Преимущества 3D-технологий | Примеры внедрения | Сколько стоит 3D-оборудование? | Какова точность 3D-сканирования? | Доступность 3D-технологий | Автоматизированный контроль качества | Специфические вопросы 3D-сканирования
Сегодня сложно найти промышленную сферу, где бы не использовались 3D-технологии, и автомобилестроение – одна из ключевых отраслей, где они находят активное применение. В этой статье мы собрали основные вопросы, которые мы получаем от специалистов автопредприятий, о различных аспектах, возможностях и преимуществах внедрения трехмерных принтеров и сканеров для оптимизации производственного процесса.
Общие вопросы
1. В чем основные преимущества 3D-технологий перед традиционными методами в автомобилестроении?
Главные выгоды, которые получает предприятие автопрома, – это сокращение времени на производство и контроль качества изделий, проведение полного анализа данных, а также возможность изготовления изделий, имеющих сложную геометрию и уникальные свойства.
Рассмотрим преимущества 3D-технологий подробнее:
- Значительная экономия времени на создание прототипа, мастер-модели, готового изделия. Нет необходимости использовать дорогостоящую оснастку и дополнительную обработку.
- Быстрое прототипирование для проведения испытаний (например, аэродинамических) или для проверки на собираемость.
- Уменьшение количества деталей в сборке и снижение массы при сохранении прочностных характеристик изделия.
- Быстрое получение CAD-моделей с помощью реверс-инжиниринга и ускорение модификации существующих вариантов изделий.
- Производство на заказ уникальных изделий, которые требуются в небольшом количестве.
- Создание сложнейших компонентов, которые не могут быть изготовлены с использованием существующих производственных процессов.
- Изготовление специализированной оснастки без привлечения сторонних подрядчиков.
2. Насколько активно 3D-технологии применяются в автомобильной промышленности? Приведите конкретные примеры внедрения.
Можно утверждать, что все крупнейшие мировые автопроизводители пользуются выгодами 3D-сканирования и 3D-печати. В России этот процесс носит зачаточный характер, но в блоге мы уже писали о внедрении аддитивного производства в отдельных компаниях. Приведем всего лишь несколько красноречивых примеров.
3D-сканирование
- Для контроля качества на заводе Mercedes в Штутгарте запущена система Creaform MetraSCAN 3D-R, позволяющая контролировать геометрию 660 кузовных деталей в день.
- Аналогичная система – GOM Atos ScanBox – установлена на заводе «КамАЗ».
- Huyndai и Volkswagen используют ручные 3D-сканеры для выборочного контроля качества выпускаемых изделий.
- Magna, один из крупнейших мировых производителей автокомпонентов, входящий в конгломерат Daimler, на своем предприятии в Австрии применяет новую закрытую систему контроля качества Creaform CUBE-R.
3D-печать
- Мировые лидеры автомобильной индустрии вкладывают крупные суммы в создание комплексов 3D-печати: у Ford есть три центра прототипирования в США и два в Европе, у BMW – центр аддитивного производства в Мюнхене и еще один откроется в 2019 году.
- General Motors и Ford печатают на 3D-принтерах более 20 тысяч прототипов и деталей в год.
- Chrysler использует аддитивные технологии для создания прототипов новых зеркал заднего вида.
- Michelin ежедневно в круглосуточном режиме производит вставки в пресс-формы для разделителя ламелей по технологии 3D-печати металлами.
- Porsche печатает детали для раритетных моделей.
- На заводе Nissan в Санкт-Петербурге на FDM-принтере создаются прототипы и оснастка, а также приспособления для автомобилей.
- «КамАЗ» приступил к 3D-печати высокоточных песчаных форм для литья стали на оборудовании отечественного производства.
О примерах внедрения 3D-технологий на предприятиях автомобильной промышленности в России и за рубежом читайте в нашем блоге.
3. Сколько стоит 3D-оборудование?
Стоимость 3D-сканеров во многом зависит от размера сканируемого объекта, требуемых параметров точности, наличия метрологических сертификатов и решаемых задач. Цены на профессиональные устройства варьируются в диапазоне от 1,5 до 13,5 млн рублей.
Если вы планируете купить 3D-принтер, нужно учитывать множество моментов, таких как тип аддитивной установки, технология 3D-печати, объем камеры построения, сфера применения – все они определяют стоимость 3D-принтера. Здесь диапазон цен намного шире – от 600 тысяч до 150 млн рублей. Иногда и больше, если используется печать редкими металлическими сплавами.
4. Как понять, целесообразно ли моему автопредприятию использовать 3D-технологии?
В компании iQB Technologies действует исследовательская лаборатория по разработке комплексных отраслевых решений под индивидуальные задачи заказчика. Мы изучаем их и планируем решения, выполняем тестирование, постобработку изделий и анализ данных. Свяжитесь со специалистами iQB Technologies!
5. Я бы хотел проверить решение определенной производственной задачи с помощью 3D-технологий. Это возможно?
Наш RP-центр предоставляет услуги тестовой 3D-печати и 3D-сканирования, благодаря которым вы сможете оценить, подходит ли вам то или иное 3D-решение. Если вы планируете купить 3D-сканер или 3D-принтер, пробная печать или сканирование помогут вам определиться с выбором.
Эксперты iQB рекомендуют статью: Концепт-кар по технологии SLA: как это делают в Китае
Технические вопросы
6. Какова точность 3D-сканирования?
Все зависит от габаритов объекта сканирования, цели сканирования (контроль геометрии, реверс-инжиниринг), а также от геометрии и структуры поверхности. И, разумеется, от оборудования, которым выполняется оцифровка. Поэтому вопрос точности 3D-сканирования уместно рассматривать в контексте конкретного изделия и используемого 3D-сканера.
Посмотрим, какую точность имеют системы ведущих производителей:
- портативные 3D-сканеры Creaform обеспечивают объемную точность до 78 микрон на 16 кубических метров;
- погрешность настольных 3D-сканеров Solutionix, которые предназначены для работы с небольшими изделиями, – менее 8 микрон;
- промышленные 3D-сканеры FARO позволяют получить сканы с точностью ± 1 мм.
Эксперты iQB рекомендуют статью: Как ускорить реверс-инжиниринг и контроль качества в автоиндустрии
7. Появилась ли относительно доступная 3D-технология непосредственного производства готового изделия? Интересуют материалы, допуски и прочее.
Такие компании, как BMW, Mercedes, VAG Group применяют для производства готовых изделий селективное лазерное плавление, но назвать эту технологию доступной (как и любой другой метод 3D-печати металлами) никак нельзя, особенно применительно к российской экономической реальности. По информации от Audi (VAG Group), если вам необходимо до 1000 изделий в год, то их выгоднее печатать на металлическом 3D-принтере; если нужно большее количество – выгоднее их отливать.
Стереолитография (SLA) активно применяется в основном для прототипирования и проверки на собираемость, но не позволяет печатать готовые функциональные изделия из-за низкой стойкости материалов к механической усталости. Однако вариант SLA в сочетании с технологией скоростной печати Clip дает такую возможность (к примеру, ее освоила компания Delphi, производитель безопасных и экологичных автосистем).
Что касается такой популярной технологии, как FDM-печать, то она широко используется для изготовления различной оснастки и шаблонов.
На предприятиях, имеющих собственное литейное производство, активно внедряется печать литейных форм из песка. По словам отечественного производителя песочных 3D-принтеров, стоимость 1 кг формы варьируется от 30 до 130 рублей. Это очень недорого, но надо понимать, что для массового литья эта технология не подходит, так как песочные формы являются одноразовыми. При проектировании подобный метод печати литейной оснастки позволяет существенно сократить сроки получения отливки и вносить изменения в конструкцию.
8. Как технологии 3D-сканирования и 3D-печати можно встроить в производственный процесс и систему оценки качества выпускаемой продукции (например, процесс APQP)?
Перспективное планирование качества продукции (APQP) состоит из различных процедур и этапов. Современные системы 3D-сканирования позволяют решить ту часть из них, которая касается соответствия геометрических размеров производимого изделия заявленным характеристикам, а также возможности сохранять 3D-модели всех отсканированных изделий в цифровых архивах.
Проиллюстрирую эту мысль на примере Ярославского моторного завода (ЯМЗ), который я недавно посетил. На площадке ЯМЗ-530 собирается порядка 110 блоков двигателей в сутки. При этом непосредственный контроль геометрии с помощью КИМ проходят выборочно 2 блока из 110. Понятно, что КИМ затрачивает на измерения довольно длительное время. Плюс, необходимо доставить блок в метрологическую лабораторию, которая находится в отдельном от основного цеха помещении, так как КИМ не могут работать в условиях производственной вибрации.
В конвейерную цепочку предприятия можно встроить автоматическую систему контроля геометрии MetraSCAN 3D-R от компании Creaform, состоящую из 3D-сканера, робота-манипулятора и оптического трекера. Она позволит проводить контроль геометрии всех 110 блоков в сутки прямо на конвейере с сохранением всех результатов измерений и возможностью проводить анализ полного объема полученных данных. MetraSCAN 3D-R может работать в режиме 24/7 и контролировать геометрию более 9000 подобных деталей в неделю.
Смотрите видео: контроль двери автомобиля за 2,5 минуты с помощью MetraSCAN 3D-R
И даже просто наличие одного 3D-сканера у технолога, конструктора, специалиста отдела ОТК позволит решить или ускорить решение части задач и этапов процесса APQP, в том числе:
- проектирование конструкции,
- проектирование технологии производства,
- подготовку производства.
Применительно к аддитивному производству, этот вопрос должен рассматриваться в рамках конкретного изделия и конкретной технологии 3D-печати.
9. Можно ли использовать 3D-сканер, чтобы получить информацию с макета детали для выдачи ЗD-чертежей и последующей механообработки?
Получение конструкторской документации и есть одна из возможностей, которую открывает 3D-сканирование. Отсканировав изделие, мы получаем облако точек, затем – полигональную модель. Из полигональной модели можно «вытащить» все необходимые эскизные размеры для проектирования параметрической CAD-модели.
10. Необходимо получить скан несъемной детали с ограниченным доступом к ее поверхности. Посоветуйте, как это лучше сделать? Также интересует, как 3D-сканер распознает цилиндрические и резьбовые поверхности.
По первому вопросу: если такую деталь можно «пустить под нож», то изделие распиливается на части, и сканируются недоступные области, затем сканы сшиваются в единую модель. Если такой возможности нет, то отсканируйте объект с доступных сторон и затем проектируйте в CAD- редакторе необходимые элементы.
Далее, внешние цилиндрические и резьбовые поверхности распознаются 3D-сканерами без особых проблем. Внутренние отверстия система распознает хуже: условно говоря, сканер может «заглянуть» в отверстие на глубину диаметра этого отверстия, максимум на две глубины. Поэтому внутренние резьбы и глубину отверстий лучше измерять классическими методами.
У вас есть вопросы, касающиеся внедрения 3D-технологий в различных отраслях? Хотите предложить темы для статей в нашем блоге или для вебинаров? Обратитесь к нашим экспертам: info@iqb.ru.
Фото на заставке: технолог производит очистку напечатанных на 3D-принтере деталей в RP-центре Ford, Мичиган
Статья опубликована 09.11.2018 , обновлена 08.04.2022
