Адаптивные технологии в области обслуживания и ремонта автомобильного транспорта

В статье проведен анализ текущего состояния применения и внедрения технологии 3D-печати в области технического обслуживания и ремонта автомобильного транспорта. Оценены преимущества и перспективы дальнейшего применения данной технологии в автомобилестроении.

Ключевые слова: 3D-печать, 3D-принтер, аддитивные технологии, производство, автотранспорт, материал, продукт, деталь, качество.

3D-печать — наиболее развивающаяся отрасль в современном мире. Ее технология используется во многих отраслях: от архитектуры и ювелирного производства до медицины и археологии. [2] Но наиболее перспективное и масштабное применение 3D-печати все же в автомобилестроении, где ее применение возможно на всех этапах производства. Начиная с этапа моделирования и прототипирования, заканчивая этапом обслуживания и ремонта автомобилей серийного производства.

История возникновения

Автором идеи 3D-печати является Хидео Кодама, доктор муниципального исследовательского института в Нагоя. В 1980 году он попытался зарегистрировать устройство, которое с помощью УФ-засветки формировало послойно жесткий объект из фотополимерной смолы. По сути он описал современный фотополимерный принтер. Но не смог вовремя собрать всю необходимую документацию для регистрации патента изобретения, и в итоге забросил свои исследования.

Позже, в 1983 году, трое французских инженеров Ален Ле Мехо, Оливье де Витт и Жан-Клод Андрэ пришли к идее воздействия лазера на мономер для превращения его в полимер. Технология была названа ими «стереолитографией», и патент на нее был получен в 1986 году. Но институтом, в котором они работали, не была оценена перспектива использования разработки, и проект был свернут.

В то же время в США Чак Халл, работающий в компании по производству покрытий для столешниц и мебели при помощи УФ-ламп, задумался об ускорении процесса производства новых конструкций изделий. Он придумал совместить УФ технологию и размещения тонкого пластика послойно. В марте 1986 года патентная заявка была одобрена. Изобретение получило название «Аппарат для создания трехмерных объектов с помощью стереолитографии». Чак Халл основал свою компанию 3DSystem и под ее маркой в 1988 году выпустил первый коммерческий 3D-принтер — модель SL1. Именно этот момент может считаться стартом 3Dтехнологии в массовом производстве. [1]

3 D -печать в автомобилестроении

Первое упоминание применения 3D-печати в автомобилестроении датируется 1988 году и связывается с компанией Ford. Компанией был изучен вопрос использования 3D-печати в производстве автомобилей и подсчитано, что применение данной технологии значительно удешевляет, упрощает и ускоряет производство. [5] Следующими технологию 3D-печати стали использовать представители китайского автопрома. Позже, в начале 2000-х годов, в число компаний, использующих 3Dпечать в производстве автомобилей, вошли BMW, Mersedes, Cadillac. [4]

Вначале, технологию 3D-печати в автомобильной промышленности использовали только на этапе моделирования для создания конструкционных элементов сложных форм при создании функциональных прототипов. [6] Использование аддитивных технологий (принцип работы 3D-принтера, который заключается в последовательном нанесении слоев используемого материала) при изготовлении прототипов ускорил процесс создания в несколько раз, а также значительно удешевил процесс. Данные «плюсы» заключаются в том, что преодолеваются ограничения сложности дизайна продукта, сокращается время разработки и последующего изготовления, а также сокращаются сроки анализа и исправления выявленных недочетов (конструктивная осуществимость, собираемость, сопоставимость с другими деталями), оптимизируется технология изготовления, повышается надежность и технологичность. [5]

Самая значительная доля из расходов для автопроизводителей приходится на массовое изготовление запасных и сменных частей, оборудования, оснастки и инструментов. [3]

По данным компании Crazy Granda Garage, при автоматизации создания кастомных деталей авто при помощи 3D-принтеров Raise3D и программы IdeaMarket стоимость производства снизилась на 50 %, срок выполнения работ сократился на 83 %. Эти цифры наглядно показывает эффективность применения 3D-печати в обслуживании и ремонте автомобиля. [6]

Факторы, стимулирующие применение 3Dпечати на стадии обслуживания и ремонта автомобилей:

1. Сокращение стоимости запасных и сменных частей. В стоимость необходимой детали входит стоимость материала, используемого для изготовления, стоимость оборудования, затраты на рабочую силу, доставку и хранение. При использовании 3D-принтера на месте исключаются затраты на доставку и хранение детали. За счет широкого спектра возможных применяемых материалов при 3D-печати, есть возможность сокращения себестоимости самой детали. Сокращаются затраты оплаты рабочей силы.
2. Сокращение сроков. 3D-принтер позволяет изготовить деталь за несколько часов, в отличие от стандартных способо, занимающих от нескольких дней до нескольких недель. Также нет необходимости затраты времени на доставку детали.
3. Широкий спектр материалов для изготовления детали. В 3D-печати используются различные материалы с различными характеристиками. В автомобилестроении чаще всего используются металлический порошок, металлические сплавы, пластик, фотополимеры. Некоторые обладают повышенной ударопрочностью, какие-то повышенной износоустойчивостью или термоустойчивостью. Есть материалы с повышенной устойчивостью к механическим нагрузкам и атмосферостойкостью. При этом разрабатываются новые материалы. Исходя из требований к необходимой детали, производитель сам выбирает материал для изготовления требуемой детали.
4. Возможность изготовления сложных деталей. Некоторые детали имеют сложный конструкторский дизайн, имеют сложную геометрию, сочетают в себе несколько видов материалов. Возможность 3D-принтера позволит уточнить все тонкости и использовать разные материалы для изготовления целостной модели с требуемыми характеристиками, уменьшая количество «слабых точек».
5. Высокая точность изготовленной детали. Благодаря 3D-cканеру получают точную модель детали, которую переводят в цифровой формат. Точность изготовленной на 3D-принтере детали после «оцифровки» 3D--сканером составляет порядка 99 %. [7] Это дает гарантию уверенности, что изготовленная деталь будет точной копией требуемой. На 3D-принтере возможно наиболее точно повторить ее, учитывая все нюансы: конфигурация, тонкость, формы, фактура. [3]
6. Уникальность. 3D-печать позволила производить детали, которые другими, традиционными способами, произвести нельзя. Особенность конструкции, требования к эксплутационным характеристикам, сроки исполнения — факторы, которые склоняют к использованию 3D-принтера. Самый яркий пример фактора уникальности — моноблочный суппорт тормоза от Bugatti. 3Dтехнологии позволили изготовить его из титанового сплава, а не из титана, что значительно удешевило, упростило и ускорило процесс изготовления. А за счет тонких стенок деталь получилась легче почти в два раза, что, в свою очередь, улучшило общие эксплутационные характеристики автомобиля в целом. [5]
7. Автоматизированное проектирование. Имея каталог цифровых моделей деталей, зная количество требуемого материала и сроки изготовления, легко прогнозируется план работы, сроки исполнения.
8. Индивидуальный подход. Сфер для применения индивидуального подхода в автомобилестроении несколько.

Во-первых, это использование 3D--технологий при прототипировании в проектировании и построении спортивных болидов. Для примера можно взять успешное использование этой технологии компанией Renault Sport Formula One: небольшая группа инженеров-разработчиков изготавливает и испытывает сотни деталей в неделю, что позволяет разрабатывать новые по итогам испытаний и успешно устанавливать их на болиды. [5]

Во-вторых, изготовление деталей для не очень большого, но ценного числа «ретро-автомобилей». Производство таких авто прекращено, как и выпуск запасных деталей для них. Но технология 3D-печати позволяет восстановить и изготовить требуемую деталь с подходящими характеристиками. Пример такого использования — это немецкая компания Porshe, которая в 2018 году объявила об использовании ими 3D-печати при производстве запасных частей для редких и коллекционных автомобилей их марки. [3]

В-третьих, широкое применение 3D-печати в индустрии кастомизации (тюнинга). Владельцам автомобилей зачастую хочется иметь не только качественный автомобиль, но автомобиль, который бы отличался или характеризовал владельца. Применение 3D-печати позволяет изготавливать нестандартные запасные или сменные детали. Чаще всего это касается интерьера или экстерьера автомобиля, элементов отделки. При этом у клиента есть возможность выбора материала, цвета, текстуры. Например, японский Daihatsu позволил свои клиентам модели Copen заказывать индивидуальные панели для передних и задних бамперов с вариацией в 15 рисунков и 10 цветов. [6]

9. Готовые к эксплуатации изделия. Полученные на 3D-принтере детали не требуют какой-либо дополнительной обработки, сборки, окрашивания, нанесения защитного материала. Деталь полностью готова к использованию.
10. Устранение «человеческого» фактора. Изготовленная деталь на 3D-принтере на 99 % процентов будет соответствовать заданным характеристикам. [7] Это снижает возможность «брака» в несколько раз. Для изготовления 3D-деталей используются меньшие объемы производства, соответственно уменьшается количество используемой рабочей силы и ручного труда (произведение замеров, выполнение бумажных чертежей, выполнение форм для изготовления деталей и т.д).
11. Изготовление оборудования, оснастки и инструментов. При использовании 3D-печати, зачастую происходит усложнение производства, что требует нового оборудования, оснастки и инструментов. При традиционном опыте, работы на разработку и производство новых вспомогательных приспособлений могут уйти недели. При использовании аддитивных технологий требуемый продукт может быть разработан, апробирован и изготовлен на месте и в кратчайшие сроки. [3] Например, компания Pankl Racing Systems для изготовления ряда необходимых инструментов и приспособлений при производстве деталей коробок передач, использует комплекс SLA 3Dпринтеров Formlabs. Это позволило сократить время изготовления вспомогательного оборудования на 90 %, а расходы — на 80–90 %. [6]
12. Забота об экологии. В плане экологичности процесс производства при помощи 3D-технологий даст фору привычным традиционным процессам. 3D-печать практически безотходная, с малым выбросом вредных веществ, потребляет гораздо меньше энергии, и часто используемый материал является уже вторсырьем.

Технологический процесс не стоит на месте. Он бурно развивается, выбирая оптимальные пути. Появление аддитивных технологий привело к новому этапу развития автомобилестроения. При их помощи сократились сроки производства деталей, повышены качества производимых продуктов, уменьшен процент брака, сокращены расходы производства. Применение 3D-печати «на месте» (при текущем обслуживании и ремонте автомобиля) повысило клиентоориентированность и клиентозаинтересованность. Все это привело к увеличению рынка сбыта и повышению доходности производства.

Литература:

1. Корнвейц А. «Краткая история появления 3D-печати» / [электронный ресурс iQB Technologies] — 23 апреля 2021// код доступа https://habr.com/ru/post/553958/
2. Михайлова А. Е., Дошина А. Д. «3D-принтер — технология будущего» // Молодой ученый. — 2015. — № 20. — С. 40–44.
3. Родин М. «Автомобилестроение» / [электронный ресурс I3D] — 10 мая 2020 // код доступа https://i3d.ru/blog/brend-3d-printery-materialy/3dgence/avtomobilestroenie2/
4. Савинич Р. «Добрались и до S-класса. Как уже сейчас на 3D-принтере создают автомобильные запчасти» / [электронный ресурс Автобизнес] — 22 октября 2016 // код доступа https:/abw.by/industry/2016/10/22/dobralis-i-do-sklassa-kak-uzhe-seichas-na-3dprintere-sozdautsya-avtomobilnye-zapchasti
5. «Российский автопром: дорогу аддитивным технологиям!» [/электронный ресурс] iQB Technologies, 15 февраля 2019 // код доступа https://habr.com/ru/company/iqb_technologies/blog/440434
6. «5 способов, которыми 3Dпечать меняет автомобильную промышленность» / [электронный ресурс] // код доступа https://habr.com/ru/company/top3dshop/blog/498322/
7. «3D-принтеры в машиностроении»/ [электронный ресурс Globatek] // код доступа https://globatek.ru/3d-wiki/otrasli-primeneniya-3d-printerov/machinery