Fábrica da Nissan em São Petersburgo: peças feitas em uma impressora 3D (branca na foto) são usadas para consertar a tampa do porta-malas. Foto: Vedomosti / NissanA indústria automotiva é uma das primeiras indústrias em que a tecnologia 3D encontrou aplicação comercial: em 1988, a Ford começou a usar impressoras 3D para imprimir elementos de protótipos individuais.
Hoje, esse setor da economia aproveita ao máximo as conquistas das tecnologias aditivas e da digitalização em 3D. A impressão tridimensional é uma maneira ideal de criar protótipos, peças funcionais e montagens, além de ferramentas e moldes. Economiza tempo e dinheiro nos estágios de desenvolvimento e fundição de produtos, proporcionando a fabricação de peças geometricamente complexas com alto detalhe. Scanners 3D e software especializado em um novo nível resolvem os problemas
de controle de geometria e engenharia reversa , reduzindo o tempo de produção de automóveis, ajudando a melhorar a qualidade do produto e a porcentagem de rejeições.
Algumas grandes montadoras já montaram a
produção em série de impressoras 3D de componentes para seus modelos clássicos ou carros personalizados. Os líderes de mercado estão investindo pesadamente na criação de centros de tecnologia aditiva para produção piloto. Por exemplo, a BMW possui um centro desse tipo - produz mais de 100 mil componentes por ano e, em 2019, planeja abrir outro grande complexo.
O desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D e o
desenvolvimento de novos materiais com propriedades físicas aprimoradas também permitem a introdução de idéias inovadoras e radicalmente novas. Assim, a tecnologia do Michelin Visionary Concept “sem ar” se cansa com a capacidade de alterar o padrão do piso, dependendo do clima, elimina furos, problemas de baixa pressão e outros riscos de direção.
Talvez um carro totalmente impresso em uma impressora 3D seja a realidade de um futuro não tão distante. No entanto, todas as alternativas acima são conquistas das montadoras ocidentais. Mas qual é a situação e as perspectivas para o desenvolvimento de tecnologias aditivas na Rússia? Neste artigo, focaremos nos benefícios da impressão 3D, consideraremos o uso da inovação no mercado doméstico de automóveis, além de exemplos práticos de implementação.
Como a impressão 3D é usada na indústria automotiva
As tecnologias aditivas resolvem efetivamente as seguintes tarefas de produção de automóveis:
A criação de protótipos otimizará a produção para as empresas que produzem carros (mas não para a montagem de modelos prontos), bem como para os fabricantes de componentes automotivos fornecidos ao transportador.
Por meio da otimização topológica, o designer pode definir quase qualquer geometria necessária da peça e fazer alterações no projeto nos estágios posteriores do desenvolvimento. O modelo 3D é transferido do CAD para uma impressora 3D, que imprime rapidamente protótipos, acessórios ou
moldes para produtos de fundição . Isso reduz os custos de produção, o momento do desenvolvimento do produto e sua introdução no mercado. Em particular, a empresa pode organizar a produção rápida de componentes, programada para coincidir com o lançamento do carro.
Graças à impressão 3D, a fábrica da Nissan em São Petersburgo economizou mais de 1 milhão de rublos em 2017 ao não encomendar a produção de equipamentos externos
Equipamentos e produtos que atendem às características de resistência necessárias podem ser produzidos diretamente na fábrica, possuindo apenas uma impressora 3D. Ele imprimirá vários itens de acordo com a nomenclatura, o que é impossível ao usar máquinas-ferramentas e outras ferramentas tradicionais.
Tecnologias usadas principalmente para prototipagem:
Ferramentas e moldes, impressos em plásticos e
resina fotopolimérica , serão várias vezes mais baratos que os metálicos.
Também é possível fabricar produtos funcionais em
impressoras 3D de metal (por exemplo, usando a tecnologia SLM). A impressão em metal 3D também é adequada para pequenos lotes, incluindo a criação de produtos personalizados. Os últimos desenvolvimentos no campo de
pós metálicos abriram o caminho para a fabricação de peças mais leves, mais densas e, em alguns casos, mais duráveis. Graças à otimização topológica em uma impressora 3D, é possível cultivar componentes de forma e textura complexas (com estrutura celular, canais internos, etc.), incluindo todo em metal, que foram previamente montados a partir de vários elementos.
Experiência ocidental: números e fatos
A equipe
Renault Sport Formula One foi uma das primeiras a usar a impressão 3D para prototipagem. Hoje, um pequeno grupo de engenheiros tem a oportunidade de produzir centenas de peças por semana para testes em um túnel de vento, desenvolver peças inovadoras para testes e instalação em bolas de fogo e geralmente acelerar o processo de P&D. Graças às tecnologias SLA e SLS da 3D Systems, a fabricação de peças automotivas complexas não leva semanas, mas apenas algumas horas.
A BMW foi uma das primeiras empresas automotivas a imprimir um lote 3D de vários milhares de peças de metal para o BMW i8 Roadster. O teto dobrável macio deste roadster tem um componente de liga de alumínio feito de forma aditiva com um design biônico inovador que repete formas naturais. O novo produto tem um maior grau de rigidez em comparação com o analógico, produzido por moldagem por injeção, além de menor peso.
A Steeda Autosports , maior fabricante de acessórios da Ford, usa
a tecnologia de
impressão 3D colorida para prototipar uma variedade de componentes, desde a tampa do lubrificador até os tubos fundidos moldados a frio. Resultado: o tempo de comercialização de um produto é reduzido em algumas semanas, e são economizados US $ 3.000 em cada produto, reduzindo o custo de usinagem e criando moldes.
A Michelin produz em impressoras 3D metálicas uma inserção no molde para o separador de lamelas - os elementos de pneu mais desgastados. A escolha de uma nova tecnologia, em vez da estampagem e fresagem usada anteriormente, deve-se à estrutura refinada do metal, melhor condutividade térmica e, como resultado, menor desgaste.
A Rússia espera um boom nas tecnologias aditivas?
No final do verão - início do outono de 2018, vários grandes eventos internacionais da indústria automotiva ocorreram em Moscou. Primeiro, este é o Salão Automóvel de Moscou, onde vimos muitos desenvolvimentos domésticos promissores. A atenção geral foi atraída para a família Aurus de carros executivos e de alta classe (o projeto Cortege) e a novidade do VAZ, que encerrou seu programa “clássico” e mostrou o Vesta, o Grant atualizado, bem como o conceito do novo Niva 4x4. A Yandex continua a promover com sucesso seu projeto de carros não tripulados, e os visitantes da concessionária podem fazer uma emocionante viagem de táxi sem motorista. Mas talvez o desenvolvimento mais discutido da temporada tenha sido o conceito de carro elétrico CV-1 no caso do antigo moscovita, apresentado por Kalashnikov no fórum técnico militar do Exército-2018. Pode-se afirmar que a indústria automobilística russa está lenta mas seguramente se movendo em uma direção global.
O pico de vendas no mercado russo de carros caiu em 2012, e então começou uma recessão, que ainda não foi superada. A
estratégia de desenvolvimento automotivo para 2018-2025 , desenvolvida pelo governo da Federação Russa, é chamada para melhorar a situação. Ele define claramente as tarefas prioritárias da indústria - aumentando a produção de modelos próprios de carros e componentes automotivos de alta qualidade, além de estabelecer relacionamentos entre os fabricantes de componentes automotivos. Além disso, a localização deve ser de pelo menos 70%.
Novo no Salão Automóvel de Moscou: Aurus "Senado" - Russian Executive CarSe na década de 1990 a Rússia praticamente não produzia carros, comprando carros usados no Japão ou na Alemanha, no início dos anos 2000 já havia 15 grandes fábricas de automóveis no país. É claro que, com uma localização real de 50 a 70%, uma parte significativa do valor agregado das peças é criada no exterior (elas são entregues e montadas em uma linha de montagem na Rússia), mas hoje fornecemos totalmente nosso mercado interno. Os modelos mais populares - como Solaris, Polo, Rapid - são produzidos na Rússia.
De acordo com a estratégia do governo, o percentual do orçamento das empresas, estabelecido em inovações e novos desenvolvimentos, agora é de cerca de 15%. O objetivo é elevar esse indicador a um valor global de 25 a 30%, o que abre boas perspectivas para a introdução de tecnologias 3D na indústria automotiva russa.
Para as montadoras domésticas, a direção aditiva ainda é um território quase subdesenvolvido, portanto, há muito pouca informação sobre o uso das tecnologias 3D. O
jornal Vedomosti relata que
o grupo GAZ , de acordo com seu representante, usa impressão 3D para prototipar as peças da máquina. De acordo com o
site oficial do Território de Altai , a
KamAZ Corporation recebeu este ano duas impressoras 3D exclusivas feitas na Rússia. Essas plantas imprimem moldes de areia de alta precisão para fundição de aço.
Falando de fabricantes estrangeiros na Rússia, damos um exemplo da aliança
Renault-Nissan : ele começou a introdução de tecnologias aditivas de seus fabricantes da Europa Ocidental, agora é a vez da Rússia. Na fábrica da Nissan em São Petersburgo, as impressoras 3D imprimem protótipos e acessórios, além de dispositivos para calibrar portas, faróis e sensores. Isso permitiu à empresa economizar mais de 1 milhão de rublos em 2017 ao não solicitar a fabricação de equipamentos externos. Em Moscou, a Renault usa impressoras 3D para criar elementos de proteção para as ferramentas utilizadas.
Potencial de impressão 3D para o mercado automotivo
Os modelos de fundição queimada impressos em 3D permitem à Renault Formula One produzir rapidamente grandes peças de metal de grande complexidadePortanto, a impressão 3D permite que os fabricantes de automóveis e componentes automotivos recebam várias vantagens:
- redução de tempo na fase de desenvolvimento e fundição do produto;
- economizando tempo e custos para fabricação de ferramentas e moldes;
- recusa dos serviços dos fabricantes de equipamentos;
- realização de experimentos tecnológicos e testes funcionais;
- criação de produtos geometricamente complexos com pequenos detalhes que não podem ser fabricados pelos métodos tradicionais;
- redução de peso da peça e economia de materiais utilizados devido à otimização topológica ;
- Acelerando o lançamento de um novo produto ou série exclusiva no mercado.
Com a concorrência cada vez mais acirrada, a questão da inovação está se tornando cada vez mais aguda. Em todo o mundo, um número crescente de montadoras percebeu os benefícios da tecnologia 3D para otimizar o processo de fabricação. Como vimos, os métodos aditivos foram introduzidos há relativamente pouco tempo na indústria automobilística russa e são usados apenas em algumas grandes empresas de gigantes russas ou estrangeiras.
Nas realidades russas atuais, a introdução da produção aditiva enfrenta muitos obstáculos, entre os quais a automação insuficiente de muitas plantas e a falta de financiamento. As tecnologias de impressão 3D, como
o derretimento seletivo a laser, ainda não estão disponíveis devido ao alto custo de equipamentos e materiais. Hoje, a solução ideal que será benéfica para o fabricante e valerá a pena em tempo real é comprar uma impressora 3D para produzir protótipos e acessórios de plástico (sem a necessidade de solicitá-la aos fornecedores).
A estratégia do governo para o desenvolvimento da indústria automotiva para 2018-2025 dá esperança de que o processo de implementação da impressão 3D acelere e tome uma escala massiva.