Печать автомобиля на 3D принтере за 44 часа
Напечатанный на 3D принтере автомобиль Strati
Технологии изготовления изделий с помощью 3D принтеров развиваются и совершенствуются. Освоив возможности изготовления мелких элементов, разработчики переходят к изготовлению более крупных и существенных изделий. Одна из таких попыток – изготовление на 3D принтере автомобиля в сжатые сроки.
Команда Local Motors
Продемонстрировала свои возможности по 3D печати компания Local Motors из Аризоны, которая изготовила первый в мире автомобиль полностью при помощи технологий трехмерной печати. Из нескольких сотен проектов, полученных в ходе проведенного компанией конкурса, был отобран один, получивший название Strati.
И этот автомобиль был изготовлен и собран всего за 44 часа времени прямо на стенде компании в рамках международной технологической выставки International Manufacturing Technology Show (IMTS), проходившей в Чикаго.
Strati на стенде компании на технологической выставке
Как было сказано ранее, время изготовления автомобиля Strati составило всего 44 часа. Такая высокая скорость изготовления стала возможна благодаря тому, что конструкция автомобиля состоит из 40 основных деталей и узлов против тысяч деталей, из которых собирают обычные автомобили.
Все элементы кузова автомобиля Strati, сиденья, элементы салона и даже ветровое стекло были напечатаны трехмерным принтером BAAM (Big Area Additive Manufacturing) компании Cincinnati Incorporated при помощи технологии прямого цифрового производства (Direct Digital Manufacturing, DDM).
3D принтер печатает элемент конструкции
В качестве материала для изготовления вышеупомянутых деталей были использованы различные виды пластика, а детали, которым требуется высокая механическая прочность, были напечатаны из пластика, армированного углеродистым волокном.
«Разработанный нами процесс является совершенно новым процессом, который может коренным образом изменить все сложившиеся на сегодняшний день устои и стереотипы автомобильной промышленности» – рассказывает Джон Б. Роджерс Мл. (John B.
Rogers, Jr.), президент компании Local Motors, – « Кроме этого, мы собираемся продемонстрировать, что процесс создания автомобиля может быть выполнен несколькими различными способами, а результат этого будет почти одним и тем же».
Создание автомобиля Strati на стенде выставки
Стоит отметить, что технологии 3D печати сейчас находятся в состоянии развития, и поэтому еще не все необходимые для создания автомобиля элементы могут быть изготовлены при помощи трехмерной печати.
Так, при создании описываемого автомобиля Strati, разработчики Local Motors использовали элементы электрической трансмиссии и подвески от европейского варианта автомобиля Renault Twizy.
А аккумуляторы, электрическая проводка и некоторые другие элементы для автомобиля Strati предварительно были заказаны у сторонних организаций.
Напечатанный на 3D принтере кузов автомобиля Strati
Представленная на выставке новинка получила положительные отзывы посетителей, имевших возможность наблюдать процесс создания этого автомобиля, и поэтому компания Local Motors запланировала начать мелкосерийный выпуск автомобилей Strati, сделав их доступными для каждого желающего. К сожалению, конечная цена, которую должен будет заплатить покупатель автомобиля Strati, пока еще неизвестна, но она будет находиться, согласно информации от издательства DailyMail, в диапазоне от 11 до 18 тысяч фунтов стерлингов, что составляет от 18 до 30 тысяч долларов.
Напечатанный на 3D принтере автомобиль: миф, или реальность?
3D принтеры постепенно заполоняют нашу планету. На них печатается уже практически все, что можно представить. Почему бы не напечатать на нем классический автомобиль?
Пришло нам с вами время готовиться к новой волне трехмерной печати, когда детишки будут кататься на напечатанных велосипедах, а родители будут ездить в магазин на напечатанных автомобилях. Пока что это дорого и сложно, но вскоре все изменится.
Вы спросите: «Каким образом 3D печать связана с любовью человека к классическим автомобилям?». «Напрямую» – ответит на ваш вопрос американец Айвен Сентч, любитель трехмерной печати и автоэнтузиаст. Ему захотелось поставить в свой гараж Aston Martin DB4, но оригинальная машина стоит слишком дорого, поэтому пришлось изворачиваться.
Изначально Айвен имел несколько вариантов. Первый, а также самый простой – вырезать кузов из пеноблока на местной фабрике. Такая процедура обошлась бы в 12.000 – 15.000 долларов, что не устраивало энтузиаста.
Поэтому он подумал, что можно сделать некий каркас, а затем залить его пеной, дождаться высыхания и обработать ее, но это слишком энергозатратный, долгий процесс.
Поэтому Айвен пошел в ногу со временем и решил напечатать свою тачку на принтере.
С этой целью он приобрел 3D модель Aston Martin, которая, по его словам, вышла весьма удачной. Ему лишь осталось добавить пару воздухозаборников, подправить капот, и вуаля! Автомобиль готов. Затем он просто разбил весь кузов на секции, подходящие по размеру его трехмерному принтеру, и начала печатать свою мечту.
Неудивительно, что процесс оказался довольно сложным. С капотом пришлось очень долго экспериментировать, но финальный результат удовлетворил владельца.
Первый блин – комом, детали оказались слишком большими для принтера.
Во второй раз они идеально вошли по размеру, но Айвен решил немного пересмотреть конструкцию, поэтому они тоже полетели в мусорное ведро.
На третий раз часть деталей развалилась, в связи с тем, что пластик с трудом отставал от стеклянной поверхности, на которой находилась деталь, однако немного плёнки и лака для волос решили эту проблему.
Идеальный размер детали был определен опытным путем, и он составил 105х105мм. Отклонение на 1мм приводит к полному развалу детали. За один заход Айвен печатает пять индивидуальных деталей, и ему потребуется 500 заходов для печати всего кузова.
На данный момент готов капот, двери и более 80% кузова, осталось совсем недолго. После сборки деталей останется лишь нанести специальную шпатлевку и затереть все до идеально гладкого состояния.
Пришло время для секрета. Вы считаете, что Айвен собрался ездить на напечатанной на 3D принтере машине? Не совсем так. Напечатанный кузов он использует для отлива формы, которую потом зальет стекловолокном, так что в конечном варианте кузов будет выполнен именно из этого материала.
В качестве донора внутренностей выступит Nissan Skyline GTS25T. Он подходит по всем параметрам: колесная база, управляемость, отличный движок. Кстати, о движке. Айвен подумывает о том, чтобы взять вместо него двигатель BMW V12, но это пока еще не окончательное решение.
Естественно, помимо железа, Скайлайн пожертвует всю электрику, сиденья и приборную панель. Когда вся работа будет закончена, владелец займется отделкой интерьера карбоновыми вставками.
Почему же Айвен выбрал DB4? Прежде всего, ему нужна была машина с четырьмя сиденьями, и его не интересовали современные автомобили. Кроме того, он большой фанат классических Aston Martin, и таким образом он воплотит свою давнюю мечту. Скорее бы увидеть финальный вариант!
Автомобиль напечатанный на 3D принтере: обзор возможностей
Ав3Д-технологии всё больше внедряются во все сферы жизнедеятельности человека. Научившись печатать небольшие предметы и детали, инженеры-исследователи решили обратиться к более сложным и крупным объектам, например, автомобилям. И в этой сфере им удалось добиться целого ряда успехов.
Безусловно, пока рано говорить о том, что завра все люди пересядут на авто, напечатанное на 3Д-принтере, и смогут сами печатать для себя машины, но, глядя на эти достижения, очерчивается будущее автоиндустрии.
Преимущества напечатанных машин
На данный момент автомобиль, который создан посредством 3D-печати, вызывает большой интерес. И первая причина в том, что такая машина имеет небольшой вес. Второй момент – это минимум человеческих затрат на сборку и создание авто.
Это значит, что на сборку не требуется большое количество людей и времени. Сравните стандартный автомобиль состоит из более чем 25 тысяч деталей. А, например, напечатанный Strati состоит всего из 64 деталей.
Это авто, сделанное всего за 44 часа.
Самые известные, созданные посредством 3Д-технологий автомобили:
- Strati
- Urbee 2
- LM3D Swim
- Auto Union Typ C – копия модели 1936 года, уменьшенная в 2 раза
- Копия Shelby Cobra, модели 1965 года, созданная специалистами ORNL на 3Д-принтере
- Компактный и очень дешёвый электрокар от Sanya Sihai
- Концепт 2015 года Light Cocoon от EDAG
- Blade Supercar стильный «красавчик» от Divergent 3D
Большинство из этих авто являются абсолютно экологичными электрокарами или гибридами. Также есть модели, которые используют солнечную электроэнергию и сжиженный газ, в случае если не хватает энергии.
Взгляд в будущее
В сети можно найти много фото и видео с автомашинами, созданными при помощи 3Д-технологий. Некоторые полностью напечатанные, другие содержат от 30 до 75% деталей, созданных посредством 3Д-печати.
Пока ещё рано говорить о большом комфорте машин целиком из пластика, ведь большинство предпочитает мягкие сидения жёсткому пластику. Также пока не решена проблема с ремонтопригодностью таких авто.
Скептики утверждают, что просто печатать новую деталь для машины, а старую выбрасывать не экономично. Машина, напечатанная на 3D принтере, обходится пока ещё довольно дорого. Поэтому технологиям пока ещё предстоит активное развитие.
Но инженеры найдут решение всех этих проблем, и аддитивное производство станет более совершенным, расширятся его возможности.
Применение 3D-печати в ремонте и тюнинге автомобилей
Автомобильная тематика знакома и близка многим. Мы любим смотреть на красивые и быстрые автомобили, а некоторые счастливчики управляют такими автомобилями или их создают.
Сегодня поговорим о применении технологии и в автомобилестроении.
Мы не будем рассматривать амбициозные и спорные компаний по печати автомобиля целиком, а рассмотрим более простое и доступное применение данной технологии.
Печать изношенных или сломанных деталей, изготовленных из пластиков
Клиенты неоднократно обращаются с заказами на печать заглушек на колесные диски с уникальной эмблемой или на замену потерявшимся. Также люди ищут замену изношенных шестерен в привод стеклоподъемников или элементы салазок люка.
Часть крепления для дворников
Подобные узлы, установленные во многих дорогих автомобилях, часто продаются в сборе с остальными узлами, неким модулем. Само собой данные запчасти не могут стоить дешево, и в данном случае технология 3D печати отлично подходит для решения задачи.
Автомобильная крышка на диск
Клипса внутренней обшивки Nissan
Заглушки колесных дисков Work Equip
Втулки на автомобиль
Стоит упомянуть, что не все детали могут быть распечатаны на обычном 3D принтере без растворимых поддержек из-за сложной геометрии модели.
Печатаемая модель может иметь множество тонких элементов, которые могут сломаться во время печати или непосредственной эксплуатации. Благо подобных деталей подавляющее меньшинство и они встречаются крайне редко.
Все, что вам необходимо, чтобы выполнять подобные заказы:
- Недорогой 3D принтер, способный печатать и пластиками. Само собой правильно настроенный и откалиброванный
- Знание и умение работать в любой из программ трехмерного моделирования. Для моделирования технических моделей лучше всего подходят такие CAD системы, как SolidWorks, Autodesk Inventor или “Компас”. При должном уровне знания 3D редактора, время моделирования занимает не больше часа.
Печать декоративных элементов и элементов кузова, не несущих серьезную нагрузку
Пожалуй начнем с примеров амбициозных проектов:
- Некий воплотил давнюю мечту в жизнь и самостоятельно построить Aston Martin DB4, как у Джеймса Бонда. Корпус своего автомобиля он печатал маленькими кусочками на принтере UP!, кусочками 150*150*150мм.
Еще один пример печати корпуса классического автомобиля Shelby Cobra, напечатанного на принтере BAAM (Big Area Additive Manufacturing).
Конечно данные примеры служат исключительно познавательной и исследовательской цели, до печати цельного автомобиля говорить еще рано.
Но уже сейчас 3D печать совместно с технологией 3D сканирования открывает нам новые горизонты для кастомизации, декорирования, улучшение эргономики пользования автомобилем, а также создание уникальных аэродинамических “обвесов” для вполне реальных гоночных болидов.
И так, как же применять 3D-технологии в данном контексте? Начнем издалека. Многие владельцы автомобилей наверняка намучались с поиском надежной подставки под свой смартфон, планшет или навигатор.
Китайские липучки на стекло от тряски падают под ноги, закрывают половину обзора, а еще и жутко неудобны в настройке и использовании в целом. В данном случае достаточно найти уже готовую модель в интернете, либо спроектировать держатель телефона под заказчика, конкретно под его телефон.
Далее на очереди подстаканники, как известно не все автомобили оснащены данной опцией, либо их расположение крайне неудобно.
А двигаясь ниже по консоли с ностальгией вспоминаем, что когда то видели крутую прозрачную ручку кпп с розочкой или пауком у знакомого таксиста. Мы хотим что то подобное. В автомагазине ручки КПП невзрачны и скучны. А вот ручки по мотивам MadMax, я уверен, многие бы хотели.
Подобные изделия можно изготовить, имея недорогой 3D принтер, а учитывая количество готовых моделей, можно вовсе не уметь моделировать.
Отдельно можно затронуть модификацию интерьеров авто, например панели на BMW
Кастомизация и моддинг собственного автомобиля этим не ограничивается. Существуют множество специализированных компаний, которые изготавливают элементы кузова, накладки на арки и пороги и т.д. На сегодняшний день кастомный “обвес” изготавливают из стекловолокна, снимая слепок с модели из пенопласта или скульптурной глины.
Данная технология достаточно кропотливая, пыльная, многоэтапная. К тому же добиться идеальной симметрии кузовных элементов крайне сложно, часто шпаклевка для выравнивания кузовного элемента увеличивает вес детали на треть.
3D печать же позволяет делать симметричные и относительно ровные элементы, которым требуется минимальная доработка. Проблема может заключаться разве что в довольно долгом производстве крупных элементов, и ставить на поток такое производство сложно, к тому же прочности пластиков для 3D печати может не хватить для постоянного использования и элементы все равно нужно будет укреплять стеклотканью или смолой.Не стоит забывать о двухколесной технике. Проблема поиска целого защитного пластика для мотоцикла очень актуально. На просторах нашей необъятной родины ездит большое количество мотоциклов преклонного возраста, и даже после незначительных ДТП, при повреждении пластика, найти его практически невозможно, либо за сумму, часто превышающую стоимость самого мотоцикла. Поэтому печать подобных элементов на 3D принтере является спасением для многих владельцев.Данный обтекатель отсканирован сканером , и распечатан на .
На ресурсе 3D-Today был опубликован отличный кейс .
Модель была сделана в программе TinkerCad и распечатана с помощью 3D-принтера . Сначала для такой работы был выбран материал PLA, но поскольку деталь будет использоваться в местах с высокой температурой было принято решение напечатать его при помощи материала Nylon. Деталь прекрасно подошла и была использована в автомобиле.
. Напечатан на 3D-принтере . Материал .
при помощи
Печать логотипа Chrysler
Печать колец для ДХО на BMW X5
и печать кнопок
Прототипирование
Применение термовакуумной формовки и 3d-печати
При необходимости создания партии тонкостенных изделий простой формы, например обтекателей можно использовать термовакуумную формовку.
Сначала изготавливается мастер модель, так называемый шаблон, это должен быть прочный, устойчивый к температуре материал, обычно используют дерево или специальные пластики, мастер модель фрезеруется, либо послойно нарезается на ЧПУ станке, во втором случае ее необходимо будет еще склеить и доработать шлифовальной машинкой.
Когда шаблон готов, его укладывают на специальный станок, имеющий насос снизу, нагревательные панели сверху и специальную подвижную раму для крепления листового материала, после нагревания, материал опускается на шаблон, насосы откачивают воздух и после остывания лишний материал обрезается – изделие готово.
Из плюсов тут можно назвать дешевизну, ЧПУ резка и листовой материал довольно дешевы, а подобный станок можно собрать даже самому в гараже. Из недостатков – можно изготавливать изделия только простых форм и только тонкостенные, чем больше детали нужно изготавливать, тем соответственно больше требований к насосам и нагревательным элементам, и они могут стоить уже довольно много.
Печать мастер моделей под последующее литье имеет довольно много преимуществ – без проблем можно изготовить зеркальные мастер модели, легкая доводка поверхности по сравнению, например с послойным изготовлением на ЧПУ. Для небольших изделий это идеальный вариант, поскольку печать их быстра и довольно дешева.
Но на габаритных деталях, размером больше, например 20 см все уже не так радужно, уходит довольно много материала, печать может длиться несколько суток и появляются требования к температурному режиму внутри принтера, чтобы изделие не расслаивалось и не загибалось при печати, принтеры с большой областью печати стоят дороже небольших собратьев, а печать по частям требует соответственно склейки и обработки швов.
Вакуумная формовка деталей обвеса F-51 Red Wheels 3
3D-сканирование
Современные сканеры и средства автоматизированного проектирования позволяют создавать достаточно точные компьютерные модели. С помощью них возможно получить цифровую модель имеющегося узла, например элемент кузова (“обвеса”) автомобиля, или создать на ее основе новую.
Имея цифровую модель, можно произвести любые прочностные, массовые или аэродинамические расчеты в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. А имея в распоряжении дешевый, “домашний” FDM принтер можно быстро получать макеты в натуральную величину, или уже готовые узлы для автомобиля.
3D сканирование сегодня находит широкое применение как в автомобилестроении, так и в последующем моддинге автомобилей. Основное применение в данном направлении, как несложно догадаться – создание цифровой копии элемента для последующего копирования, изменения или снятия замеров. Рассмотрим по подробней данные этапы.
Копирование – в современных автомобилях большое количество симметричных деталей, и они периодически ломаются или теряются, но купить их за приемлемую цену не всегда возможно.
Используя небольшой стационарный сканер можно создать электронную копию например небольшой детали, отзеркалить ее и например распечатать на 3D принтере, или изготовить методом литья с большей прочностью и качеством поверхности. Используя ручные сканеры, тоже самое можно сделать и с крупными элементами кузова например.
Изменение – если вы хотите внести функциональную модификацию в существующий элемент, например добавить держатель для телефона к какому либо элементу приборной панели, используя сканирование, можно получить копию нужного элемента и затем смоделировать дополнительный элемент, а потом изготовить изделие.
Замеры – основное направление 3D сканирования в моддинге автомобилей.
Не все элементы автомобиля можно легко замерить, радиусные поверхности, плавные изгибы, все это сложно поддается замерам и при изготовлении обвеса, ваше смоделированное изделие может просто не сойтись с самим автомомбилем и все придется переделывать.
Сканирование же позволяет избежать подобных проблем, вы получаете достаточно точную копию поверхности автомобиля и можете примерять ваш обвес еще в цифровом виде и вносить нужные изменения непосредственно до изготовления.
Те кто профессионально занимаются изготовлением элементов моддинга обычно используют 3D сканирование для замеров поверхности и создания идеально подходящей к кузову модели, затем изготовляется мастер модель, методом 3D печати или послойной склейкой с ЧПУ станка, с этой мастер модели снимается форма в которую затем отливается полиуретановый пластик, он достаточно стойкий к внешней среде, прочный и прекрасно красится, с формы можно сделать множество отливок идеально подходящих к нужной модели автомобиля.3D сканирование может отлично помочь в подобном направлении деятельности, большинство элементов кузова имеют округлые сложные для измерений формы, которые прекрасно может захватить 3D сканер и обмерить машину можно будет непосредственно в программе 3D моделирования, а не ползая по ней с рулеткой. К тому же это достаточно быстро, на сканирование автомобиля ручным сканером уходит 1-2 часа времени. К сожалению сканеры низкой ценовой категории для таких целей обычно не подходят, так как точность их слишком невелика, а вот сканеры средней цены такие как Shining 3D EinScan-Pro или Artec Eva Lite для подобных целей подходят прекрасно.
3D-сканы креплений для датчиков на Land Rover
3D-сканы кузова на УАЗ
Используемое оборудование:
3D-принтеры для печати небольших изделий (FDM)
Автомобиль на 3д принтере, Kor Ecologic от Urbee, Strati от Local Motors
Технологии 3D печати давно и прочно обосновались во многих сферах производства.
Космическая, медицинская, военная, автомобильная и многие другие отрасли постоянно и успешно применяют 3D моделирование и проектирование в своих новых разработках.
Конечно, до серийного выпуска большинства изделий еще далеко, в связи с низкой скоростью печати, но это всего лишь вопрос времени и этому есть много подтверждений.
История вопроса
Попытки использовать 3D печать для создания автомобилей предпринимаются уже давно. Среди них можно отметить следующие.
Umbree от Kor Ecologic
В 2010 году на мотор-шоу SEMA в Лас-Вегасе был представлен продукт четырнадцатилетнего труда компании Kor Ecologic – автомобиль Urbee.
Начиная свои исследования в 1996 году, Джим Кор, основатель фирмы, заложил в основу проекта создания легкого, экономного и безопасного агрегата, который смог бы изменить взгляд на автомобилестроение. Надо сказать, ему это удалось.
Модель, представленная в 2010 году, имела три колеса и состояла из 40 основных деталей, в то время как современные автомобили имеют их больше 20 000. Они напечатаны на 3D принтере Fortus 900mc компании Staratsys, которая стала крупным партнером и соинвестором проекта.
Автомобиль оснащен небольшим двигателем внутреннего сгорания на 5 лошадиных сил и мощным электромотором. Средний расход топлива на трассе составлял 1,2 литра на 100 км, а максимальная скорость около 120 км/час.
Сегодня Kor Ecologic работает над усовершенствованной трехколесной моделью, которая станет на треть легче (550 кг), будет иметь двигатель на 7 лошадиных сил и получит более обтекаемый корпус. Стоимость прототипа составляет около 50 тыс.
$, а на его 3D печать уходит около 2500 часов. Для привлечения всеобщего внимания в 2015 году Кор собирается проехать 4600 км через всю Америку на 38 литрах топлива, но для этого ему нужно будет найти 1 млн.
$, который он планирует получить от инвесторов и простых людей.
Strati от Local Motors
Совсем недавно, на выставке International Manufacturing Technology Show (IMTS) в Чикаго, которая проходила в середине сентября 2014 года, компанией Local Motors был представлен «первый в мире автомобиль, распечатанный на 3D принтере».
Strati – автомобиль от Local Motors, распечатанный на 3D принтере
Он также и Urbee состоит из 40 деталей, но почему же его называют «первым»? Дело в том, что такой автомобиль впервые был напечатан за 44! часа, а по заявлениям компании в течение ближайших месяцев они собираются сократить время до 24! часов. Для изготовления был использован специальный BAAM принтер компании Cincinnati Incorporated, аддитивная технология FDM компании StratSys и ABS-пластик укрепленный углеродной нитью.
Как проходил процесс 3D печати можно посмотреть на видео
Максимальная скорость Strati составляет 64 км/час, а максимальный пробег находится в диапазоне от 190 до 240 км.
До конца 2014 года автомобиль планируют запустить в серийную продажу, стоимость его будет составлять 18-30 тыс. $, в зависимости от комплектации.
Стоит отметить, что напечатаны были далеко не все детали, механические узлы, такие как аккумулятор, подвеска, двигатель были взяты из Renault Twizy.
После завершения 3D печати специалисты компании собрали автомобиль и устроили тест-драйв.
Как можно заметить, на видео некоторые детали выполнены довольно грубо – это последствия ускорения процесса печати. В целом же – это хороший наглядный пример степени развития технологий 3D печати.
Сегодня Local Motors уже провела конкурс на лучшую модель для будущего серийного производства, в котором участвовали 200 претендентов со своими эскизами. Победил вариант уличного спорт-автомобиля с названием SF-01 Street Fighter. Ну что же, остается только ждать его появления.
Подробнее о технологии FDM
FDM (Fused Deposition Modeling) – это одна из технологий послойного воспроизведения 3D модели при помощи компьютера и 3D принтера. Данная технология была разработана компанией StratSys (США) около 20 лет назад.
В отличие от большинства методов 3D печати здесь материал построения передается непосредственно в точку печати, где через подогретый экструдер производится его выдавливание и закрепление на стенке модели.
Так слой за слоем «выращивается» готовое изделие и деталь за деталью собирается автомобиль.
В качестве материала используется АБС-пластик – тот же материал, из которого производятся детали конструктора LEGO. Он обладает следующими свойствами:
- Высокая эластичность и ударопрочность.
- Нетоксичность.
- Долговечность.
- Кислотостойкость.
- Стойкость к моющим средствам и щелочам.
- Термостойкость, выше 100°C.
- Большой диапазон эксплуатационных температур, от -40 до +90°C.
Для придания дополнительной прочности принтеры используют этот материал в виде композита, смешанного с углеродной нитью, что придает характеристики, не уступающие материалу многих марок современных автомобилей.
Будущее 3D печати автомобилей
Касаемо ВААМ 3D принтеров можно заметить, что технология аддитивного производства большого разрешения (Big Area Additive Manufacturing ) не нова, в данном случае просто были увеличены размеры принтера во много раз.
Пока что, такие технологии практически уперлись в свой потолок скорости, которую можно увеличивать только уменьшением точности печати (увеличением толщины слоя) и добавлением большего количества печатающих головок, что очень сложно в конструктивном плане.
С этой точки зрения более прогрессивными выглядят методы не точечного нанесения материала через сопла или экструдер (Direct Deposition) , а нанесение сразу целого слоя материала (Bed Deposition), сплавляемого лазером, скорость движения которого огромна и не требует механического перемещения печатающей головки.
Впрочем, остается только ждать новых концептуальных прорывов в технологиях 3D печати. И, учитывая скорость современного технического развития, возможно в ближайшем будущем мы увидим людей, которые ездят на оригинальных автомобилях, сделанных по собственным эскизам.
Первый в мире автомобиль сейчас печатается на 3D-принтере
На Международном шоу производственных технологий, которое проходит сейчас в Чикаго, американская компания Local Motors на глазах посетителей создает на 3D-принтере первый функционирующий электромобиль. Об этом сообщает The Wall Street Journal.
Процесс печати и сборки автомобиля на двух человек, который будет работать на аккумуляторе и называться Strati, начался в воскресенье и должен завершиться в четверг. Огромный принтер слой за слоем наращивает кузов и шасси из черного пластика, укрепленного углеродным волокном.
Электромотор, сиденья, колеса, шины и ветровое стекло Local Motors делает традиционными способами, но все равно в этой машине будет всего 47 деталей, тогда как в обычных автомобилях их тысячи, говорит Джон Роджерс, генеральный директор Local Motors: «На ваших глазах мы производим критические изменения, радикально сокращая количество запчастей».
После того как кузов будет готов, компьютеризированный механизм обработает его, чтобы придать заданные характеристики, и просверлит 32 отверстия для крепления остальных деталей.
На сайте компании можно увидеть, как идет процесс «печати» автомобиля.
Проект по его производству, который основанная в 2007 г. Local Motors реализует в сотрудничестве с Oak Ridge National Laboratory (лаборатория министерства энергетики США), направлен на то, чтобы посрамить критиков, утверждающих, что процесс 3D-печати слишком медленный и дорогой, чтобы применять его в массовом производстве.
«Дело не в автомобиле, а в процессе», – утверждает Роджерс. Смысл проекта в том, чтобы продемонстрировать возможности новой технологии производства. «Нам понадобилось менее 40 часов, чтобы напечатать один автомобиль, и менее четырех дней, чтобы собрать прототип; это невероятно короткий промежуток времени.
Через несколько месяцев мы сможем сократить период печати до менее чем 20 часов и уверены, что затем два человека смогут менее чем за час собрать готовый автомобиль, – говорится в заявлении Роджерса на сайте Local Motors.
– Наша цель – совершенно по-другому подойти к созданию автомобиля: обычно в современном автомобиле более 20 000 запчастей; мы хотим, чтобы в автомобилях будущего их было менее 20».
Первая версия Strati будет способна передвигаться со скоростью до 65 км/ч, заряда аккумулятора, по словам Роджерса, хватит на 190-240 км. В Local Motors надеются начать продажи в ближайшие месяцы.
Цена будет варьироваться от $18 000 до $30 000 в зависимости от набора опций, которые предпочтут покупатели. Компания также планирует дать им возможность выбирать дизайн автомобиля по своему вкусу.
После того как Strati получит сертификат безопасности, машина сможет передвигаться и по автомагистралям, надеется Роджерс.
За основу Strati был взят дизайн, предложенный на открытом конкурсе, который объявила Local Motors и в котором участвовали как профессионалы, так и любители. На ходовом макете использовалась трансмиссия от Renault Twizy, сообщает компания на своем сайте.
3D-принтер для производства Strati выпустила машиностроительная компания Cincinnati из г. Харрисон, штат Огайо. Он способен обрабатывать детали размером до 1 x 1,5 x 3 м и существенно превышает своими размерами традиционные 3D-принтеры, которые обычно не сильно больше стиральной машины.
Технология 3D-печати, также известная как аддитивная, представляет собой наращивание материала на объект слой за слоем. В отличие от традиционных технологий, где детали вытачиваются из заготовок, в результате чего часть материала попадает в отходы, 3D-печать позволяет смоделировать объект на компьютере и «напечатать» его из пластика, металла или композитных материалов.
Первый автомобиль, напечатанный на 3D-принтере
ПМ: Какие еще промышленные технологии на базе 3D-печати сейчас внедряются?
ДЖ.Б.: Происходят очень интересные вещи. Если раньше 3D-принтерами занимались стартапы, которые развивали производство с нуля и ничего другого не делали, то сейчас в отрасль приходят компании, десятилетиями выпускавшие промышленное оборудование. У них есть опыт создания надежных машин.
Например, появляются станки с ЧПУ, соединяющие в себе традиционную технологию фрезерования с аддитивной технологией, технологией 3D-печати.
С помощью принтера можно создать общий контур детали (3D-печать пока не может соперничать в точности с традиционными технологиями мехобработки), а потом дополнительно обработать поверхность фрезой там, где это необходимо.
Таким путем пошли конструкторы из Local Motors, которые при создании своего автомобиля Strati использовали программную платформу Spark от Autodesk. Они исходят из того, что далеко не каждая поверхность в автомобиле должна быть идеально обработана. Машинная обработка может применяться «точечно», там, где это действительно необходимо.
ПМ: Совмещение двух технологий — это дешевле или быстрее?
ДЖ.Б.: И быстрее, и позволяет избежать лишних расходов. При традиционной инструментальной обработке металлической детали (фрезерование, сверление и т.?д.) до 90% металла из заготовки может уйти в отходы. Но если сама заготовка, напечатанная на 3D-принтере, уже имеет заданную форму, то при мехобработке количество отходов будет сведено к минимуму.
Возьмите титановое производство — Россия здесь, кстати, в мировых лидерах. Обрабатывать титан на станках долго и дорого, а главное — потом трудно утилизовать большое количество отходов. Казалось бы — в чем проблема? Берем стружку и переплавляем ее обратно в слитки. Но из-за процессов окисления сделать это нелегко, нужны сложные и дорогие технологии.
Один из крупнейших поставщиков деталей для аэрокосмической индустрии, компания GKN Aerospace, выводит в отходы около 1400 т титановой стружки в год. И знаете, какой у них основной метод утилизации? Стружку добавляют в асфальт для укрепления дорожного покрытия.
Поэтому задача снижения количества титановых отходов сейчас крайне актуальна, и в этом помогут технологии 3D-печати.
Пока автомобиль, напечатанный на 3D-принтере, выглядит немного несерьезно, но его появление на свет открывает новую эпоху в автопроме.
ПМ: Есть ли надежные технологии печати титановых деталей?
ДЖ.Б.: Да, это лазерное наплавление с помощью титановой проволоки или порошка. Технология наплавления с титановой проволокой очень перспективна.
Смысл ее в том, что на роботизированную головку постоянно подается тонкая проволока из титана, лазер ее плавит, и капелька металла наплавляется точно в заданном месте создаваемой детали. Таким способом можно создавать весьма объемные детали.
И отходы при дальнейшей механической обработке составят не 90, а, скажем, 2%. Можно считать, что 3D-печать приходит на место ковки и литья. Но возможности новой технологии намного превышают возможности традиционных.
ПМ: И какие это новые возможности?
ДЖ.Б.: Человеческая природа устроена так, что, когда появляется новая технология, мы стараемся сначала делать то, что мы делали раньше, но только новым способом. Именно это происходило в нашей области в последнее десятилетие. Мы брали старые идеи и пытались воплотить их на 3D-принтерах.
А вот сейчас наступает время, когда мы создаем конструкции, которые с помощью старых технологий никогда не делали. Можно, например, целиком напечатать деталь с закрытыми внутренними полостями или движущимися частями внутри как единое целое, не прибегая к сборке. Или напечатать материал, который будет вести себя особым образом.
Вот сейчас в знаменитой Лоуренс-Ливерморской лаборатории в Калифорнии создают так называемые материалы с заданной архитектурой. Например, металлические сплавы с отрицательным коэффициентом теплового расширения. Если деталь из такого металла нагреть, она сожмется, охладить — она расширится. Ничего подобного еще не было в истории.
Возьмем, например, оптику, установленную на космических аппаратах. Ее физические параметры должны иметь высокую точность, но из-за резких температурных перепадов (жар при освещении солнцем и мороз в тени) линзы меняют форму.
Сейчас проблема решается с помощью высокоточных корректирующих механизмов и электромоторов, но в будущем все это, возможно, не понадобится — достаточно будет особых свойств оптического стекла. Можно создавать градиентные материалы.
Представим себе одну деталь, без соединений и стыков, на одном конце которой будет твердая высокоуглеродистая сталь, на другом — мягкий алюминий, а в середине что-то промежуточной твердости. Возможностей очень много, но их можно реализовать только на основе аддитивных технологий, вводя в состав материала крошечные капельки веществ с разными свойствами.
ПМ: Как 3D-печать изменит логистику промышленности?
ДЖ.Б.: Сейчас стало известно, что UPS, крупнейшая почтово-транспортная компания, открывает в США сеть мастерских с 3D-принтерами. В этом есть своя логика — не обязательно что-то пересылать с одного конца мира на другой, когда это можно сделать на месте.
Конечно, простые дешевые товары, которые делаются в больших объемах, не будут изготавливаться с помощью 3D-печати. Но вот цифровые устройства, детали бытовой техники, запчасти к автомобилям и самолетам вполне могут перейти на новые технологии. Тогда изменится вся мировая производственная инфраструктура.
Это будет распределенная система, где производство окажется гораздо ближе к потребителю. Недавно консалтинговая фирма McKinsey обнаружила, что, когда компания решает, где ей производить товар, у нее есть два основных мотива: близость к потребителю и к инновационным системам доставки. А вовсе не там, где дешевле рабочая сила.
Китайская компания Foxconn, известная, в частности, производством продукции Apple, строит свой новый завод в Индонезии. Не потому, что там ниже зарплаты у рабочих, — они ниже, но ненамного, и это не главное. Просто Индонезия — это тот рынок, который Foxconn намерена сейчас осваивать. То есть тренд имеется, а 3D-печать только усилит его.
Строительство крупных фабрик влечет за собой большие капитальные расходы, и создавать систему небольших распределенных производств на базе 3D-печати может оказаться экономически выгоднее, особенно если учесть сокращение расходов на доставку товара потребителю.
