site logo 3D–решения
для промышленности и бизнеса
Блог 3D–экспертов
+7 (495) 26-96-222 info@iqb.ru

Мы в социальных сетях:

Избежать конструктивных дефектов и не потерять репутацию: 3D-печать в Hyundai

detail_img

Второй этап успешного внедрения аддитивного производства – эксперимент | Выбор сферы применения 3D-печати: ручные контрольные шаблоны | Формулировка задачи вместе с заказчиком: быстрота, точность, снижение веса | Выбор оптимального сценария аддитивного производства | Большой потенциал 3D-печати для крупномасштабного производства шаблонов

В этой статье речь пойдет о том, как специалисты Mindware, консалтингового подразделения компании Materialise, помогли автогиганту Hyundai Motor Company провести НИОКР и создать контрольный шаблон с впечатляющим снижением веса более чем на 50% и ускорением сроков изготовления в три раза.

Второй этап успешного внедрения аддитивного производства – эксперимент

Модель внедрения аддитивного производства
Команда Materialise Mindware и трехэтапная модель помогают компаниям внедрить аддитивное производство

Для любой отрасли и любых целей будут необходимы этапы исследований, эксперимента и внедрения. Сосредоточимся на второй стадии модели – этапе эксперимента, т.е. прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Этот этап предназначен для тех, кто завершил этап исследований и уже имеет четкое представление о том, какие возможности 3D-печати требуется использовать и каким вариантам применения следует уделить внимание в первую очередь. 

В процессе исследований можно выбрать стратегическое направление, но не подтвердить целесообразность идей и стратегии с коммерческой и технической точек зрения. На этапе эксперимента идеи проверяются на прочность и превращаются в реальные кейсы, удовлетворяющие широкому спектру требований.


Экономьте время и деньги на этапе прикладных исследований и разработок! Обратитесь к экспертам iQB Technologies: мы подберем и поможем внедрить 3D-решения в вашей организации.

Проблемы, решаемые на этапе эксперимента
В этой части модели выделяются основные проблемы, которые необходимо решить на этапе эксперимента, и вопросы, на которые необходимо ответить

Выбор сферы применения 3D-печати: ручные контрольные шаблоны

Hyundai Motor Company (HMC) не новичок в области 3D-печати. В течение многих лет компания использовала аддитивное производство для быстрого прототипирования, а отдел НИОКР разработал ряд вариантов внедрения 3D-принтеров на производстве. Представители HMC обратились в Materialise Mindware с конкретной задачей, которую они пытались реализовать: разработать ручной инструмент для контроля установки автомобильных фар, предназначенный для работников поточной линии сборки.

Каждая модель Hyundai имеет десятки внутренних и внешних блоков осветительных приборов, которые должны быть установлены полностью заподлицо с кузовом автомобиля. Чтобы обеспечить выполнение этой задачи, сборщики используют ручные инструменты, называемые шаблонами, для контроля качества сборки кузова и измерения зазоров. 

Эти шаблоны используются не только на производственной линии, но и играют важную роль на заключительном этапе подготовки к серийному производству, чтобы оценить, не допущены ли ошибки в конструкции новых моделей автомобилей. Такие проверки позволяют предотвратить перенос в серийное производство ошибок проектирования, устранение которых влечет за собой существенные затраты.

Контрольный шаблон, производимый с помощью 3D-принтера
Компания HMC решила оптимизировать процесс контроля качества на производстве путем применения шаблонов, напечатанных на 3D-принтере

Формулировка задачи вместе с заказчиком: быстрота, точность, снижение веса

На первом совещании специалисты Hyundai Motor Company объяснили, что с алюминиевыми шаблонами, производимыми традиционными методами, есть проблемы, и они надеются решить их с помощью 3D-печати. Компании требовалось повысить точность и уменьшить вес шаблонов, а также сократить сроки их изготовления. В то же время они хотели сохранить себестоимость и механическую прочность шаблона.

  • Срок выпуска: разработка и изготовление оригинального шаблона занимали три месяца, что превышало необходимый срок готовности новых моделей автомобилей на этапе подготовки к серийному производству. Особенно проблематично это было для важнейших шаблонов, которые используются в заключительных испытаниях непосредственно перед серийным производством. Пропуск этих проверок при заключительных испытаниях перед началом массового выпуска привел бы к высоким рискам и невосполнимым затратам.

  • Точность: точность шаблонов составляла 0,15 мм, и ее необходимо было повысить до 0,1 мм для соответствия стандартам серийного выпуска. Недостаточная точность могла бы нанести непоправимый ущерб репутации компании.

  • Масса изделия: текущий вес 1,8 кг был слишком тяжелым. Рабочим за смену приходилось многократно поднимать устройство. Снижение веса являлось ключевым фактором и имело решающее значение в отношениях с профсоюзом.

Итак, цель стала ясна. HMC и Mindware совместно создадут напечатанный на 3D-принтере шаблон, который благодаря своей высокой точности, легкости конструкции и более быстрым срокам изготовления станет решением «2 в 1» для этапов предварительного и серийного производства. Всего за пару недель в Mindware разработали опытный образец для задней верхней фары и испытали его с рабочими HMC непосредственно на производственной линии.

Выбор оптимального сценария аддитивного производства

Определив критерии приемлемости для конкретной задачи, мы переходим к выбору оптимального сочетания 3D-дизайна, материала, аддитивной технологии и метода постобработки.

Первым шагом было переосмысление текущей конструкции шаблона. Ранее приспособление представляло собой массивную деталь весом 1,8 кг с излишним количеством пассивного веса. Задача состояла в том, чтобы добиться снижения массы на 30% с помощью облегченной конструкции на основе ячеистой структуры, что позволило бы минимизировать количество используемого материала при сохранении прочности детали.

Когда было найдено конструктивное решение для снижения веса, проектировщикам потребовалось оценить, какая комбинация материалов, технологий и обработки будет наилучшим образом соответствовать требованиям к точности и прочности. Каждая составляющая этой комбинации может иметь 5-10 вариантов: в таком объеме данных очень сложно ориентироваться, не имея опыта. Консультанты Mindware помогли специалистам Hyundai сузить круг возможных вариантов до трех потенциально перспективных комбинаций.

Выбор оптимального сценария аддитивного производства
Доработка конструкции под аддитивное производство, технологии, материалы и процесс обработки влияют друг на друга, что усложняет выбор их правильного сочетания

Первый вариант, FDM-печать ABS-пластиком, оказался неэффективным, поскольку точность деталей не достигала 0,1 мм. Кроме того, применение таких методов постобработки, как фрезерование, было невозможно без повреждения деталей. Тогда была рассмотрена возможность 3D-печати металлом. Требуемую точность можно достичь путем постобработки, но тогда этот вариант становится менее конкурентоспособным по весу и цене. Наконец, специалисты остановились на наиболее перспективном варианте – селективном лазерном спекании (SLS) с использованием материала PA-AF.

Традиционные детали из полиамида (PA), напечатанные по SLS-технологии, не обеспечили бы достаточную точность, а механическая обработка была бы невозможна. Однако благодаря выбору PA-AF (материала, содержащего частицы алюминия и полиамида) вместо обычного полиамида изделия, изготовленные на SLS-принтере, можно фрезеровать, получая желаемую точность 0,1 мм.

Комбинация SLS, PA-AF и фрезерования позволила найти решение: легкая конструкция, легкий и недорогой материал и технология постобработки, отвечающая строгим требованиям к точности. Определив конструкцию и оптимальный сценарий аддитивного производства, можно перейти к следующему шагу этапа эксперимента – проектированию, конструированию, изготовлению и испытанию детали.

Выбор оптимального сценария аддитивного производства
При сравнении трех наиболее перспективных комбинаций 3D-печати вариант «SLS, PA-AF и фрезерование» оказался явным победителем

Большой потенциал 3D-печати для крупномасштабного производства шаблонов

После двухдневного производственного совещания команда Mindware вернулась в Бельгию и обратилась в RapidFit, дочернюю компанию Materialise, для разработки и изготовления функционального прототипа.

Проведенный эксперимент выявил важнейшее преимущество аддитивного производства – быструю реализацию. Благодаря цифровой природе проекта итерации были ускорены, и весь процесс разработки сократился с трех до одного месяца. Инженеры Mindware смогли начать работу непосредственно с CAD-файлом фары и даже интегрировали функции позиционирования прямо в конструкцию, чтобы сократить число сборочных операций.

Сравнение конструкции до и после оптимизации
Напечатанный шаблон отвечает всем потребностям HMC и обеспечивает дополнительные интегрированные функции

После того как деталь была напечатана, специалисты провели тщательный контроль качества, сканируя изделие с промежутками по 15 мм. Такая проверка не проводилась при изготовлении оригинального алюминиевого шаблона. Спустя три недели новый контрольный шаблон был отправлен в HMC и успешно испытан в условиях подготовительного и серийного производства, впечатлив работников производственных линий, которые будут использовать его ежедневно.

Такие мировые лидеры автомобилестроения, как Hyundai Motor Company, ежегодно выпускают десятки уникальных новых моделей автомобилей, что требует огромного количества не только уникальных шаблонов фар, но и многих других деталей. Благодаря Materialise Mindware внедрение 3D-печати в производственный процесс HMC может принести значительные преимущества для бизнеса и репутации бренда, а также непосредственную пользу здоровью и безопасности работников сборочного цеха. Подобные примеры доказывают, что экспертное сопровождение на этапе эксперимента имеет решающее значение для максимально эффективного внедрения технологии и сведения к минимуму невосполнимых затрат.


Материал предоставлен компанией Materialise. Автор статьи: Кристель Ван ден Берг

cta


Статья опубликована 09.09.2021 , обновлена 17.09.2021

Об авторе

Виктор Наумов Технический эксперт, ведущий инженер-конструктор по направлению «Аддитивные технологии». Окончил Высшую школу экономики (факультет прикладной математики, направление «Фундаментальная информатика, информационные технологии и кибернетика»). За 5 лет работы на рынке 3D успел протестировать львиную долю профессионального, промышленного и персонального оборудования, продаваемого на территории РФ. У Виктора свой подход, основанный на тестах и опыте, но при этом он остается гибким, так как прекрасно понимает, что тенденции производства могут меняться. Любит смену обстановки, поездки в разные города и страны. Активно занимается спортом, имеет разряд по плаванию, очень любит баскетбол и стритбол, а также единоборства.
Оставьте комментарий
Наверх