Aplicação da impressão 3D na indústria automotiva

Desenvolvimentos notáveis ​​nas tecnologias de manufatura aditiva nas últimas décadas transformaram as maneiras potenciais pelas quais os produtos são projetados, desenvolvidos, fabricados, fabricados e distribuídos. O setor automotivo tem sido muito progressivo na experimentação da impressão 3D e esses avanços abriram novas portas em vários aspectos. Este artigo apresenta uma visão geral dos desenvolvimentos atuais e descreve como a impressão 3D pode remodelar o segmento automotivo.

Em que áreas a impressão 3D é especialmente boa

A mudança de processos de produção convencionais para tecnologias de impressão 3D revolucionou empresas de vários setores na melhoria dos aspectos técnicos e comerciais de peças e produtos, mas há duas áreas principais onde a MA terá maior influência no setor automotivo.

Inovação de produto

A manufatura aditiva pode produzir componentes com menos restrições de projeto que são difíceis de produzir usando processos de manufatura tradicionais. Essa flexibilidade de projeto abre caminho para a inovação, permitindo adicionar funcionalidades aprimoradas, como fiação elétrica integrada (através de estruturas ocas), menor peso (através de estruturas treliçadas) e geometrias complexas que não são possíveis por meio de processos tradicionais. Além disso, as novas tecnologias de AM são cada vez mais capazes de produzir peças impressas multimateriais com propriedades individuais, como condutividade elétrica e resistência variável. Esses processos de AM desempenham um papel importante na criação de veículos mais seguros, leves, rápidos e eficientes do futuro. O Light Cocoon da EDAG é um exemplo clássico de como o AM pode potencialmente abrir novas portas em termos de inovação.

Cadeia de suprimentos

A AM reduz o lead time geral, eliminando a necessidade de novas ferramentas e produzindo diretamente as peças finais. Além disso, como a AM geralmente usa apenas o material necessário para produzir um componente, usá-lo pode reduzir drasticamente o refugo e diminuir o uso de material. Além disso, os componentes leves fabricados pela AM podem reduzir os custos de manuseio, enquanto a produção sob demanda e no local pode reduzir os custos de estoque, proporcionando uma cadeia de suprimentos flexível. Por fim, a AM pode dar suporte à produção descentralizada em volumes baixos a médios, incluindo reduções de custos e a capacidade aprimorada de fabricar produtos mais próximos dos clientes, reduzindo a complexidade da cadeia de suprimentos.

Estágios do produto em que o AM pode ser aplicado

Com suas vantagens exclusivas, o AM é capaz de substituir alguns processos que são convencionalmente usados ​​na produção automotiva. Aqui estão quatro mudanças significativas que a AM pode trazer para a indústria automotiva.

Processo de prototipagem

A prototipagem normalmente é demorada e acaba sendo cara à medida que um produto passa por mais iterações. A prototipagem rápida (impressão 3D) permite que as empresas transformem ideias brutas em validação convincente de conceito. Esses conceitos podem então prosseguir para protótipos altamente precisos que se aproximam do resultado final e, por fim, orientam os produtos por uma série de iterações e estágios de validação para a produção em massa. Na indústria automotiva, essa validação rápida é de extrema importância. Com a impressão 3D, protótipos altamente convincentes e representativos podem ser criados em poucos dias, a um custo muito menor e encurtando a distância entre a ideia e o produto final, fortalecendo seus fluxos de trabalho gerais de desenvolvimento de produtos.

Reparo e suporte (peças de reposição)

Com a ajuda do CAD, os projetos para literalmente todas as peças podem ser armazenados como uma cópia digital no disco rígido do computador, eliminando a necessidade de manter um inventário. Com o uso da impressão 3D, uma peça de reposição pode ser produzida sob demanda. A acessibilidade da tecnologia incentivará os fornecedores a abrir novos espaços para fornecer um fornecimento fácil de componentes impressos em 3D e peças de reposição. Mesmo peças que não existem mais podem ser refeitas de acordo com os requisitos, em engenharia reversa com base em digitalizações de peças existentes. Os designs mais antigos podem ter uma nova vida e, por outro lado, as peças sobressalentes de carros clássicos podem ser reproduzidas facilmente.

Personalizar ação

A personalização é altamente cara e demorada com os processos de fabricação convencionais. A impressão 3D é ideal para a produção de peças customizadas de baixo custo, proporcionando aos fabricantes novos recursos no que eles são capazes de produzir e oferecer aos seus clientes. Para oficinas de carros personalizados menores – a impressão 3D de peças de carros forneceu maneiras de aumentar a qualidade e a criatividade de seu trabalho, proporcionando muito escopo para experimentos e designs personalizados perfeitos.

Fabricação em série (montagens de várias peças)

A impressão 3D pode melhorar a eficiência no estágio geral de fabricação de peças. Você pode ter um conjunto de cinco ou seis peças automotivas que agora podem ser combinadas em uma única peça impressa. Você está economizando tempo e custo de montagem, mesmo que a peça individual seja mais cara. Ao consolidar as peças, os processos de impressão 3D também podem ajudar a diminuir o peso e melhorar a eficiência do combustível. Do ponto de vista produtivo, fará mais sentido incorporar ainda mais a impressão 3D na fabricação de peças em geral.

Quais tecnologias e materiais são adequados

Desde guarnições plásticas a componentes metálicos do motor, a AM tem se provado e tem mais a oferecer em termos de processos tecnológicos e materiais que podem ser usados. Esta tabela fornece uma breve visão geral das opções populares.

Aplicativo	Processo	Material	Recursos	Exemplos
Interior e assentos	SLA, SLS, MJF	Polímeros	Componentes cosméticos personalizados	Painéis , Estruturas de assento
Pneus, rodas, suspensão	SLS, MJF, DMLS	Ligas de alumínio, polímeros	Componentes resistentes e robustos	Molas de suspensão, calotas
Eletrônicos	SLS, MJF	Polímeros	Componentes delicados	Sensores, painéis de controle de peça única
Escapes e emissões	DMLS	Ligas de alumínio	Peças metálicas ocas	Respiradouros de resfriamento
Sob o capô	SLS, MJF	Nilon	Parte funcional resistente ao calor	Capa da bateria
Luzes	SLA, MJF	Resina	Totalmente transparente, detalhes altos	Faróis, protótipos de faróis
Aerodutos	SLS, MJF	Nilon	Conduta flexível	Conduta HVAC
Protótipos	SLA	Polímeros	Alta definição, detalhes claros	Protótipos finais de alta definição
Suportes de montagem funcionais	SLS, SLM, MJF	Nylon PA12, titânio	Leve, alta resistência	Suporte do alternador
Peças de motor complexas	DMLS	Ligas de alumínio	Peças metálicas consolidadas, leves e funcionais	Suspensão do Wishbone

Exemplos atuais de uso industrial

Muitos OEMs de Automóveis já começaram a trabalhar com AM, percebendo sua capacidade e eficiência, aqui estão 2 desses exemplos

Os pneus Uptis impressos em 3D da Michelin

A fabricante francesa de pneus Michelin apresentou em 2019 o seu primeiro protótipo de pneu suportado por tecnologias de manufatura aditiva. Chamados de Uptis (Unique Puncture-proof Tire System), esses pneus foram projetados para serem sem ar, a fim de reduzir o risco de pneus furados e outros falhas de perda de ar resultantes de furos ou perigos na estrada. O design só é possível por causa do AM. Se for bem-sucedido, podemos esperar que a Uptis equipe alguns carros até 2024. Finalmente, esses pneus à prova de furos também podem diminuir o desperdício para promover a mobilidade sustentável (um dos objetivos da visão de mobilidade futura da empresa).

Porsche e os primeiros pistões do motor impressos em 3D

A gigante automotiva Porsche imprimiu os pistões do motor em 3D pela primeira vez. Os componentes fabricados aditivamente foram projetados para o motor de alto desempenho do Porsche 911 GT2. A impressão 3D permitiu otimizar os pistões e, como resultado, tornar esse elemento crítico do motor 10% mais leve que os fabricados tradicionalmente. A Porsche usou uma liga especial de alumínio para os pistões para obter as melhores propriedades para esta aplicação específica.

Conclusão

Considerando a variedade de recursos desbloqueados pela AM, os líderes das empresas automotivas devem considerar aproveitar as tecnologias AM para ficar à frente da concorrência. Embora as técnicas tradicionais de fabricação estejam profundamente enraizadas e continuem a ocupar uma posição forte na indústria automotiva, a manufatura aditiva está fazendo incursões.

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