Verschillende manieren waarop autofabrikanten profiteren van de voordelen die 3D-printen naar voren brengt. Nu technologie een meer mainstream positie krijgt binnen de auto-industrie, merken veel bedrijven het op, maar gebruiken ze het op verschillende manieren en voor diverse doeleinden. Deze behoeften kunnen variëren van gereedschappen tot reserveonderdelen/voorraadbeheer tot eindproducten en zelfs volledige auto's.
Het is interessant om te zien hoe ver de technologie is gevorderd, hoe deze wordt toegepast door de grote namen in de industrie en waar zij het voor zien in hun toekomstige productieketens. Dit artikel heeft tot doel inzicht te geven in de vele manieren waarop enkele van de grootste autofabrikanten ter wereld 3D-printen in hun workflow gebruiken.
BMW
Aangezien de meeste 3D-printen wordt gebruikt voor kleinere productieruns, is er veel ruimte voor maatwerk en het toevoegen van complexiteit door gebruik te maken van de unieke elementen die 3D-printen mogelijk maakt. BMW is geen onbekende in dergelijke vormen van ontwerp en productie, en gebruikt 3D-printen in pre-ontwikkeling, voertuigvalidatie en testen, of in concept- en showauto's. Ze gebruiken de technologie voor grotere volumes, maar kleinere productieruns stellen hen in staat om producten precies af te stemmen op de behoeften van hun klanten.
Het bedrijf is productief in het gebruik van additieve productie en merkt op dat ze mogelijk “groot toekomstpotentieel zien voor serieproductie en nieuwe klantaanbiedingen” (volgens BMW-experts in Nederland). Ze gebruiken de technologie om zowel kunststof- als metalen onderdelen te verbeteren. Ze werken het meest bekend samen met HP om producten te produceren op hun grootschalige productiesystemen.
Net als veel andere bedrijven op deze lijst, gebruikt BMW het als middel om onderdelen te produceren die met andere technologieën niet kunnen worden gemaakt. Een goed voorbeeld hiervan is de bovenkap van de i8 Roadster. Het maken van de bevestiging voor dit onderdeel zou niet mogelijk zijn geweest met een traditionele gietproces. Naast het uitbreiden van de ontwerpmogelijkheden, is het 3D-geprinte autoonderdeel duurzamer en weegt het ook minder dan eerdere versies.
Eveneens onthulde BMW de iFE.20 Formule E-racer met een 3D-geprint koelingsas gemaakt van vlasvezels. Het onderdeel werd eind 2019 getoond. In vergelijking met de gebruikelijke koolstofmaterialen heeft vlas een grotere absorptie en impactbestendigheid, wat voordelig kan zijn op straatcirkels met hobbels en vangrails, waar Formule E plaatsvindt. Dit maakte het de eerste BMW-raceauto die door een werkteam werd ingezet met onderdelen gemaakt van hernieuwbare textielvezels, wat het ook milieuvriendelijk maakt.
BMW Handschoenen met Beschermde Duim
Het bedrijf gebruikt ook 3D-printen voor gereedschap en veiligheid. Een goed voorbeeld hiervan zijn de gespecialiseerde handschoenen die ze gebruiken om de stopkappen voor afwateringsgaten af te maken. Deze stopkappen moeten handmatig worden geplaatst met de vingers van de ingenieur, wat veel belasting op de duimen betekent. Gelukkig bedachten ze de 3D-geprinte oplossing die op de werkhandschoenen kon worden aangebracht.
Naast hun werk aan hun eigen auto's, hebben de ingenieurs van het bedrijf ook geholpen bij externe projecten. Een voorbeeld is de ontwikkeling van op maat gemaakte 3D-geprinte stoelen voor het Britse Paralympisch Basketbalteam. Door gebruik te maken van 3D-lichaams scans en de nieuwste additieve productie, bouwden de ingenieurs van BMW een hele vloot rolstoelen waarmee spelers een meer geavanceerd niveau van atletisch vermogen konden tonen.
Ford
Ford’s Jiggen & Montagehulpmiddelen
Wat betreft inzet voor 3D-printen, gaat Ford er vol voor. Het bedrijf richtte een centrum voor additieve productie op en integreerde de technologie uitgebreid in hun workflows. Voor het maken van kunststof- en metalen prints hebben ze een langdurige samenwerking met verschillende bedrijven zoals Ultimaker, Stratasys en GE Additive, die machines leveren voor allerlei AM-toepassingen in de productieketen.
Ze gebruiken 3D-printen ook om kosten en tijd te besparen bij het maken van gereedschap, omdat het sneller was om zelf onderdelen te maken in de faciliteit dan te wachten op leveranciers en dergelijke. Ze passen deze principes ook toe op jiggen en montagehulpmiddelen, die ze ontwikkelen in faciliteiten over de hele wereld.
Ze hebben hun 3D-printactiviteiten de afgelopen decennia uitgebreid, en produceren zowel metalen als kunststof onderdelen. Zoals het bedrijf aangeeft: “In de afgelopen decennia heeft Ford meer dan 500.000 onderdelen geprint en miljarden dollars en miljoenen werkuren bespaard. Waar het met traditionele methoden 4-5 maanden en 1 miljoen euro zou kosten om een prototype te produceren, kan een 3D-geprint onderdeel in enkele dagen of uren worden gemaakt voor slechts enkele duizenden euro’s”.
Eveneens tonen de verschillende dochterondernemingen van Ford hun AM-vaardigheden, vooral de ontwerpteams achter de Shelby GT500. Dit jaar printen ze de meest veelbelovende ontwerpen voor de nieuwe GT500 in enkele dagen, wat het verbeterings- en testproces enorm versnelt. Dit tempo stelt hen in staat om de Shelby GT500 snel aan te passen, met nieuwe fysieke ontwerpen op hoge snelheid. Ze ontwikkelden ook een nieuw spoiler-vingerhybride ontwerp dat het team ‘de swing’ noemt. Dit nieuwe ontwerp is een belangrijk onderdeel van de indrukwekkende aerodynamische prestaties van de GT500.
EcoBoost-motor
Het bedrijf behaalde in februari een andere belangrijke mijlpaal op het gebied van 3D-printen. Hun Ford Performance-divisie, die zich bezighoudt met high-performance onderdelen, printte wat zij beweren het grootste metalen automobielonderdeel voor een werkend voertuig in de autogeschiedenis is. Het metalen onderdeel werd geïnstalleerd in de Hoonitruck, een Ford F-150 uit 1977 met een twin-turbo 3,5-liter V6 EcoBoost-motor. Het onderdeel zelf is een aluminium inlaatmanifold, geprint met GE Additive’s Concept Laser X LINE 2000R.
Volvo
Hoewel Volvo niet de meest prominente gebruiker van automotive 3D-printen is, heeft het bedrijf de afgelopen jaren grote stappen gezet op dit gebied. Net als veel andere bedrijven op deze lijst, gebruikt Volvo 3D-printen voor gereedschap en supply chain management. Het gebruik van 3D-printen is vooral nuttig geweest bij het aanvullen van de machines met nieuwe prints voor niet-meer-productie zijnde onderdelen. Volvo gebruikt voornamelijk 3D-geprinte kunststof onderdelen en kijkt uit naar de implementatie van metalen onderdelen in de nabije toekomst.
Vanaf 2018 gebruikte het bedrijf additive manufacturing voornamelijk voor prototyping en gereedschapsproductie. "Omdat we slechts kleine aantallen onderdelen voor prototyping hoeven te produceren, is het een goede manier om te zien wat werkt," zegt Fredrick Andersson, Development Engineer voor Wheel Loaders Powertrain Installation bij Volvo CE. "We hebben veel kennis en kunnen snel en gemakkelijk aanpassingen maken met 3D-printen. En daardoor is de time-to-market voor een nieuw product sneller, wat een groot voordeel is voor ons bedrijf."
De versnelde prototyping heeft het bedrijf enorm geholpen, aangezien verschillende nieuwe technologieën die ze testten, bewezen worden. Bijvoorbeeld, Volvo-engineers ontwierpen nieuwe waterpompbehuizingen voor de A25G en A30G voertuigen. Ze voerden simulaties uit om het ontwerp van de interne stromingskanalen in de behuizing te optimaliseren, maar moesten een prototype bouwen om functioneel testen uit te voeren en het nieuwe ontwerp te valideren. De gereedschapskosten voor dit project zouden ongeveer $9.090 zijn geweest, met een onderdeelprijs van ongeveer $909. De doorlooptijd voor het produceren van het prototype zou minimaal 20 weken zijn geweest. Aan de andere kant kostte het 3D-printen van het prototype $770 en duurde het slechts twee weken.
Echter, in 2019 verhoogde het bedrijf de inzet op het gebied van AM-processen, vooral met zijn Volvo Trucks tak. Hun New River Valley (NRV) fabriek in Dublin, Virginia, maakte dit jaar veel koppen in de wereld van de productie. Ze gebruiken voornamelijk SLS, maar hebben ook geëxperimenteerd met andere AM-methoden. Deze specifieke faciliteit produceert meer dan 500 productiehulpmiddelen en bevestigingsmiddelen die op de werkvloer worden gebruikt en vervaardigd met 3D-printen. De faciliteit is ook een belangrijk centrum voor Noord-Amerikaanse automotive engineering.
Afgezien van commerciële auto's ontwikkelt het bedrijf ook bouwmaterieel. Uiteraard heeft 3D-printen ook zijn stempel gedrukt op dit aspect van de bedrijfsactiviteiten. Volvo paste 3D-printen toe bij het ombouwen van hun knikgestuurde kiepwagens, waardoor de kosten van prototyping met een tiende werden verlaagd. Dit stelde hen ook in staat de tijd te verminderen van 20 tot slechts 2 weken.
GM
Hoewel hun 3D-printactiviteiten grotendeels gericht zijn geweest op prototyping, breiden ze uit. Het bedrijf is van plan hun printactiviteiten verder op te schalen om "tienduizenden onderdelen op grote schaal te produceren naarmate de technologie verbetert," volgens Kevin Quinn, directeur additive design en productie bij GM. Dit plan zal waarschijnlijk de komende 5 jaar worden uitgevoerd.
Het Warren Tech Center van het bedrijf produceert jaarlijks ongeveer 30.000 prototypeonderdelen. De onderdelen bestaan uit ten minste negen soorten materialen, waarbij combinaties van kunststoffen, metaal en poeders worden gebruikt. Ze worden voornamelijk gebruikt voor prototyping, maar het bedrijf kijkt ook naar onderdelen voor eindgebruik. Ze zijn ook mede-eigenaar van HRL-laboratoria samen met Boeing, die een 3D-geprinte aluminiumlegering produceerden.
Dan Grieshaber, directeur van wereldwijde productie-integratie bij GM, verklaarde dat de meerderheid van GM's fabrieken nu 3D-printers heeft. Het bedrijf is van plan dit nog verder uit te breiden, althans binnen hun fabrieken in Nederland. De stap zal waarschijnlijk GM jaarlijks miljoenen euro's besparen in productiekosten. GM is al lange tijd een investeerder in 3D-printen en de verschillende sub-branches ervan. Ze passen het toe voor het snel bouwen van gereedschappen en accessoires voor werknemers in hun fabrieken. Alleen dit jaar verklaarde het bedrijf dat de implementatie van een $35.000 3D-printer het bedrijf $300.000 heeft bespaard over twee jaar. Hoewel het produceren van gereedschappen de primaire rol is die de printer vervult, is het mogelijk dat het bedrijf de rol van additieve productie in hun dagelijkse operaties zal vergroten.
Hun samenwerking met Autodesk is gunstig geweest bij het vervaardigen van lichtgewicht 3D-geprinte onderdelen die de autofabrikant kunnen helpen zijn doel te bereiken om voertuigen met alternatieve brandstof aan zijn productlijn toe te voegen. Ook als onderdeel van dezezelfde samenwerking toonden beide bedrijven in 2019 een 3D-geprinte stoelbeugel van roestvrij staal, ontwikkeld met de Autodesk-technologie.
Begin 2019 keek GM naar een nieuw ontwerp voor 3D-printen. In samenwerking met Michelin wilden ze een nieuw type band produceren met superieure duurzaamheid. De Uptis-band is nog in ontwikkeling, maar de bedrijven zijn overgegaan naar de testfase. Ze beweren dat de banden 100 procent duurzaam, bestand en nog langer houdbaar zijn. Ze zijn ook een veel groenere optie, met minder afval tijdens de productie. Onlangs gebruikten ingenieurs een vloot Chevrolet Bolt EV's om de nieuwe banden in Michigan te testen en hebben ze de mogelijkheid geopperd om ze in 2024 aan het publiek beschikbaar te stellen.
Porsche
Porsche gebruikt 3D-printen voor verschillende doeleinden, van grote componenten tot het heruitvinden van de toeleveringsketen voor hun oudere modellen. Porsche gebruikt momenteel 3D-printen om zeer specifieke reserveonderdelen te produceren, maar niet op grote schaal. Dit komt door de strenge kwaliteitsnormen waaraan ze moeten voldoen om de veiligheid te waarborgen. Het bedrijf produceert ook een lager totaal aantal eenheden omdat het meer een klassiek en luxe automerk is.
Voor de ontwikkeling van niet-meer-geproduceerde onderdelen zoals de ontkoppelingshendel voor de Porsche 959, maakt het bedrijf gebruik van lasermelting. Ze gebruiken poedergereedschapsstaal en produceren het onderdeel veel efficiënter dan anders mogelijk zou zijn met alternatieve methoden.
Het gebruik van 3D-printen heeft het bedrijf ook in staat gesteld om over te stappen op printen op aanvraag, waardoor veel lagere kosten verbonden zijn aan materialen, transport en opslag. Dit is ook gunstig omdat deze onderdelen niet in grotere vraag zijn en vaak duur zijn om constant in productie te houden. Porsche werkt het meest bekend samen met Markfordged om deze klassieke onderdelen nieuw leven in te blazen.
Vooral gebruiken ze SLM en SLS voor de verschillende onderdelen die ze moeten produceren. Porsche heeft aangegeven dat de 3D-geprinte onderdelen in veel gevallen superieur zijn aan de oudere. Hoewel ze momenteel een beperkt aantal onderdelen printen, zijn ze sinds 2018 het portfolio aan het uitbreiden en testen ze toekomstige componenten.
Als u vragen of feedback heeft.
XTJ is een toonaangevende OEM-fabrikant die zich inzet voor het bieden van one-stop productieoplossingen van prototype tot productie. We zijn trots op ons ISO 9001 gecertificeerde systeem voor kwaliteitsbeheer en vastbesloten om waarde te creëren in elke klantrelatie. Dat doen we door samenwerking, innovatie, procesverbeteringen en uitzonderlijk vakmanschap.
