Anche se non è ancora possibile acquistare un'auto stampata in 3D in concessionaria, la stampa 3D viene utilizzata in tutte le fasi della progettazione, dello sviluppo e della produzione.
Oggi, in ogni fase dello sviluppo e della produzione dei veicoli, ci sono esperti che stampano in 3D prototipi di automobili, supporti di produzione, parti di ricambio e componenti per il mercato post-vendita. La stampa 3D può aggiungere un valore enorme alle catene di fornitura, consentendo un'ampia gamma di applicazioni produttive.
Con la crescente accessibilità delle soluzioni di stampa 3D, anche per le opzioni industriali, aziende e privati possono iniziare a utilizzare la produzione additiva per progettare rapidamente nuovi prodotti e componenti per veicoli. In passato, la mancanza di resistenza e durata dei materiali rendeva impossibile la produzione di componenti automobilistici per uso finale, ma oggi i materiali avanzati per la stampa 3D possono resistere agli ambienti difficili richiesti dalle prestazioni automobilistiche.
Scopri i dodici modi in cui la stampa 3D sta promuovendo l'innovazione nel settore automobilistico, dal design alla produzione e oltre. Puoi anche parlare con il nostro team di un progetto automobilistico a cui stai lavorando per scoprire se le nostre stampanti a stereolitografia (SLA) o a sinterizzazione laser selettiva (SLS) sono adatte alle tue esigenze.
Parti automobilistiche per utilizzo finale stampate in 3D
Le parti stampate in 3D sono ormai sulle strade di tutto il mondo: dalla BMW a piccole aziende specializzate in personalizzazione e prestazioni, la stampa 3D nel settore automobilistico sta prendendo piede.
Anche se la maggior parte delle applicazioni è ancora a basso volume, come le parti di ricambio, esistono alcune reali possibilità di produzione in serie: ad esempio, se vedi una BMW X7 sfrecciare davanti a te, puoi scommettere che nei suoi sedili c'è una clip realizzata con la stampa 3D SLS.
Produzione provvisoria: la stampa 3D per la BMW X7
Un veicolo su tre che esce dalla catena di montaggio ogni giorno contiene almeno un componente realizzato da Brose, una delle cinque aziende a conduzione familiare fornitrici di componenti per automobili più grandi al mondo. Ogni anno, sempre più componenti vengono stampati in 3D.
Per l'assemblaggio dei sedili della BMW X7, Brose ha dovuto pensare in modo creativo per aggirare i problemi della catena di fornitura che stavano influenzando la tempistica di produzione. Per una clip utilizzata nella base del telaio del sedile, Matthias Schulz, responsabile della prototipazione dei sedili di Brose, ha deciso di sfruttare il potenziale di produzione in grandi volumi e i materiali resistenti della tecnologia SLS.
Il team di Brose ha stampato 250.000 clip per sedili in sole due settimane, utilizzando le sue due stampanti 3D Fuse 1+ 30W SLS e la Nylon 12 GF Powder. Lavorando insieme al produttore di apparecchiature originali BMW, il team di Brose ha certificato le clip stampate in 3D per l'uso finale a lungo termine nei sedili. La stampa 3D SLS ha permesso di rispettare la tabella di marcia della produzione. Senza questa opzione di produzione temporanea, il lancio del modello X7 avrebbe potuto subire mesi di ritardo, necessari per la progettazione, la lavorazione, la messa in produzione e la spedizione di un nuovo modello per lo stampaggio a iniezione dall'estero.
"Abbiamo deciso di entrare nel mondo di Formlabs. Abbiamo fatto questa scelta perché la disponibilità dei materiali e l'uniformità delle stampe sono migliorate così tanto da rendere la tecnologia pronta per il settore automobilistico. Tuttavia, abbiamo problemi legati a sicurezza e resistenza, soprattutto con le aziende produttrici di componenti, che stiamo provando a risolvere. In collaborazione con Formlabs, abbiamo dimostrato di poter implementare parti simili a quelle dell'attuale BMW X7."
Matthias Schulz, responsabile della prototipazione dei sedili presso Brose North America
Personalizzazione delle auto della polizia presso MOSOLF
In Germania, oltre un terzo dei veicoli della polizia contiene una parte realizzata con la produzione additiva, secondo le stime di Carsten Busam, responsabile della pianificazione dei progetti presso MOSOLF Special Vehicles GmbH. MOSOLF produce ogni anno 1000 "veicoli speciali", come auto della polizia e veicoli di emergenza. Grazie all'aggiunta di diverse stampanti 3D SLS Fuse 1+ 30W al loro flusso di lavoro, ora sono in grado di stampare in 3D parti e accessori per auto che migliorano le prestazioni di questi veicoli.
I primi soccorritori devono poter contare sui loro mezzi di trasporto e sulla qualità dei loro strumenti. MOSOLF stampa in 3D staffe, supporti, dime, supporti e altri componenti in Nylon 12 Powder. La durabilità della polvere SLS consente di utilizzarla per parti finali in grado di resistere all'usura causata dall'utilizzo da parte dei soccorritori. Oltre alla durevolezza del materiale, la stampa 3D SLS ha fatto la differenza in termini di velocità per Busam e il suo team.
"La stampa 3D ha avuto un impatto significativo sulla produzione in-house, poiché ha accelerato notevolmente i tempi in molte aree. I metodi tradizionali richiedono dalle quattro alle sei settimane per la consegna, soprattutto se le parti devono essere rivestite. Al contrario, con la stampa 3D possiamo produrre le parti in una sola notte. Senza la stampa 3D, i nostri processi produttivi sarebbero probabilmente molto più lunghi e complessi, poiché dovremmo produrre e adattare ogni parte più volte."
Carsten Busam, responsabile della pianificazione di progetto presso MOSOLF Special Vehicles GmbH
Stampa 3D SLS di sistemi di controllo personalizzati per macchine e veicoli
Grazie alla speciale finitura superficiale del modello 3D, che conferisce all'alloggiamento un aspetto simile alla pelle, è impossibile capire che il modello è stampato in 3D.
Per IBL Hydronic, produttore tedesco di soluzioni per macchinari per assemblaggi elettronici, idraulici e di software per veicoli industriali, la stampa 3D SLS offre un modo rapido, efficiente ed economico per progettare e produrre componenti per uso finale in piccoli volumi.
Di recente, IBL Hydronic ha lavorato allo sviluppo di un pannello di controllo su misura per una macchina specifica per conto di un'azienda produttrice di macchine agricole. Dopo solo un mese di prototipazione, assemblaggio e test, IBL ha presentato la soluzione completa al cliente.
Gli alloggiamenti dei componenti del veicolo sono stati stampati con la stampante 3D SLS Fuse 1, poi assemblati e dotati di un cuscinetto in pelle per il bracciolo. Per creare un design funzionale e al contempo esteticamente gradevole, il team ha aggiunto al modello 3D una finitura superficiale durante il processo di progettazione. I componenti realizzati tramite stampa 3D SLS sono stati in seguito levigati e tinti in un bagno colorato. Il risultato è un assemblaggio costituito da componenti per veicoli per utilizzo finale prodotti interamente tramite stampa 3D SLS, con una finitura superficiale simile alla pelle che migliora l'estetica e completa l'intero design.
"Grazie alla facilità di utilizzo e alla semplicità del workflow della stampa 3D SLS, possiamo concentrarci pienamente sul prodotto e sulla progettazione. Ciò semplifica notevolmente i nostri processi."
Tom Heindl, designer di prodotti tecnici per la stampa 3D, IBL Hydronic
Collettori di aspirazione stampati in 3D
Per il campionato di corse 12 Pollici Italian Cup, il vincitore Elia Marescutti ha gareggiato con un collettore di aspirazione stampato in 3D sulle stampanti 3D SLA della serie Form utilizzando la Rigid 10K Resin.
Il collettore stampato in 3D non solo ha resistito alle sollecitazioni di una gara ad alte prestazioni, ma ha anche funzionato meglio del collettore in alluminio lavorato in modo tradizionale. Utilizzando una termocamera, il collettore realizzato con la Rigid 10K Resin ha registrato una temperatura inferiore di 40-50 °C rispetto al componente tradizionale in alluminio e si è raffreddato molto più rapidamente, consentendo una manipolazione più semplice dell'assieme dopo la gara.
Indicatori e display di telemetria stampati in 3D
La stampa 3D SLS di indicatori e display di telemetria per auto permette a BTI Gauges di rispondere alle richieste dei clienti in modo rapido ed economico.
Come molte altre aziende di successo, BTI Gauges è stata fondata per colmare una lacuna del mercato. Brandon Talkmitt, fondatore e proprietario, desiderava personalizzare il display telemetrico della sua auto ad alte prestazioni.
Talkmitt ha cercato invano uno strumento che contenesse più parametri sulle prestazioni in modo da evitare di avere troppi display sul parabrezza, che sarebbe stata una potenziale fonte di distrazione. Il primo passaggio è stato la prototipazione degli involucri esterni dello strumento con una stampante 3D a modellazione a deposizione fusa (FDM). Successivamente, ha testato personalmente gli involucri, sottoponendoli a temperature elevate all'interno di auto e forni e modificando il design per adattarlo a diversi modelli di automobili. Dopo aver valutato i metodi per la produzione di parti per uso finale, Talkmitt ha optato per la stampa 3D SLS per la sua resistenza e durabilità.
Grazie alla possibilità di realizzare un design personalizzato in pochi giorni, i clienti che guidano auto da corsa giapponesi in stile anni '90, Lamborghini, Dodge Viper e altri veicoli ad alte prestazioni hanno subito mostrato interesse per il suo prodotto. Talkmitt ha imparato a riempire le camere di stampa in modo così efficiente da raggiungere un flusso di lavoro quasi privo di sprechi e ridurre i costi complessivi.
Implementando la produzione in-house con una stampante di alta qualità come la Fuse 1, Talkmitt è riuscito a controllare e garantire la propria capacità produttiva, superando le aziende che ancora dipendono dai metodi di produzione tradizionali o da fornitori esterni. "La consiglio a tutti. La Fuse 1 ha rivoluzionato la nostra azienda", ha concluso Talkmitt.
Stampa 3D nella produzione automobilistica
Sebbene le parti per auto stampate in 3D siano spesso le innovazioni più entusiasmanti e degne di nota, l'uso di parti stampate in 3D nella produzione automobilistica (come materiali di consumo per la produzione, ovvero ausili per la produzione) è forse la storia più importante, almeno in termini di risparmio sui costi ed efficienza per il produttore.
Nelle linee di assemblaggio automobilistiche, possono essere presenti centinaia di componenti personalizzati o prodotti in volumi ridotti, come dime, fissaggi, staffe, supporti, strutture di prova e altri ancora. La stampa 3D offre un'opzione a basso costo che i produttori possono implementare rapidamente per mantenere in funzione la linea di produzione.
Brose produce in giornata attrezzature per la saldatura robotica con la Form 4L
La Form 4L consente di stampare parti di grandi dimensioni in giornata, come questo fissaggio da saldatura realizzato con la Fast Model Resin.
Presso Brose North America, dove il team di tecnologia additiva gestisce una flotta di stampanti SLA e SLS, gli apparecchi robotici di saldatura devono adattarsi continuamente a diverse linee di prodotti. In uno stabilimento, le saldatrici rimangono programmate per una sola linea di prodotti, ma nella sede centrale due apparecchi robotici si occupano della saldatura dei prototipi dei sedili di tutte le diverse linee.
Ogni volta che l'apparecchio passa a una nuova linea di prodotti, il reparto di saldatura deve riprogrammarne i parametri. Programmare un apparecchio robotico di saldatura usando binari in metallo comporta un'ingente spesa, inoltre molto spesso questi componenti non sono disponibili nel momento in cui la postazione di saldatura è pronta per istruire l'apparecchio. La stampa 3D rappresenta una soluzione rapida e conveniente al problema, poiché per questo tipo di parti sono necessarie proprio velocità e accuratezza dimensionale.
"Usiamo la Form 4L per creare parti di impostazione per le celle di saldatura nel giro di qualche ora piuttosto che in una notte intera. In questo modo, il team di saldatura di Brose può programmare l'apparecchio robotico prima dell'arrivo dei componenti di stampaggio in metallo. Con la nuova Fast Model Resin, otteniamo il livello di dettagli e la rigidità che ci servono in tempi mai visti prima."
Matthias Schulz, responsabile della prototipazione dei sedili presso Brose North America
Come Dorman Products stampa in 3D i dispositivi di prova dei componenti per auto
Uno dei due fissaggi di prova per il test su un tubo pressurizzato.
Il fissaggio personalizzato realizzato per simulare la geometria corrispondente ha permesso di testare l'aderenza senza dover acquistare un radiatore intero.
Dorman Products, produttore di ricambi per auto con oltre un secolo di esperienza, si affida alla stampa 3D per accelerare i tempi di produzione e migliorare la qualità. Sfruttando 12 stampanti 3D suddivise tra due sedi, riesce a stare al passo con la continua aggiunta di nuovi marchi e modelli delle aziende produttrici di componenti originali.
Poiché ciascun prodotto ha una funzione diversa, ogni protocollo di test e processo di validazione è unico. Se i processi di validazione di due parti diverse richiedono entrambi il test del flusso di fluido, ad esempio, serviranno fissaggi appositi per tenerle in posizione a causa delle diverse geometrie. Ed è qui che entra in gioco la stampa 3D: Dorman è in grado di progettare supporti di prova personalizzati per ogni parte e di stamparli in giornata. Le attrezzature e gli indicatori possono impiegare da cinque a dieci settimane per arrivare da un'officina meccanica.
"Siamo in grado di progettare e creare parti con facilità. In generale, non dobbiamo sottostare ai limiti dei processi di produzione tradizionali e abbiamo spiegato ad altri reparti che l'aggiunta di sottosquadri o sporgenze non comporta un aumento dei costi come nel caso della lavorazione meccanica. Questo significa avere completa libertà di progettare i fissaggi nel modo desiderato."
Chris Allebach, responsabile della produzione additiva, Dorman Products
Riduzione dei costi sulla linea di assemblaggio automobilistico
Questo connettore di fine linea è stato implementato nella fase finale del processo di assemblaggio del sedile. Dopo aver collegato il telaio del sedile alla presa elettrica e aver eseguito il controllo finale, il personale tecnico rimuove il sedile per passare alla fase successiva del processo. Molte volte capitava di dimenticare il collegamento elettrico e, nel rimuovere il sedile, di rompere il cavo, causando un danno di qualche centinaio di dollari alla linea di assemblaggio e interrompendo la produzione.
Il team di tecnologia additiva ha collaborato con il team di New Boston per progettare una linea di connettori magnetici. Si attacca facilmente alla linea e al telaio del sedile, ma si stacca senza danni se il tecnico allontana il telaio del sedile senza rimuovere manualmente il cavo. Gli strumenti per la produzione automobilistica realizzati con la stampa 3D riducono l'usura dei macchinari e gli errori degli operatori, consentendo di risparmiare sulle sostituzioni e di ridurre i tempi di inattività dell'azienda.
Pankl Racing Systems: riduzione dei costi nella produzione di veicoli ad alte prestazioni
Pankl Racing Systems è specializzata nello sviluppo e nella produzione di componenti per motori e trasmissioni destinati a auto da corsa, veicoli ad alte prestazioni e applicazioni aerospaziali, tra cui le auto di Formula 1 e Marine One (l'aeromobile del Corpo dei Marines degli Stati Uniti che trasporta il presidente degli Stati Uniti).
Pankl non solo deve progettare i componenti finali, ma anche sviluppare una serie di dime, fissaggi e utensili personalizzati per realizzare tali componenti. Queste parti sono prodotte in piccoli volumi e sono altamente specifiche, quindi la stampa 3D si è rivelata il modo più conveniente ed efficiente per fabbricarle. L'introduzione di stampanti e materiali 3D SLA ha ridotto significativamente i costi di sviluppo complessivi per Pankl.
Per un gruppo di ingranaggi di un veicolo, Pankl ha dovuto lavorare parti in acciaio, seguite da diversi processi di riscaldamento e raffreddamento, ognuno dei quali richiedeva un'apposita attrezzatura. L'outsourcing di questi dispositivi a un'officina meccanica avrebbe aggiunto sei settimane alla tempistica, quindi Pankl li ha invece stampati in 3D su stampanti 3D SLA Form utilizzando una versione precedente della Tough 1500 Resin.
“Abbiamo ottenuto ottimi risultati con le parti stampate in 3D nella nostra linea di produzione e vedo innumerevoli altre applicazioni che potrebbero beneficiare della stampa 3D."
Christian Joebstl, ingegnere di processo presso Pankl
Stampa 3D per il design e la prototipazione nel settore automobilistico
Grazie alla maggiore velocità di prototipazione consentita dalla stampa 3D, la prototipazione rapida è diventata praticamente sinonimo di stampa 3D, e questa tecnologia ha rivoluzionato il processo di sviluppo dei prodotti.
Con la stampa 3D, i team di design del settore automobilistico possono realizzare rapidamente prototipi di parti fisiche o assemblaggi, che si tratti di un semplice elemento interno, di un cruscotto o persino del modello in scala dell'intera auto. L'accesso a stampanti 3D di qualità industriale consente ai progettisti del settore automobilistico di sperimentare nuove soluzioni che possono imitare le prestazioni della parte finale, riducendo il ciclo iterativo e aumentando il numero di idee che un progettista può sperimentare.
Sviluppo di modelli di nuova generazione presso Ford
Ford Motor Company è la sesta casa automobilistica al mondo, produce oltre 4 milioni di veicoli all'anno e conta oltre 175 000 dipendenti in tutto il mondo. Il cuore delle attività europee di Ford si trova a Colonia, nella sede fondata nel 1930 e nota soprattutto per l'assemblaggio della Ford Fiesta.
Nella corsa allo sviluppo di un nuovo modello elettrico, la velocità iterativa è tutto. I team di progettazione di Ford sono stati in grado di ideare e stampare in 3D componenti per auto ogni giorno e di testare la loro adattabilità e sensazione all'interno dell'auto.
"La produzione additiva è molto importante nel processo di sviluppo. Consente di produrre parti molto rapidamente e in modo molto efficiente, riducendo i costi... Ci rende molto più competitivi rispetto alla concorrenza."
Sandro Piroddi, supervisore del centro di tecnologia rapida di Ford
Progettare le auto del futuro presso Vital Auto
Vital Auto, cliente del rivenditore britannico di Formlabs con la crescita più rapida, SolidPrint 3D, crea prototipi ad alta fedeltà e concept car, lavorando rapidamente sulle iterazioni grazie a una varietà di strumenti avanzati, tra cui una vasta flotta di stampanti Form 3L e Fuse 1.
Uno dei primi incarichi dell'azienda consisteva nella realizzazione della concept supercar NIO EP9, che ha subito indirizzato il team verso la produzione di un prototipo di veicolo estremamente realistico e altamente fedele. I clienti di Vital Auto, tra cui Volvo, Nissan, Lotus, McLaren, Geely, TATA e molti altri, si rivolgono all'azienda con idee per concept automobilistici mai visti prima.
Per progettare, testare e costruire qualcosa di completamente nuovo, Vital Auto si affida a stampanti 3D in grado di produrre parti in una varietà di materiali e con la massima qualità possibile. Le loro 14 stampanti 3D, tra cui diverse Form 4L, Form 4 e Fuse 1+ 30W, funzionano 24 ore su 24, 7 giorni su 7 per stare al passo con il ritmo delle iterazioni. Dalle prese d'aria alle guarnizioni delle portiere, dalle pinze dei freni alle maniglie delle portiere, le stampanti 3D sono parte integrante del flusso di lavoro.
"La stampa 3D ci ha permesso di combinare i materiali SLA con quelli SLS per realizzare diverse iterazioni di design in un progetto specifico. Questo metodo ci consente di produrre rapidamente più iterazioni, associando entrambi i processi, utilizzandoli per le loro proprietà specifiche, per ottenere un design finale. Può trattarsi di qualsiasi cosa, dalle parti meccaniche a quelle trasparenti, per verificarne la qualità ottica e la resa."
Anthony Barnicott, ingegnere progettista
Miglioramenti della progettazione del condotto di aspirazione della Toyota Yaris GR grazie alla stampa 3D
Forge Motorsport, un produttore britannico di parti per veicoli ad alte prestazioni, utilizza le stampanti 3D Formlabs per prototipare e testare funzionalmente parti per auto destinate a modelli di azienda produttrice di componenti come la Toyota Yaris GR.
Al momento del rilascio del modello, Forge ha notato la possibilità di migliorare le prestazioni dell'auto aumentando le dimensioni del condotto di ingresso e spostando l'apertura dell'airbox. Questi cambiamenti ridurrebbero le fluttuazioni della temperatura dell'aria in entrata e renderebbero più facile per il pilota prevedere le prestazioni del motore, oltre a ridurre la temperatura complessiva. Dopo aver eseguito l'ingegneria inversa del componente della Toyota e dell'assieme circostante, hanno potuto simulare il flusso d'aria in Solidworks e quindi progettare un nuovo modello. Il team ha stampato in 3D il condotto di aspirazione del veicolo in Draft Resin per confermare l'idoneità della parte, per poi passare alla Tough 1500 Resin per la funzione finale.
Il cliente ha utilizzato la parte stampata in 3D nella sua Yaris GR per cinque mesi, raccogliendo dati sulle prestazioni in diverse condizioni. Come previsto, la parte riprogettata ha mostrato prestazioni migliorate: mentre la parte di serie aveva una variazione di temperatura di 42-45 °C, la parte stampata in 3D aveva una temperatura dell'aria in ingresso compresa tra 35 e 36 °C. Per saperne di più sulla stampa 3D e l'ingegneria inversa di parti automobilistiche, guarda il nostro webinar con Forge Motorsport.
Scopri di più sulla stampa 3D nel settore automobilistico
Come abbiamo visto in tutti questi esempi, la stampa 3D ha dimostrato in varie occasioni di offrire vantaggi significativi ai fornitori, alle aziende produttrici e ai consumatori quando viene sfruttata in modo creativo per ridurre i tempi di commercializzazione e migliorare le prestazioni dei veicoli. In alcuni casi, la tecnologia di stampa 3D sta espandendo i confini e ampliando l'orizzonte delle possibilità di progettazione e produzione. In altri casi, riduce i costi di produzione e consente di risparmiare tempo.
Mentre la conoscenza del valore e degli usi concreti della stampa 3D continua a diffondersi nel settore, con tecnologie e materiali sempre più versatili, la produzione additiva continua a rivoluzionare in tutto il mondo le modalità di progettazione, costruzione e manutenzione di veicoli.