В этой статье мы расскажем о применении крупноформатной SLS 3D-печати при проектировании автомобилей и прототипировании деталей и блоков для них. В приведенном примере мы рассмотрим использование 3D-принтера производства Farsoon при создании системы вентиляции для автомобиля. 

Читайте статью до конца, чтобы узнать больше. 

О техпроцессе 3D-печати полимерами на 3D-принтерах Farsoon 

Прочитав эту статью, вы узнаете о применении крупноформатной 3D-печати пластиком в автопроме, а именно — об использовании 3D-принтера Farsoon CAMS HT1001P при прототипировании корпуса автомобильной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Далее читайте о том, как такая крупная деталь была напечатана целиком.

Задача и решение

Суть задачи

Компания Farsoon Technologies, как специалист в промышленном применении технологий 3D-печати пластиком, была призвана помочь SAPW Automotive Technology Co. в печати цельного, одной деталью, полимерного блока HVAC (Heating Ventilating Air Conditioning — системы нагрева, вентиляции и кондиционирования воздуха). 

Использованное оборудование

Для решения задачи применялся Farsoon HT1001P — печатающий полиамидом по технологии SLS, то есть лазерный, крупноформатный промышленный 3D-принтер. Для печати был использован полиамид. Область печати такого принтера, в рамках которой возможно создание деталей, составляет 1000 x 500 x 450 миллиметров, толщина слоя 60 микрон, а скорость печати до 15 литров в час.

Детальнее о задаче

Блок системы вентиляции, который необходимо было напечатать, имел размеры 950 x 423 x 207 миллиметров. Подобная деталь используется в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которые устанавливаются практически во всех выпускаемых в наше время автомобилях.

Вот так он выглядит:

Сложности при изготовлении блока HVAC по традиционным технологиям

Изготовление на станках с ЧПУ, плюсы

• Технология фрезерования на станках с ЧПУ применяется очень давно, она хорошо освоена и изучена и очень широко используется, при этом дает максимальную возможную точность, но имеет и свои недостатки. 

Изготовление на станках с ЧПУ, минусы

• Работа на станках с ЧПУ может производиться лишь персоналом с очень высокой квалификацией — такие сотрудники становятся редкостью и их рабочее время стоит дорого. 

• Само оборудование, станки с ЧПУ для фрезерования, тем более — для изготовления крупных деталей, стоят очень дорого.

• Размеры обрабатываемых, изготавливаемых деталей имеют ограничения. Из-за диаметра инструмента, длины и зазора резца любая деталь длиной более 100 мм, изготавливаемая на них, должна быть разделена на более мелкие части, а затем собрана. 

• Кроме того, некоторые особенности детали, такие как поднутрения, требуют повторного позиционирования заготовки, что ставит точность изготовления деталей в зависимость от опыта персонала и качества крепежных приспособлений.

Этапы производства на станке с ЧПУ

• Шаг 1: Разделение данные об объемной модели на более мелкие части и программирование отдельной обработки каждой отдельной детали. Необходимое время: приблизительно 4–6 часов на изделие.

• Шаг 2: Непосредственно работа станка с ЧПУ по фрезерованию детали. Необходимое время: до 50 часов.

• Шаг 3: Ручная подрезка, шлифование, полировка и соединение частей в единую деталь. Необходимое время: около 4–6 часов на изделие

В результате процесс создания одного изделия может занимать 62 часа.

Этапы производства методом литья в силикон

Недостатки: высокая стоимость создания отдельной детали, низкая скорость изготовления, длительное время сборки, низкая точность. Также следует отметить, что силиконовая форма очень чувствительна к давлению и нагреванию, в процессе отверждения может произойти значительная усадка силикона и жидких материалов. Кроме того, процесс изготовления силиконовой формы состоит из сложных многоэтапных операций и методов, а силиконовым формам зачастую нехватает жесткости. Эти факторы приводят к тому, что точность размеров продукта не гарантируется, и как правило она невысока, допуски составляют более 0,5 мм/100 мм, в то время как в автомобильном прототипировании необходимо соблюдение допусков в 0,2 мм/100 мм.

Шаг 1: Создание прототипа. Обычно это делается методом 3D-печати, на 3D-принтере, печатающем по технологии SLA. Необходимое время составляет до 70 часов. 

Шаг 2: Заливка прототипа силиконом для получения силиконовой формы. Напечатанное по методу SLA изделие помещается в ящик, куда затем заливается жидкий силикон. Затвердевание силикона может занять около 6 часов. 

Шаг 3: Застывшую силиконовую форму аккуратно разрезают и достают прототип, обрезают излишки силикона, затем форму склеивают обратно. Затем в эту форму заливается жидкий полимерный материал и нагревается для затвердевания. Процесс занимает около 4 часов.

Шаг 4: Силиконовую форму снимают с получившегося изделия, обрезают литники, деталь обрезают и полируют. Это может занять до 6 часов. Итого, суммарно, процесс литья в силикон занимает около 120 часов. То есть, традиционный процесс изготовления деталей путем литья в силикон достаточно трудоемок и длителен, занимает несколько дней и может потребовать участия нескольких мастеров, а его точность оставляет желать лучшего, учитывая мягкость самого материала формы.

3D-печать и её выгоды для автомобильной промышленности

Сложные изделия — одной деталью

Конструкция HVAC включает в себя многочисленные внутренние структуры, такие как углубления и складки. Если производить такую деталь с использованием метода обработки на станке с ЧПУ, её придется делать по частям, а затем склеивать. Это не только занимает много времени и излишне трудоемко, но и может привести к появлению неточностей и ошибок при сборке, отклонениям в размерах. По сравнению с любым методом изготовления по частям, 3D-печать безусловно выигрывает в том, что изделие создается сразу целиком и лишено опасности ошибок и появления неточностей в процессе соединения. Также изготовление одной деталью помогает избежать швов, способных понизить прочность и КПД готового изделия. 

Цельная 3D-печатная деталь обладает более гладкими поверхностями, более высокой прочностью, не имеет лишних элементов и производится с экономией материала, времени и труда, что снижает и затраты на ее создание.

Свобода дизайна

Традиционные процессы производства автомобильных деталей высокой сложности требуют специальных инструментов и методов обработки, таких как штамповка с помощью пресс-форм, например, и эти технологии имеют ограничения по размеру и форме изделий. Из-за этих ограничений, при создании определенных деталей и структур, проектирование становится чрезвычайно сложным. Это может привести к задержке в производстве и поставить под угрозу функциональность детали при обкатке нового дизайна.

3D-печать, с другой стороны, это процесс без специализированных инструментов, а сама технология послойной 3D-печати может обеспечить полную свободу инженеру-разработчику в самых смелых технических решениях.

Сокращение цикла разработки

Сроки цикла разработки деталей транспортного средства сокращаются предприятиями-разработчиками всеми доступными средствами, так как являются одним из важных факторов при расчете экономической целесообразности выпуска того или иного изделия. Самый длинный цикл разработки транспортного средства, для традиционного производства, обычно занимает до 57 месяцев. Большая часть времени тратится на детали НИОКР и интеграцию, проверку систем, производство автомобиля и контроль качества. Наиболее трудоемкой работой является изготовление оснасток, специального оборудования пресс-форм, на что может уйти до года.

Преимущества оборудования Farsoon

3D-печать на промышленных 3D-принтерах Farsoon имеет многочисленные технические преимущества, которые основаны на 

• быстром исправлении ошибок проектирования, 

• улучшенной эффективности производства и снижении затрат на разработку, 

• сокращении цикла разработки по сравнению с традиционной разработкой пресс-форм, ковкой, литьем и другими сложными процессами. 

Цикл прототипирования пресс-формы для выпуска сложного вентканала HVAC с помощью 3D-печати составляет всего 10 часов, что намного меньше требующихся при изготовлении по традиционным технологиям 62 часов для выпуска на станке с ЧПУ и 120 часов для литья в силиконовую форму.

Промышленная 3D-печатная установка HT1001P и ее преимущества

Поскольку длина детали HVAC составляет почти метр, а именно 950 мм, при создании ее в SLS-системах среднего размера (около 400 x 400 x 450 мм) ее пришлось бы разделять на части, а затем склеивать и подвергать постобработке. Как мы уже упоминали выше, это пагубно сказывается на качестве детали, а кроме того — увеличивает срок ее изготовления.  

Напротив, Farsoon HT1001P, оснащенный цилиндрическим объемом построения деталей до 1000 x 500 x 450 мм, дает возможность напечатать HVAC единой деталью, что не только повышает эффективность использования времени и средств при производстве, но и исключает процесс сборки и полировки соединений, и конечно ускоряет изготовление до 10 часов.

На таблице вы можете видеть сравнение затрачиваемого времени и себестоимости процессов:

Выбор очевиден.

• 3D-принтер HT1001P предназначен для промышленного аддитивного производства со скоростью печати до 15 литров в час. 

• HT1001P способен производить множество деталей серийно, с эффективностью использования материала близкой к 100%. 

• HT1001P может изготавливать прототипы большого размера для автомобильной и аэрокосмической промышленности, производства товаров народного потребления и многих других отраслей. 

• Этот 3D-принтер может печатать порошками с температурой спекания до 220℃, такими как полиамиды Ultrasint X043 (PA6), FS6028PA (PA6) и FS3300PA (PA12).

Где приобрести оборудование

Промышленное 3D-печатное оборудование для вашего производства выбирайте, заказывайте и получайте с наилучшим сервисом и исчерпывающими консультациями в компании Топ Станок.