สถาบัน Fraunhofer สำหรับเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่ง (IAPT) แสดงให้เห็นว่าการพิมพ์ 3 มิติสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพทางเทคนิคและต้นทุนการผลิตได้อย่างไรโดยการออกแบบบานพับประตูของรถสปอร์ตสุดหรู
ในระหว่างโครงการออกแบบชิ้นส่วนใหม่ วิศวกรของ IAPT ได้ปรับทุกอย่างตั้งแต่รูปทรงของบานพับประตูไปจนถึงการวางแนวการสร้างและพารามิเตอร์กระบวนการเพื่อเพิ่มต้นทุนและน้ำหนักที่ลดลง
ในท้ายที่สุด งานนี้มีเป้าหมายเพื่อให้กระจ่างเกี่ยวกับปัจจัยที่ไม่ชัดเจนซึ่งส่งผลต่อต้นทุนของชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ ไม่ใช่แค่รูปทรงเรขาคณิตของส่วนประกอบเท่านั้น
ลดความซับซ้อนในการผลิตรถยนต์
อุตสาหกรรมยานยนต์เป็นหนึ่งในหลายอุตสาหกรรมที่นำการผลิตแบบเพิ่มเนื้อมาใช้ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา โดยใช้เทคโนโลยีเพื่อการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน กรณีการใช้งานจำนวนมากถูกจำกัดให้อยู่ในกลุ่มเล็กๆ เนื่องจากการพิมพ์ 3 มิติยังไม่ได้ให้ปริมาณงานของเทคโนโลยีการผลิตยานยนต์แบบดั้งเดิม—โดยไม่ทำให้ต้นทุนของแต่ละส่วนต่ำพร้อมๆ กัน ดังนั้น โครงการ Fraunhofer จึงอาจแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีโดยรวมยังไม่ได้รับการใช้งานในภาคยานยนต์ และการใช้งานการผลิตซีรีส์ปริมาณมากยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น
กรณีการใช้งานครั้งแรกที่จัดตั้งขึ้นคือการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว เนื่องจากขั้นตอนการพัฒนาของรุ่นใหม่อาจใช้เวลานานถึงห้าปี ในระหว่างการวิจัยและพัฒนา ชิ้นส่วนต้นแบบหลายชิ้นได้รับการพัฒนาและทดสอบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งหมายความว่าต้องออกแบบซ้ำอย่างรวดเร็วโดยใช้เวลาในการผลิตน้อยที่สุด นี่เป็นหนึ่งในจุดขายหลักของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ
ผู้ผลิตรถยนต์ยังใช้เครื่องมือการผลิตที่พิมพ์ 3 มิติ เช่น จิ๊กและฟิกซ์เจอร์ เพื่อช่วยในขั้นตอนการผลิตและการประกอบ มีแม้กระทั่งการใช้งานที่เป็นไปได้ในส่วนหลังการขายที่ครั้งหนึ่งเคยถูกแคสต์แต่ตอนนี้ล้าสมัยไปแล้ว ลักษณะแบบไดนามิกและยืดหยุ่นของการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้ซัพพลายเออร์ชิ้นส่วนสามารถพิมพ์ตามต้องการ ขจัดความจำเป็นในสินค้าคงคลังส่วนประกอบทางกายภาพ
บานพับประตูพิมพ์ 3 มิติ
ก่อนเริ่มงานออกแบบใดๆ วิศวกรของ Fraunhofer ใช้ซอฟต์แวร์คัดกรองชิ้นส่วนที่พัฒนาโดย 3D Spark ซึ่งเป็นอุปกรณ์แยกส่วน IAPT เพื่อระบุชิ้นส่วนรถยนต์ที่เหมาะสมสำหรับการศึกษาสาธิต
ในช่วงแรกของโครงการ ทีมงานได้ระบุการวางแนวที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับส่วนประกอบในห้องสร้าง วิศวกรพิจารณาถึงโครงสร้างการสนับสนุนที่จำเป็น และจำนวนชิ้นส่วนที่สามารถใส่ลงในโครงสร้างเดียวได้ ขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพการวางแนวเริ่มต้นนี้ส่งผลให้ประหยัดต้นทุนได้ 15 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับงานพิมพ์ 3 มิติโดยไม่ต้องคำนึงถึงเรื่องดังกล่าว
ต่อไปคือการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีของแขนบานพับเอง การนำวัสดุที่ไม่จำเป็นออกและเพิ่มความแข็งแกร่งเฉพาะส่วนที่จำเป็นในการจำลองการไหลของแรง วิศวกรสามารถลดน้ำหนักของแขนบานพับลงได้ 35 เปอร์เซ็นต์ การประหยัดวัสดุที่ตามมาและเวลาการพิมพ์ที่สั้นลงส่งผลให้ประหยัดต้นทุนได้อีก 20 เปอร์เซ็นต์
ทีมงาน Fraunhofer ยังคำนวณการประหยัดค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการลดขั้นตอนหลังการประมวลผล (โดยการลดโครงสร้างการสนับสนุน) และเลือกวัสดุผงโลหะที่ดีที่สุดสำหรับงาน: 10 เปอร์เซ็นต์ในแต่ละครั้ง
ที่น่าสนใจคือ ผลการศึกษาพบว่าแม้แต่พารามิเตอร์การสร้างที่ใช้ในกระบวนการพิมพ์ 3 มิติก็ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้ ตัวอย่างเช่น ชั้นที่หนาขึ้น ความเร็วในการสแกนที่เร็วขึ้น และการเสียรูปของโปรไฟล์ลำแสงเลเซอร์ ทั้งหมดนี้ช่วยลดเวลาในการสร้าง ลดต้นทุนการพิมพ์อีก 15 เปอร์เซ็นต์
ในที่สุด วิธีการออกแบบที่เน้นต้นทุนนี้ช่วยให้วิศวกร IAPT พิมพ์บานพับแบบ 3 มิติได้ในราคาที่ต่ำกว่าแบบเดียวกันที่พิมพ์ 3 มิติถึง 80 เปอร์เซ็นต์โดยไม่มีการปรับให้เหมาะสมแบบเดียวกัน เมื่อเทียบกับเครื่องกลึง CNC โปรเจ็กต์ประสบความสำเร็จในการประหยัดต้นทุนและน้ำหนักได้ 50 เปอร์เซ็นต์ และ 35 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ