیایی منحصراً از پرینتر سه‌بعدی Fortus برای تولید استفاده می‌کنند. سرعت دادن به تجهیزات و قطعه‌سازی برای بسیاری از مشتریان خودرو تبدیل به تمرکز عمده و اصلی شده است؛ روندی که انتظار می‌رود طی سال‌های آینده رشد کند.
مهندسین این امکان را دارند که قبل از ساخت نسخه فولادی برای قالب نهایی، قالب‌ها را به منظور مشخص کردن طراحی بهینه ارزیابی کنند. طراحی قطعه و قالب با ساخت افزایشی از همان ابتدای کار، چندین مرحله و هزینه‌های پنهان را در مقایسه با روش‌های سنتی قطعه‌سازی حذف می‌کند.
یک نمونه واقعی از کوتاه کردن فرآیند قطعه‌سازی را می‌توان در Lamborghini Aventador سال 2011، ماشین اسپرت مدل flagship مشاهده کرد.
Lamborghini Aventador 400 هزار دلاری، 230 مایل در ساعت حرکت می‌کند و بسیاری از ویژگی‌های عملکردی خود را مدیون کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن است که هسته اصلی بدنه شاسی را تشکیل می‌دهد. وزن آن 324.5 پوند است و کل بدنه و شاسی آن فقط 505 پوند وزن دارد.
تیم از پرینتر سه‌بعدی Fortus با پوشش ساخته شده بزرگ برای تولید مدل مقیاس یک‌ششم از بدنه و شاسی در یک قطعه استفاده کرده‌اند. از اینرو، نمونه‌های اولیه مقیاس یک‌ششم بدنه و شاسی فقط طی دو ماه ساخته شدند که شامل زمان پرینت و مونتاژ قطعات نیز می‌شود. در حالی که در فرآیند تولید سنتی این زمان در حدود 4 ماه و 40 هزار دلار برای ساخت قطعه برای قسمت‌های مقیاس‌پذیر تخمین زده شده بود. اما با استفاده از پرینتر سه‌بعدی کل زمان ساخت و پردازش 20 روز و با هزینه کلی 3000 دلار شامل مواد، نیروی کار و ماشین‌آلات شد.
3- سفارشی‌سازی سریع با استفاده از پرینت سه‌بعدی
ساخت سفارشی خودرو به ویژه در مورد فضای داخلی، فعالیتی پرهزینه برای خودروسازان است. تولید انبوه یک قابلیت خاص اتومبیل در وسایل نقلیه کم حجم، اغلب توجیهی را برای تولیدکننده تجهیزات اصلی فراهم می‌کند. اما پرینت سه‌بعدی یک راه‌حل اقتصادی برای خودروسازانی که به دنبال ارائه مجموعه‌ای از ویژگی‌ها و گزینه‌هایی برای مصرف‌کنندگان هستند، ارائه می‌دهد. به‌عنوان مثال ، Stratasys با یک خودروساز آلمانی همکاری کرد تا یک ویژگی مناسب برای در بدنه خودرو ایجاد کند. این گزینه فقط در 10 هزار وسیله نقلیه وجود داشت - تعداد کمی از واحدها هزینه قطعات و قالب‌گیری تزریقی را توجیه‌پذیر دانستند. با این حال، پایین بودن هزینه و مواد با استفاده از فناوری پرینت سه‌بعدی بسیار مناسب است.
فرولی بیان کرده است:
"سفارشی کردن فضای داخلی خودرو به ویژه برای مشتریان تجاری، یکی دیگر از نیازهای اساسی است که به وسیله پرینت سه‌بعدی اجرایی می‌شود."
این فرآیند شامل ساخت پنل‌های کم‌حجم و ابزار تخصصی است که ویژگی‌هایی مانند محفظه‌هایی برای قطعات و ابزارها و همچنین امکاناتی بر روی داشبورد مانند GPS و سیستم‌های مسیریابی ماهواره‌ای را دربرمی‌گیرد. در حالی که وسایل نقلیه الکتریکی هنوز نماینده یک وسیله با حجم کم هستند، بازار به سرعت در حال رشد است و پرینت سه‌بعدی می‌تواند نقش برجسته‌تری ایفا کند. این وسایل نقلیه به اجزاء سبک وزن و قطعات بسیار تخصصی نیاز دارند که باید در مقادیر کمتری تولید شوند- مکانی مناسب برای مدل‌سازی رسوب‌شده (fused deposition modeling (FDM هستند.
لیندر (Lindner) به پروژه‌ای اشاره کرده که در آن Stratasys با یک تولیدکننده تجاری کوچک در حوزه وسایل نقلیه الکتریکی همکاری کرده بود. در این پروژه آن‌ها قطعاتی را برای ترموفر کردن / حرارتی کردن (Thermoforming) سقف خودرو تولید کردند. در واقع زمانی که اجزای سقف به هم متصل شدند و روی وسیله نقلیه قرار گرفتند، سقف سبک‌تر به کاهش تقریباً پنج درصدی وزن کلی کمک کرد. قابلیت استفاده از پرینت سه‌بعدی در حوزه وسایل نقلیه الکتریکی رو به رشد است.
4- اعتبارسنجی و سنجش پیشرفت در مورد تقاضا
لیندر شاهد آن است که در بخش مونتاژ قطعات و اندازه‌گیری نیز پرینت سه‌بعدی نقش مهم و رو به افزایشی در کارخانه‌های خودروسازی ایفا می‌کند. از اینرو، وی مثالی از همکاری یک تأمین‌کننده با مهندسین Stratasys برای ساخت قطعه‌ای چند‌منظوره که می‌تواند چندین نقطه را روی چراغ عقب یا جلو قبل از مونتاژ نهایی در کارخانه OEM در آلمان، بررسی و اندازه‌گیری کند، بیان کرده است.
"قطعه‌ای مثلثی شکل که سه فرآیند مختلف را در یک قطعه امکان‌پذیر کرده و به وسیله فناوری پرینت سه‌بعدی FDM ساخته می‌شود."
قطعه تولید شده توسط FDM سبک و قابل حمل است و می تواند به هر قسمت یا هر بخشی از خط مونتاژ منتقل شود.
در حال حاضر به طور فزاینده‌ای از پرینترهای سه‌بعدی Fortus برای تولید jigs مورد استفاده در فرآیند مونتاژ استفاده می‌شود.
5- عملکرد جهان واقعی
تقریباً ده سال پیش، متخصصان Stratasys نشان دادند که چگونه Fiat می‌تواند پنل‌های در و بدنه را با فناوری FDM بسازد. فرولی یادآوری می‌کند که مدیران خودروساز ایتالیایی تحت تأثیر این پنل‌های بزرگ و در عین حال نازک و همچنین راحت قرار گرفتن قطعات در کنار یکدیگر بودند. فناوری‌های SLA و SLS نمی‌توانند بدون چرخیدن قطعات بزرگ تولید کنند. گرچه، فرولی این مسئله را بیان نمود که بخش‌های FDM به مرور زمان شکل خود را حفظ می‌کنند.
برای نمونه، زمانی که گروه فیات برای اولین بار با فناوری FDM آشنا شدند از این که می‌توانستند اقداماتی را انجام بدهند که تا پیش از آن قادر به انجام آن‌ها نبودند، بسیار شگفت‌زده شدند.
بعد از آن گروه فیات (Chrysler Fiat Group) چندین دستگاه پرینتر سه‌بعدی Fortus خریداری کردند و به ساخت قطعات با قابلیت‌های بیشتر اقدام نمودند. در حال حاضر، آن‌ها قادر به ساختن قطعات پیچیده (برای محفظه موتور) هستند که تاب آوری و تحمل لازم در تست‌های اجرایی را دارند ... (برای) مقاومت در برابر مواد شیمیایی و گرما.
شایان توجه است که استفاده از فناوری FDM نه تنها یک راه مناسب برای تأیید آنچه طراحان معتقدند دارای کارایست، می‌باشد بلکه همچنین می‌تواند آنچه را که کار نمی‌کند و دچار مشکل است را قبل از اینکه یک قسمت یا کل قسمت‌های مونتاژ به مرحله تولید برسند، مشخص سازد. برای مثال، سازنده تجهیزات اصلی و جانبی Hyundai Mobis بر نمونه‌سازی برای تأیید طراحی و تست‌های اجرایی و عملکردی متکی است از اینرو از سیستم Fortus FDM برای کمک به ارزیابی اجزایی مانند پنل‌های ابزار استفاده کرده است.
منبع:
