Il Fraunhofer Institute for Additive Production Technology (IAPT) ha dimostrato come la stampa 3D può migliorare le prestazioni tecniche e i costi di produzione riprogettando i cardini delle portiere delle auto sportive di lusso.
Durante il progetto di riprogettazione della parte, gli ingegneri IAPT hanno ottimizzato tutto, dalla geometria dei cardini della porta all'orientamento di costruzione e ai parametri di processo per massimizzare i risparmi sui costi e sul peso.
In definitiva, questo lavoro mira a far luce sui fattori meno ovvi che influiscono sul costo delle parti stampate in 3D, non solo sulla geometria dei componenti stessi.
Semplifica la produzione di automobili
L'industria automobilistica è una delle tante industrie che hanno abbracciato la produzione additiva nel corso degli anni, utilizzando la tecnologia per una varietà di applicazioni. Ad oggi, tuttavia, molti casi d'uso sono stati limitati a piccoli lotti, poiché la stampa 3D non ha ancora fornito il throughput delle tradizionali tecnologie di produzione automobilistica, senza contemporaneamente mantenere basso il costo di ciascuna parte. Pertanto, il progetto Fraunhofer potrebbe dimostrare che la tecnologia nel suo insieme è attualmente sottoutilizzata nel settore automobilistico e che le applicazioni di produzione in serie ad alto volume sono ancora agli inizi.
Il primo caso d'uso stabilito è la prototipazione rapida, poiché la fase di sviluppo di un nuovo modello può richiedere fino a cinque anni. Durante la ricerca e sviluppo, vengono inevitabilmente sviluppati e testati diversi prototipi di parti, il che significa iterazioni di progettazione rapide con tempi di consegna minimi: questo è uno dei principali punti di forza della produzione additiva.
Le case automobilistiche utilizzano anche strumenti di produzione stampati in 3D, come maschere e dispositivi, per aiutare con i flussi di lavoro di produzione e assemblaggio. Ci sono anche potenziali applicazioni in parti aftermarket che una volta erano fuse ma ora sono obsolete. La natura dinamica e flessibile della stampa 3D consente ai fornitori di componenti di stampare su richiesta, eliminando completamente la necessità di inventario dei componenti fisici.
Cerniere per porte stampate in 3D
Prima di iniziare qualsiasi lavoro di progettazione, gli ingegneri Fraunhofer hanno utilizzato il software di screening delle parti sviluppato da 3D Spark, uno spin-off IAPT, per identificare le parti di automobili adatte per studi dimostrativi.
Nelle prime fasi del progetto, il team ha prima identificato l'orientamento più conveniente per i componenti nella sala di costruzione. Gli ingegneri hanno considerato le strutture di supporto necessarie e quante parti potevano inserire in una singola build. Questa fase iniziale di ottimizzazione dell'orientamento ha comportato un risparmio sui costi del 15% rispetto a una build stampata in 3D senza tali considerazioni.
La prossima è l'ottimizzazione della topologia del braccio della cerniera stessa. Rimuovendo il materiale non necessario e rafforzando solo le parti della parte necessarie per simulare il flusso di forza, gli ingegneri sono stati in grado di ridurre il peso del braccio della cerniera del 35%. Il successivo risparmio di materiale e tempi di stampa più brevi hanno comportato un ulteriore 20% di risparmio sui costi.
Il team di Fraunhofer ha anche calcolato ulteriori risparmi sui costi associati alla riduzione della post-elaborazione (riducendo le strutture di supporto) e alla scelta del miglior materiale in polvere di metallo per il lavoro: 10 percento ciascuno.
È interessante notare che lo studio ha rilevato che anche i parametri di costruzione utilizzati nel processo di stampa 3D contribuiscono a potenziali risparmi sui costi. Ad esempio, strati più spessi, velocità di scansione più elevate e la deformazione del profilo del raggio laser contribuiscono a ridurre i tempi di costruzione, riducendo i costi di stampa di un altro 15 percento.
In definitiva, questo approccio di progettazione incentrato sui costi ha consentito agli ingegneri IAPT di stampare in 3D la cerniera a un costo inferiore dell'80% rispetto alla sua controparte stampata in 3D senza la stessa ottimizzazione. Rispetto alle loro controparti fresate a CNC, il progetto ha ottenuto risparmi sui costi e sul peso rispettivamente del 50% e del 35%.