Nissan-Werk in St. Petersburg: Teile, die mit einem 3D-Drucker (weiß auf dem Foto) hergestellt wurden, werden zur Befestigung des Kofferraumdeckels verwendet. Foto: Vedomosti / NissanDie Automobilindustrie ist eine der ersten Branchen, in denen die 3D-Technologie kommerzielle Anwendung fand: Bereits 1988 begann Ford, 3D-Drucker zum Drucken einzelner Prototypelemente zu verwenden.
Heute nutzt dieser Wirtschaftszweig die Errungenschaften additiver Technologien und des 3D-Scannens optimal. Der dreidimensionale Druck ist ein idealer Weg, um Prototypen, Funktionsteile und Baugruppen sowie Werkzeuge und Formen zu erstellen. Es spart Zeit und Geld in der Phase der Produktentwicklung und des Gießens und ermöglicht die Herstellung geometrisch komplexer Teile mit hoher Detailgenauigkeit. 3D-Scanner und spezielle Software auf einer neuen Ebene lösen die Probleme
der Geometriesteuerung und des Reverse Engineering , verkürzen die Zeit der Automobilproduktion, tragen zur Verbesserung der Produktqualität bei und reduzieren den Prozentsatz der Ausschuss.
Einige große Autohersteller haben bereits die
Serienproduktion von 3D-Druckern von Komponenten für ihre klassischen Modelle oder kundenspezifischen Autos eingerichtet. Marktführer investieren stark in die Schaffung additiver Technologiezentren für die Pilotproduktion. Zum Beispiel hat BMW ein solches Zentrum - es produziert mehr als 100.000 Komponenten pro Jahr und 2019 ist die Eröffnung eines weiteren großen Komplexes geplant.
Die Entwicklung der 3D-Drucktechnologie und die
Entwicklung neuer Materialien mit verbesserten physikalischen Eigenschaften ermöglichen auch die Einführung radikal neuer, innovativer Ideen. Die Technologie der "luftlosen" Michelin Visionary Concept-Reifen mit der Fähigkeit, das Profilmuster je nach Wetterlage zu ändern, eliminiert Pannen, Niederdruckprobleme und andere Fahrrisiken.
Vielleicht ist ein Auto, das vollständig auf einem 3D-Drucker gedruckt wurde, die Realität einer nicht allzu fernen Zukunft. All dies sind jedoch die Errungenschaften westlicher Autohersteller. Aber wie ist die Situation und die Aussichten für die Entwicklung additiver Technologien in Russland? In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Vorteile des 3D-Drucks, betrachten den Einsatz von Innovationen auf dem heimischen Automarkt sowie praktische Beispiele für die Implementierung.
Wie 3D-Druck in der Automobilindustrie eingesetzt wird
Additive Technologien lösen effektiv die folgenden Aufgaben der Automobilproduktion:
Das Prototyping ermöglicht die Optimierung der Produktion für Unternehmen, die Autos herstellen (jedoch nicht für die Montage fertiger Modelle), sowie für Hersteller von Automobilkomponenten, die an das Förderband geliefert werden.
Durch topologische Optimierung kann der Konstrukteur nahezu jede erforderliche Geometrie des Teils einstellen und in späteren Entwicklungsstadien Konstruktionsänderungen vornehmen. Das 3D-Modell wird vom CAD auf einen 3D-Drucker übertragen, der schnell Prototypen, Zubehör oder
Formen für Gussprodukte druckt. Dies reduziert die Produktionskosten, den Zeitpunkt der Produktentwicklung und deren Markteinführung. Insbesondere kann das Unternehmen die schnelle Produktion von Komponenten veranlassen, die zeitlich auf die Freigabe des Fahrzeugs abgestimmt sind.
Dank des 3D-Drucks konnte das Nissan-Werk in St. Petersburg im Jahr 2017 mehr als 1 Million Rubel einsparen, indem keine externe Geräteproduktion bestellt wurde
Geräte und Produkte, die die erforderlichen Festigkeitseigenschaften erfüllen, können mit nur einem 3D-Drucker direkt im Werk hergestellt werden. Er druckt verschiedene Artikel gemäß der Nomenklatur, was bei Verwendung von Werkzeugmaschinen und anderen traditionellen Werkzeugen unmöglich ist.
Technologien, die hauptsächlich für das Prototyping verwendet werden:
Werkzeuge und Formen, die aus Kunststoff und
Photopolymerharz gedruckt werden, sind um ein Vielfaches billiger als Metallwerkzeuge.
Funktionale Produkte können auch auf
3D-Metalldruckern hergestellt werden (z. B. mithilfe der SLM-Technologie). Der 3D-Metalldruck eignet sich auch für kleine Chargen, einschließlich der Erstellung kundenspezifischer Produkte. Die neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der
Metallpulver haben den Weg für die Herstellung von leichteren, dichteren und in einigen Fällen haltbareren Teilen geebnet. Dank der topologischen Optimierung auf einem 3D-Drucker ist es möglich, Komponenten mit komplexer Form und Textur (mit einer Zellstruktur, internen Kanälen usw.), einschließlich Ganzmetall, zu züchten, die zuvor aus mehreren Elementen zusammengesetzt wurden.
Westliche Erfahrung: Zahlen und Fakten
Das
Formel-1- Team von
Renault Sport war eines der ersten, das 3D-Druck für das Prototyping einsetzte. Heute hat eine kleine Gruppe von Ingenieuren die Möglichkeit, Hunderte von Teilen pro Woche zum Testen in einem Windkanal herzustellen, innovative Teile zum Testen und Installieren auf Feuerbällen zu entwickeln und den Forschungs- und Entwicklungsprozess im Allgemeinen zu beschleunigen. Dank der SLA- und SLS-Technologien von 3D Systems dauert die Herstellung komplexer Autoteile nicht Wochen, sondern nur wenige Stunden.
BMW war eines der ersten Automobilunternehmen, das für den BMW i8 Roadster eine 3D-Charge von mehreren tausend Metallteilen druckte. Das weiche Faltdach dieses Roadsters besteht aus einer additiv hergestellten Aluminiumlegierungskomponente mit einem innovativen bionischen Design, das natürliche Formen wiederholt. Das neue Produkt hat eine höhere Steifigkeit im Vergleich zum Analog, das durch Spritzgießen hergestellt wurde, sowie ein geringeres Gewicht.
Steeda Autosports , Fords größter Zubehörhersteller, verwendet
3D-Vollfarbdrucktechnologie , um eine Vielzahl von Komponenten zu prototypisieren, von der Ölerkappe bis zu den kaltgeformten Gussrohren. Ergebnis: Die Markteinführungszeit für ein Produkt wird um einige Wochen verkürzt, und durch die Reduzierung der Bearbeitungskosten und der Herstellung von Formen werden 3.000 US-Dollar für jedes Produkt eingespart.
Michelin produziert auf 3D-Metalldruckern einen Einsatz in der Form für den Lamellentrenner - die am meisten abgenutzten Reifenelemente. Die Wahl einer neuen Technologie anstelle des früher verwendeten Stanzens und Fräsens beruht auf der feinkörnigen Struktur des Metalls, einer besseren Wärmeleitfähigkeit und damit einem geringeren Verschleiß.
Wartet Russland auf einen Boom bei additiven Technologien?
Im Spätsommer - Frühherbst 2018 fanden in Moskau mehrere internationale Großveranstaltungen der Automobilindustrie statt. Zuallererst ist dies die Moskauer Automobilausstellung, auf der wir viele vielversprechende Entwicklungen im Inland gesehen haben. Die allgemeine Aufmerksamkeit wurde auf die Aurus-Familie von Executive- und High-Class-Fahrzeugen (das Cortege-Projekt) und die VAZ-Neuheit gelenkt, die ihr „klassisches“ Programm abschloss und den Vesta, den aktualisierten Grant, sowie das Konzept des neuen Niva 4x4 zeigte. Yandex fördert weiterhin erfolgreich sein Projekt unbemannter Autos, und Besucher des Autohauses könnten ohne Fahrer eine aufregende Taxifahrt machen. Aber die vielleicht am meisten diskutierte Entwicklung der Saison war das CV-1-Konzept für Elektroautos im Fall des alten Moskowiters, das Kalaschnikow auf dem militärtechnischen Forum der Armee 2018 vorstellte. Es kann festgestellt werden, dass sich die russische Autoindustrie langsam aber sicher in eine globale Richtung bewegt.
Der Höhepunkt der Verkäufe auf dem russischen Automarkt ging 2012 zurück, dann begann eine Rezession, die noch nicht überwunden wurde. Die von der Regierung der Russischen Föderation entwickelte
Automobilentwicklungsstrategie für 2018-2025 soll die Situation verbessern. Es definiert klar die vorrangigen Aufgaben der Branche - die Steigerung der Produktion eigener Automodelle und hochwertiger Automobilkomponenten sowie die Herstellung von Beziehungen zwischen Herstellern von Automobilkomponenten. Darüber hinaus sollte die Lokalisierung mindestens 70% betragen.
Neu auf dem Moskauer Autosalon: Aurus "Senat" - russisches ExekutivautoWenn Russland in den 1990er Jahren praktisch keine Autos produzierte und in Japan oder Deutschland Gebrauchtwagen kaufte, gab es Anfang der 2000er Jahre bereits 15 große Automobilwerke im Land. Es ist klar, dass mit einer realen Lokalisierung von 50-70% ein erheblicher Teil des Mehrwerts für Teile im Ausland geschaffen wird (sie werden am Fließband in Russland geliefert und montiert), aber heute versorgen wir unseren Inlandsmarkt vollständig. Die beliebtesten Modelle - wie Solaris, Polo, Rapid - werden in Russland hergestellt.
Gemäß der Regierungsstrategie beträgt der Prozentsatz des Unternehmensbudgets, der für Innovationen und neue Entwicklungen vorgesehen ist, jetzt etwa 15%. Ziel ist es, diesen Indikator auf einen globalen Wert von 25 bis 30% zu bringen. Dies eröffnet gute Aussichten für die Einführung von 3D-Technologien in der russischen Automobilindustrie.
Für einheimische Autohersteller ist die additive Richtung noch ein fast unbebautes Gebiet, daher gibt es nur sehr wenige Informationen über den Einsatz von 3D-Technologien. Die
Zeitung Vedomosti berichtet, dass
die GAZ-Gruppe laut ihrem Vertreter 3D-Druck verwendet, um Maschinenteile zu prototypisieren. Laut der
offiziellen Website des Altai-Territoriums erhielt die
KamAZ Corporation in diesem Jahr zwei einzigartige 3D-Drucker aus russischer Produktion. Diese Anlagen drucken hochpräzise Sandformen für den Stahlguss.
Wenn wir von ausländischen Herstellern in Russland sprechen, geben wir ein Beispiel für die
Renault-Nissan- Allianz: Er begann mit der Einführung additiver Technologien von seinen westeuropäischen Herstellern, jetzt ist Russland an der Reihe. Im Nissan-Werk in St. Petersburg drucken 3D-Drucker Prototypen und Zubehör sowie Geräte zur Kalibrierung von Türen, Scheinwerfern und Sensoren. Dies ermöglichte es dem Unternehmen, 2017 mehr als 1 Million Rubel einzusparen, indem keine externe Geräteherstellung bestellt wurde. In Moskau verwendet Renault 3D-Drucker, um Schutzelemente für die verwendeten Werkzeuge herzustellen.
3D-Druckpotential für den Automobilmarkt
Mit 3D-gedruckten Modellen für verbrannte Gießereien kann die Formel 1 von Renault schnell große Metallteile mit großer Komplexität herstellenDer 3D-Druck bietet Herstellern von Automobilen und Autokomponenten eine Reihe von Vorteilen:
- Verkürzte Zeit während der Produktentwicklung und des Gießens ;
- Zeit- und Kostenersparnis bei der Herstellung von Werkzeugen und Formen;
- Verweigerung der Dienstleistungen von Geräteherstellern;
- Durchführung technologischer Experimente und Funktionsprüfungen;
- Schaffung geometrisch komplexer Produkte mit kleinen Details, die mit herkömmlichen Methoden nicht hergestellt werden können;
- Gewichtsreduzierung des Teils und Materialeinsparung durch topologische Optimierung ;
- Beschleunigung der Einführung eines neuen Produkts oder einer exklusiven Serie auf dem Markt.
Mit zunehmendem Wettbewerb wird das Thema Innovation immer akuter. Weltweit haben immer mehr Autohersteller die Vorteile der 3D-Technologie zur Optimierung des Herstellungsprozesses erkannt. Wie wir gesehen haben, wurden in der russischen Automobilindustrie vor relativ kurzer Zeit additive Methoden eingeführt, die nur in wenigen großen Unternehmen russischer oder ausländischer Automobilgiganten eingesetzt werden.
In der heutigen russischen Realität ist die Einführung der additiven Produktion mit vielen Hindernissen konfrontiert, darunter unzureichende Automatisierung vieler Anlagen und mangelnde Finanzierung. 3D-Drucktechnologien wie das
selektive Laserschmelzen stehen uns aufgrund der hohen Kosten für Geräte und Materialien noch nicht zur Verfügung. Die optimale Lösung, die für den Hersteller von Vorteil ist und sich in Echtzeit auszahlt, ist heute der Kauf eines 3D-Druckers zur Herstellung von Kunststoff-Prototypen und -Zubehör (ohne ihn bei Lieferanten bestellen zu müssen).
Die Regierungsstrategie für die Entwicklung der Automobilindustrie für den Zeitraum 2018-2025 lässt hoffen, dass der Prozess der Implementierung des 3D-Drucks schneller und massiver wird.