[КЕЙС] 3D-печать для автопрома: Total Z на Volkswagen

В декабре 2021 года Top 3D Group поставила заводу Volkswagen Group Rus в Калуге промышленный 3D-принтер AnyForm 450-PRO производства российской компании Total Z.

В этом обзоре мы рассказываем о применении аддитивных технологий в автопроме с использованием оборудования, работающего по принципу FDM.

Узнайте больше, прочитав статью.

Содержание

Видео

Аддитивные технологии в производстве автомобилей: от проектирования до сборки

Аддитивные технологии уже сегодня широко используются в автомобильной промышленности на нескольких этапах — от проектирования и разработки до подготовки производства и сборки

Проектирование и разработка

После того, как автомобиль и его части спроектированы в цифровом виде на компьютере, необходимо проверить совместимость всех компонентов и обеспечить удобство взаимодействия человека с ними на всех этапах — при сборке, при эксплуатации владельцем, при ремонте на сервисе и даже при утилизации. Виртуально смоделировать этот процесс и учесть все нюансы пока не представляется возможным.

Всё чаще для подобных задач используют прототипирование на 3D-принтерах для крупногабаритной печати: компоненты печатаются в натуральном размере, один к одному. Особенно это помогает, например, разместить все необходимое в тесном объеме подкапотного пространства, где узлы и агрегаты должны располагаться максимально компактно. Большая область печати, а ее размеры у 3D-принтера Total Z AnyForm 950-PRO составляют 950х650х950 мм, позволяет целиком напечатать даже такой крупный узел, как двигатель.

Не стоит забывать и об эргономике салона. Необходимо учесть многое: расположение всех элементов и деталей, взаимодействие их между собой и с людьми в салоне в разных ситуациях. 3D-печать позволяет точно передать размеры деталей и смоделировать салон в реальности, чтобы не допустить ошибок на этапе проектирования и обеспечить максимальное удобство и безопасность водителя и пассажиров.

Следующим шагом может быть проектирование дополнительного оборудования — обвесов, спойлеров, молдингов, модифицированных бамперов для разных комплектаций, в том числе спортивных — это отличает заводские доработки от тюнинга сторонних производителей и частных мастеров. Такой подход, прежде всего, гарантирует соответствие нормам безопасности. Не менее важно и то, что доработки не принесут никаких неудобств при эксплуатации и не ухудшат характеристики автомобиля, а также не вызовут вопросов у государственной технической инспекции — что немаловажно, после введения закона о недопустимости внесения изменений владельцами транспортных средств в заводскую конструкцию.

Подготовка производства

При конвейерной сборке автомобилей счет идет на секунды и тут важна каждая мелочь – рабочее место сборщика должно целиком и полностью работать на сокращение времени операций. Проработать все нюансы процесса сборки до начала производства также можно с помощью 3D-принтера.

Операции по сборке можно отрабатывать параллельно с созданием чертежа будущего автомобиля, внося правки и улучшения на лету. Раньше такое построение процесса было прерогативой программных продуктов, но с развитием цифрового производства становится возможным применить этот подход и при создании реальных, физических объектов.

Сборка

Оснастку станков и специальные инструменты на сборочном производстве нельзя назвать крупносерийной продукцией, поэтому их выгоднее печатать на 3D-принтере, чем производить традиционными методами. Аддитивные технологии помогают изготавливать приспособления с уникальными характеристиками, которые невозможно реализовать традиционными методами. Сюда относится, в том числе, изготовление накладных шаблонов для установки деталей сборщиком, таких как фары или панели сложной формы, которые должны прилегать без каких бы то ни было зазоров.

Отличное подспорье — накладные шаблоны для сверления отверстий. Такой шаблон сборщик прикладывает сотни раз за смену. Каждый грамм веса этого приспособления влияет на его усталость и, как следствие, на производительность. 3D-печать позволяет оптимизировать, в т.ч. топологически, форму шаблона, чтобы затратить на ее изготовление как можно меньше материала без потери прочности. Нередко используется и печать изделий с неполным внутренним заполнением, заполнение в 25% обычно уже обеспечивает достаточную прочность, — снижается вес изделия, сохраняется производительность рабочего персонала.

Другие варианты использования 3D-принтеров на этапе сборке в автопроме: печать шаблонов для ровной наклейки табличек, ложементов для сборки отдельных деталей сложной формы на рабочем столе.

Выбор оборудования

Клиент Top 3D Group остановил свой выбор на продукции компании Total Z по нескольким причинам. В арсенале инженеров предприятия уже имелась отлично зарекомендовавшая себя за десятилетний срок службы FDM-установка зарубежного производства. Однако ее возможности не отвечали некоторым актуальным запросам клиента.

Анализ актуальных и перспективных нужд предприятия позволил клиенту отказаться от других доступных на рынке технологий аддитивного производства в пользу FDM.

Прежде всего — было решено остановиться на отечественном оборудовании, — рациональный выбор, с учетом значительного упрощения сервисного обслуживания и ускорения поставки оборудования. К тому же, оборудование зарубежных производителей и комплектующие к нему могут стать недоступны в любой момент, по политическим причинам.

Не менее важным критерием был вопрос стоимости, как самой аддитивной установки, так и расходных материалов. Анализ актуального рынка FDM-оборудования показал, что 3D-принтеры зарубежных брендов в интересующем клиента сегменте ощутимо дороже решений российских поставщиков.

Что касается расходных материалов, опыт работы клиента с 3D-принтером зарубежного производства показал: разница в стоимости расходных материалов, если сравнивать российские и импортные поставки, при прочих равных может достигать 7-8 раз.

Решающее значение сыграли еще два ключевых параметра Total Z AnyForm 450-PRO — размеры рабочей области и последующая возможность апгрейда 3D-принтера для работы с высокотемпературными пластиками.

3D-принтеры Total Z

Компания Total Z работает на рынке аддитивных технологий с 2014 года. В 2016-м Total Z стала первой российской компанией, которой удалось запустить серийное производство высокотемпературных 3D‑принтеров.

Сегодня компания производит универсальное и промышленное 3D‑оборудование, участвует в НИОКР, выполняет заказы по прототипированию, литью и 3D‑печати.

Основная технология 3D-печати, применяемая в 3D-принтерах Total Z – метод послойного наплавления (fused deposition modeling, FDM). FDM-принтеры компании, в зависимости от модели и модификации, умеют печатать гранулами (fused granular fabrication, FGF), угле и стеклонаполненными композитами, высокотемпературными инженерными пластиками: PEEK, PEKK, Ultem, PEI, и.т.д.

В актуальную линейку оборудования Total Z входят:

cерия PRO — промышленные 3D-принтеры с активной термокамерой,
cерия LPRO — промышленные 3D-принтеры с большой областью печати и подогреваемым столом (без высокотемпературной камеры),
серия G3 — настольные универсальные 3D-принтеры,
модель G5 — настольный высокотемпературный 3D-принтер с активной термокамерой,
центр постобработки MPC-310 — для придания глянца и гладкости напечатанным изделиям,
камера вакуумной сушки филамента D5, с возможностью подачи филамента в принтер.

В 2022 году компания планирует вывести на рынок свой первый SLS-принтер.

Компания Total Z также изготавливает оборудование на заказ. Кроме того, инженеры компании ведут разработки по другим направлениям в рамках технологии FDM — печать непрерывным углеволокном, непланарная 3D-печать, печать на наклонных поверхностях, печать наполненными металлами и керамикой филаментами с последующим отжигом.

Планы

Решение о приобретении FDM-принтера Total Z AnyForm 450-PRO заводом Volkswagen Group Rus (Калуга) было принято согласно планам по дальнейшему внедрению аддитивных технологий на производстве.

Благодаря десятилетнему опыту, полученному в ходе эксплуатации FDM-принтера зарубежного производства, принятие решения было довольно быстрым: был выбран 3D-принтер отечественного производства для крупногабаритной FDM-печати, с возможность его последующего апгрейда.

Перспектива возможной модификации AnyForm 450-PRO для работы с высокотемпературными инженерными пластиками была одним из ключевых факторов в ходе принятия решения. На данный момент клиент использует в работе преимущественно «классические» типы филамента: ABS, HIPS, нейлон. В дальнейших планах — печать изделий из PEEK, PEKK, Ultem.