کاربردهای پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی در سال‌های اخیر، توانسته است صنعت خدمات خودروسازی را تا حد زیادی تحت تاثیر خود قرار دهد؛ همچنین، گفته میشود که بکارگیری کاربردهای پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی به پیشرفت عملکرد و در عین حال کاهش هزینه قطعات خودرو و زمان ساخت آن کمک زیادی می‌کند. حال می‌خواهیم در ادامه این گفتار به چرایی و چگونگی تولید خودرو با پرینت سه بعدی بپردازیم.
پیشرفت‌های اخیر کاربردهای پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی، مزایای بسیاری را در این بخش به ارمغان آورده است. یکی از مزایای بزرگ این فناوری، امکان طراحی قطعات خودرو نوینی است که از نظر استحکام، سبکی و ایمنی نسبت به همتایان پیشین خود برتری پیدا کرده‌اند.
کاهش مدت زمان تولید و هزینه‌ها نیز مزیت دیگر آن است. سال ۲۰۱۵ میلادی، Wohlers در گزارش سالانه خود عنوان کرد که ۱۶.۱% هزینه‌هایی که در آن سال صرف فناری ساخت افزایشی شد، مربوط به صنعت خودروسازی بود. حوزه کاربرد این فناوری بخش‌های مختلفی را شامل میشود؛ بیشتر از همه، این تولیدکنندگان قطعات خودرو اصلی و عرضه‌کنندگان ملزومات هستند که از ساخت افزایشی برای نمونه‌سازی فوری استفاده می‌کنند. با این وجود، ماهیت فنی پرینت سه بعدی می‌تواند کاری کند که در آینده نه چندان دور از این فناوری حتی برای نوآوری در محصولات و تولید مستقیم نیز استفاده شود.
امروزه، سازندگان خودرو سعی دارند پرینت سه بعدی را در بخش‌های دیگر همچون تهیه یک انبار موجودی دیجیتال، ساخت قطعاتی که دیگر تولید نمی‌شوند و ساخت ابزارهای سفارشی، نیز به کار بگیرند. با این وجود، ماهیت فنی پرینت سه بعدی می‌تواند کاری کند که در آینده نه چندان دور از این فناوری حتی برای نوآوری در محصولات و تولید مستقیم نیز استفاده شود.
زوایای مختلف استفاده از پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی
به طور کلی در صنعت خودروسازی از پرینت سه بعدی برای تحقق اهداف مختلفی استفاده میشود. در این بخش با برخی از این اهداف و چرایی و چگونگی استفاده از پرینت سه بعدی برای تحقق آنها بیشتر آشنا خواهیم شد.
۱.انتقال مفاهیم
طراحی قطعات خودرو اغلب با ساخت یک نمونه کوچک‌تر شروع میشود. بیشتر اوقات نیز از همین نمونه‌های کوچک برای انجام تست‌های آیرودینامیکی استفاده می‌کنند. اکنون طراحان با استفاده از روش‌های پرینت سه بعدی SLA و متریال جتینگ از کاربردهای پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی می‌توانند ماکت یک خودرو را با همه جزئیات آن بسازند. یک مدل دقیق از طرح اصلی می‌تواند مقاصد نهفته در طراحی را به خوبی بیان کند و مفهوم کلی را در همان مقیاس کوچک به نمایش بگذارد.
۲.اعتبارسنجی
اکنون نمونه‌سازی با استفاده از کاربردهای پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی به یک امر رایج در خدمات خودروسازی تبدیل شده است. از یک آینه بغل گرفته که در اندازه اصلی و با روش ارزان پرینت سه بعدی FDM پرینت میشود، تا پرینت داشبوردهای تمام رنگی با جزئیات دقیق. برای تولید هر نمونه خاص با نیازهای متفاوت، یک فناوری ساخت افزایشی مناسب یافت میشود. برخی مواد مهندسی پرینت سه بعدی حتی می‌توانند برای انجام تست‌های کامل و اعتبارسنجی عملکرد نمونه به کار بروند.
۳.پیش تولید
کاربردهای پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی توانسته است تحول بزرگی در نحوه ساخت ابزار تزریق پلاستیک و ترموفورمینگ، و همچنین تولید جیگ‌ها و فیکسچرها ایجاد کند. تولید ارزان و سریع ابزارآلات، اثر مستقیمی بر تولید انبوه متوسط تا زیاد قطعات خواهد داشت. این کار، احتمال ضرر اقتصادی را به هنگام سرمایه‌گذاری بر تجهیزات گران قیمت کاهش می‌دهد.
۴.تولید
تناژ تولید در صنعت خودروسازی فوق‌العاده زیاد است و سالانه از صد هزار قطعات خودرو فراتر می‌رود. پس به جای تولید قطعات خودرو اصلی در وهله اول، از راه حل نمونه‌سازی فوری با استفاده از ساخت افزایشی استفاده میشود.
پرینترهای سه بعدی صنعتی نیز به طور همزمان از نظر اندازه پرینت، سرعت پرینت و تنوع مواد پیشرفت زیادی داشته‌اند؛ این بدان معنا است که اکنون ساخت افزایشی به یک راه حل شدنی و موفقیت آمیز برای تولید به میزان متوسط تبدیل شده است. این روش به ویژه برای آن دسته از خودروسازان رده بالا مناسب است که میزان تولید محصولات پیشرفته خود را حتی به کمتر از مقدار متوسط محدود می‌کنند.
۵.تولید سفارشی
ساخت افزایشی تاثیر چشمگیری بر صنعت رقابت جویانه خودروسازی داشته است. زمانی این امر به خوبی حس میشود که بهتر شدن خدمات خودروسازی، بتواند هزینه بالای قطعات پیچیده و منحصر به فرد را توجیه کند. بنابراین امکان تولید سفارشی قطعات یک وسیله نقلیه خاص، مانند یک سیستم تعلیق سبک نیز فراهم میشود.
به عنوان مثال، نمونه‌های اولیه خودروهای مسابقه و دوچرخه‌ها را در دنیای مسابقات در نظر بگیرید، وسایل نقلیه در این حیطه‌ها به صورت سفارشی ساخته میشوند تا بهترین عملکرد خود را در میدان رقابت به نمایش بگذارند.
آیا میدانستید یکی از خودروهایی که با این روش ساخته شده اند توانسته برنده‌ی ماراتن شود؟ از اینجا می توانید بیشتر درباره‌اش بخوانید
این موضوع به خود وسیله نقلیه محدود نشده و راننده هم می‌تواند بخش‌های مختلف را به دلخواه خود شخصی سازی کند؛ برای مثال افراد می‌توانند کلاه ایمنی یا نشیمن مخصوص خود را سفارش بدهند. علاوه بر این، ساخت افزایشی از معدود روش‌هایی است که امکان تلفیق قطعات و بهینه‌سازی توپوگرافی بخش‌های سفارشی یک خودرو را به وجود می‌آورد.
۶.پرینت سه بعدی قطعات قدیمی خودروها
بر هیچکس پوشیده نیست که پیدا کردن و ساختن قطعات یدک خودروهای قدیمی می‌تواند تا چه حد سخت باشد. هرچه مدل خودرو قدیمی‌تر باشد، این مشکل هم بزرگ‌تر خواهد بود. در این راستا، فناوری پرینت سه بعدی راه‌حلی در اختیار شرکت‌ها قرار می‌دهد؛ آنها می‌توانند نیاز مشتری را به سرعت برآورده کنند و بدین ترتیب جایگاه خود را در بازار خودرو از سایر رقبا متمایز سازند.
برای مثال شرکت تولیدکننده Markforged به دنبال راهی بود تا با ارائه ظرفیت‌های جدیدی به مشتری در صنعتی که اشباع شده است، رقابت کند. یکی از مشتریان آنها با پیشنهاد بازیابی کاربراتور اصلی خودروهای کلاسیک دهه ۳۰ میلادی، موقعیت مناسبی را در اختیار آنها گذاشت. این شرکت با استفاده از فناوری اسکن سه بعدی به مهندسی معکوس درب کاربراتور مشتری پرداختند؛ سپس یک مدل از آن را با پرینتر فیبر کربن خود و با استفاده از مواد Onyx پرینت کردند.
۷.تهیه فهرست موجودی دیجیتال
به لحاظ تاریخی، تهیه فهرستی از موجودی‌ها و توزیع در صنعت خودرو به معنای نگهداری انبوهی از قطعات یدک و جایگزین در انبارها است و تا زمانی هم که به آنها نیاز باشد، مکان زیادی را اشغال خواهند کرد.
فوربز اخیرا در یک مقاله به راه‌حل فهرست موجودی دیجیتال پرداخته است؛ در این رویکرد، فایل‌های دیجیتال از طریق امنی به پرینتر سه بعدی می‌رسند و قطعات خودرو را بر حسب نیاز می‌سازد. در نتیجه این امر، قطعات سریع‌تر از قبل به دست مشتری می‌رسند و با حذف حمل و نقل، ردپای کربن نیز کاهش می‌یابد.
حتی خودروساز لوکس آلمانی پورشه نیز اکنون یک پرینتر سه بعدی دارد که برای تولید قطعات فلزی و پلاستیکی از آن استفاده می‌کند و علاوه بر آن، یک فهرست دیجیتال از قطعات یدک به کاتالوگ خود اضافه کرده است. با این کار خودروهای کلاسیک از دور خارج نمی‌شوند، و صاحبان خودروهای کلاسیک وفادار و راضی می‌مانند.
موارد حائز اهمیت در تولید یک خودرو و تاثیر استفاده از پرینت سه بعدی در آنها
وزن قطعات نهایی
یک دیدگاه مهم در صنعت خودرو امروزی، مربوط به کاهش وزن قطعات خودرو میشود. در راستای این هدف، تلاش میشود که با استفاده از مواد مهندسی پیشرفته و هندسه‌های پیچیده، همزمان که از وزن خودرو کاسته میشود، عملکرد آن نیز بهتر شود. هنگام تولید قطعات خودرو در روش پرینت سه بعدی، می‌توان از بیشتر پلیمرها و فلزات سبک رایج در صنعت خودروسازی استفاده کرد.
ظاهر هندسی پیچیده قطعات (در نمونه‌های اولیه و قطعات نهایی)
هندسه یک قطعه بر وزن، آیرودینامیک و در نهایت عملکرد آن تاثیر می‌گذارد. قطعات خودرو نیز اغلب باید چند مشخصه مهم داشته باشند: کانال‌های داخلی برای خنک سازی یکپارچه، بخش‌های مخفی، دیواره‌های نازک، مش‌های دقیق و سطوح دارای انحنا. تولید ساختارهای فوق‌العاده پیچیده که در عین حال نیز سبک و مقاوم هستند، با روش‌های ساخت افزایشی امکان پذیر است. آزادی بسیاری که در طراحی وجود دارد، مزیت مهم دیگری است که در همه روش‌های تولید وجود ندارد. علاوه بر همه این‌ها، قابلیت بهینه‌سازی، یکپارچه‌سازی بخش‌های متحرک، تولید در حجم کم با قیمت مناسب و سفارشی سازی، از دیگر نکات مثبت ساخت افزایشی هستند.
مقاومت اجزا در برابر دما
بسیاری از بخش‌هایی که در خودرو به کار می‌روند، باید کمترین میزان انحراف گرمایی را داشته باشند. در بسیاری از فرآیندهای ساخت افزایشی می‌توان از موادی استفاده کرد که قادرند دمایی بیشتر از دمای ثابت محفظه موتور تحمل کنند. مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی (نایلون SLS و پلیمرهایی که به صورت تابشی پخت شده‌اند) برای استفاده در دماهای بالا مناسب هستند.
مقاومت اجزا در برابر رطوبت
بیشتر اجزای مورد استفاده در تولید خودرو باید در برابر رطوبت مقاوم باشند؛ چه بسا که حالت مطلوب، ضد آب بودن است! خوبی روش‌های ساخت افزایشی در این است که همه قطعات خودرو پرینتی می‌توانند تحت عملیات پسا پردازش قرار بگیرند؛ با انجام این عملیات می‌توان یک لایه محافظ روی قطعه به وجود آورد که آن را در برابر رطوبت و آب مقاوم می‌سازد. حال آنکه برخی از مواد به خودی خود و بدون هیچ لایه محافظی می‌توانند در محیط مرطوب پایدار بمانند که این امر به ماهیت آنها برمی‌گردد.
- تلفیق قطعات (در نمونه‌های اولیه و قطعات نهایی)
با طراحی دوباره یک قطعه می‌توان از تعداد اجزای مورد نیاز برای سرهم کردن آن کاست و قطعات خودرو را به صورت یک جزء پیچیده واحد تولید کرد. زمانی میشود به اهمیت تلفیق و یکی کردن قطعات سرهم بندی شده پی برد که بدانیم چقدر از میزان مواد مصرفی کم میشود. به دنبال آن نیز وزن سازه کمتر شده و در مدت طولانی هزینه‌ها پایین می‌آید. با این کار حتی فهرست کالاهای موجود در انبار هم کوتاه‌تر خواهد شد، زیرا برای تعمیر یا جایگزینی قطعه‌ای که قبلا با سرهم بندی اجزای مختلف ساخته شده بود، کافی است از یک عدد قطعه استفاده کنید. بنابراین، حتی از این نظر هم به سود صنعت خودرو خواهد بود.
مواد پرینت سه بعدی مناسب برای ساخت اجزای مختلف یک خودرو
جدول زیر نشان می‌دهد در صنعت خودروسازی هر یک از مواد پرینت سه بعدی در کجا و برای تولید کدام بخش از خودرو استفاده میشوند.
| کاربرد | فرآیند | ماده | ویژگی‌های ظاهری قطعه | مثال قطعه |
|---|---|---|---|---|
| زیر کاپوت | SLS | نایلون | قطعات متحرک مقاوم به حرارت | سرپوش باتری |
| اجزای داخلی | SLA | رزین | اجزای زیبا با قابلیت شخصی سازی کردن | نمونه اولیه کنسول وسط خودرو |
| کانال هوا | SLS | نایلون | انواع گردگیر و کانال‌های منعطف | کانال‌های تهویه هوا |
| پنل‌های مقیاس اصلی | SLA صنعتی | رزین | قطعات بزرگی که پرداخت نهایی آنها قابل مقایسه با قطعات تزریق پلاستیک است؛ قطعات قابلیت سنباده زنی و رنگ آمیزی دارند | سپر جلو |
| انوع براکت و دسته‌های کست متال | SLA و ریخته گری | موم | قطعات فلزی که قالب آنها نخست با پرینت سه بعدی تولید میشود | براکت دینام |
| اجزای فلزی پیچیده | DMLS | بفلز | قطعات فلزی متحرک، سبک و یکدست | سیستم تعلیق ویشبون |
| گودی‌ها | متریال جتینگ | فوتوپلیمر | قاب صفحه نمایش سفارشی که مستقیم به کار می‌رود | کنار داشبورد |
| چراغ‌ها | SLA | رزین | مدل‌های کاملا شفاف با جزئیات دقیق | نمونه اولیه چراغ جلو |
کاربردهای دیگر پرینت سه بعدی در صنعت خودروسازی
ساخت انواع گردگیر خودرو به کمک پرینت سه بعدی
از ساخت افزایشی، به ویژه فناوری پرینت سه بعدی SLS می‌توان برای ساخت گردگیرهای نیمه متحرک کمک گرفت. چنین قطعاتی باید به حدی انعطاف پذیر باشند که در هنگام سرهم بندی یا جفت شدن به درستی قرار بگیرند.
به طور کلی، زمانی که در کارکرد قطعه خبری از حرکت‌های خمشی تکراری نباشد، بهتر است از روش پرینت سه بعدی SLS و مواد متناسب با آن استفاده شود. اما در جایی که انعطاف پذیری بالا مد نظر باشد، دسته‌ای از مواد چاپ سه بعدی SLS مانند Duraform Flex که بر پایه پلی‌اتیلن هستند، مناسب‌تر خواهند بود.
ساخت کانال‌های پیچیده با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی
با استفاده از پرینت سه بعدی SLS می‌توانید یک ساختار یکدست اما پیچیده را به صورت فوق‌العاده بهینه طراحی کنید. بنابراین، تولید تناژ پایین کانال‌های سیستم کنترل محیط در حوزه‌های هوافضا و مسابقات رقابتی، می‌تواند با این روش صورت بگیرد.
در پرینت سه بعدی SLS می‌توانید حتی ضخامت دیواره‌ها را تنظیم کنید و علاوه بر آن، با بهینه سازی ساختار شبکه‌ای سطح، نسبت استحکام به وزن را افزایش دهید؛ انجام چنین کاری با استفاده از روش‌های سنتی، بسیار گران تمام میشود. اما در فناوری پرینت سه بعدی SLS پیچیدگی، هزینه ندارد. قطعات نیز با دقت زیاد پرینت میشوند و به تقویت کردن نیازی ندارند.
تولید نمونه اولیه به منظور نمایش دقیق جزئیات
در برخی فرآیندهای پرینت سه بعدی خدمات خودروسازی می‌توان نمونه‌هایی تولید کرد که چند رنگ در آنها دیده میشود و پرداخت سطح آنها با قطعات تزریق پلاستیک برابری کند، چیزی که در روش‌های سنتی بسیار دشوار است. کاربرد این مدل‌ها بیشتر برای طراحان است تا درک بهتری از طرح خود پیدا کنند و اگر قطعه باشد، بتوانند شکل و نوع قرارگیری آن را بررسی کنند. از آنجایی که این روش نمونه‌سازی بسیار دقیق است، می‌توان از آن برای انجام تست‌های آیرودینامیک و آنالیز استفاده کرد؛ چرا که حتی پرداخت سطح نمونه به قطعه اصلی بسیار نزدیک است.
با این حال، بیشتر کاربرد ساخت افزایشی در حوزه خودرو به ساخت و تولید اجزایی مربوط میشود که جنبه زیبایی آنها بر عملکرد اولویت دارد؛ مانند آینه‌های بغل، محفظه چراغ، غربیلک فرمان و طراحی کامل داشتبورد داخل. روش‌های پرینت سه بعدی SLA و متریال جتینگ دو روشی هستند که بیش از سایر روش‌ها برای نمونه‌سازی بخش‌های بصری به کار می‌روند. برای ساخت نمونه‌ها با این دو فناوری از رزینی استفاده میشود که با تابش پرتو به عمل می‌آید.
ساخت دسته پایه‌های متحرک
توانایی تولید یک دسته پایه پیچیده و سبک در مدت تنها یک شب، خصلت بارز روش ساخت افزایشی است. با ساخت افزایشی، اشکال و طرح‌های مختلف دقیقا به همان صورت تولید میشوند و مهم‌تر آنکه، این کار با دخالت بسیار کمی از سوی اپراتور انجام می‌گیرد. این بدان معنی است که مهندسان می‌توانند تجسم فیزیکی طرحی را که در کامپیوتر رقم زده‌اند در چشم به همزدنی رو به روی خود ببینند.
حال آنکه که در یک روش تولید معمول‌تر مانند ماشین‌کاری CNC، برای تولید قطعه باید یک اپراتور حرفه‌ای و کاربلد حضور داشته باشد تا قطعه به درستی تولید شود. در آخر نیز، باید بگوییم که برای تولید قطعات متحرک، بهتر است از فناوری‌هایی مانند پرینت سه بعدی SLS با نایلون و پرینت فلز استفاده کرد که مبتنی بر ذوب بستر پودری هستند؛ طیف وسیعی از مواد نیز در این دو روش قابل استفاده هستند که از نایلون PA12 تا تیتانیوم را شامل میشوند.
پرینت سه بعدی و آینده صنعت خودروسازی
با تولید یک خودروی کامل به کمک پرینت سه بعدی می‌توانیم بگوییم که آینده درست همینجا است؛ از خودروهای مفهومی و الکتریکی گرفته تا وسایل نقلیه‌ای که با هدف کمک به تحقیقات علمی طراحی میشوند. پرینت سه بعدی حتی در زمینه بازیابی خودروهای کلاسیک نیز تحول بزرگی ایجاده کرده است که نمونه آن، بازسازی خودروی BMW 507 الویس با تعدادی اجزای پرینت سه بعدی است. اما در آینده منتظر چه چیزی باشیم؟ خودروهایی که تمام و کمال با پرینت سه بعدی تولید شده‌اند، به تولید انبوه رسیده و برای خرید عرضه شده‌اند.
قطعا پرینترهای سه بعدی Markforged در این مسیر نقش موثری ایفا خواهند کرد. تولیدکنندگان خودرو با استفاده از خدمات این شرکت می‌توانند پرینت سه بعدی را در جریان کار خود وارد کنند و تولید محصولات را با سرعت بالاتر، هزینه کمتر و بازده بیشتر به پایان برسانند. پرینترهای سه بعدی فلز و فیبر کربن Markforged با کاهش زمان تولید به واسطه تولید بر حسب نیاز، بهره‌وری زنجیره تامین را بهبود می‌بخشند.
همچنین، پرینترهای آنها ۵۰ برابر سریع‌تر از روش‌های متداول عمل می‌کنند که به سبب همین امر، زمان عرضه به بازار کاهش می‌یابد و این در حالی است که هزینه تا ۲۰ برابر کمتر میشود. این دلایل به خوبی نشان می‌دهند که چرا غول‌های صنعت خودرو و همینطور هزاران تولیدکننده اصلی تجهیزات در ۵۰ کشور دنیا برای نمونه‌سازی روزانه، تولید قطعات نهایی و ساخت ابزار و فیکسچرها از پرینترهای Markforged استفاده می‌کنند.
