FAW Volkswagen: Druk 3D jako zaawansowane narzędzie produkcyjne do tworzenia funkcjonalnych prototypów

Informacje Prasowe Kategoria: Awexim Informacje branżowe 31 sie 2020

W przemyśle motoryzacyjnym technologie druku 3D są od dawna postrzegane jako alternatywa dla tradycyjnych technik wytwarzania. Pełna produkcja części funkcjonalnych pozostaje na celowniku i stanowi również wielkie wyzwanie dla wielu dużych producentów OEM z branży motoryzacyjnej. W branży, w której czas od projektowania do wprowadzenia na rynek, wydajność i rentowność są kluczowe dla produkcji masowej, druk 3D odgrywa coraz większą rolę. FAW Volkswagen prezentuje i opisuje, jak wdrożenie drukarki 3D do plastiku Farsoon HT403P wpłynęło na ich wydajność w tworzeniu funkcjonalnych prototypów.

FAW Volkswagen Automobile Co. Ltd. jest spółką typu “joint venture” założoną w 1991 r. w Changchun w prowincji Jilin przez FAW Group, Volkswagen i Audi. FAW Volkswagen ma ugruntowaną pozycję silnego lidera na chińskim rynku motoryzacyjnym dzięki wyprodukowaniu serii kultowych modeli. FAW Volkswagen jako pierwszy wprowadził technologie FDM i SLA do prototypowania i rozwoju nowych modeli.

Wraz z rozwojem kolejnych linii produktów i wymagań inżynierskich, FAW Volkswagen zaczął szukać innych technologii druku 3D z tworzyw sztucznych do produkcji wysokowydajnych części funkcjonalnych. Model HT403P firmy Farsoon dostarczył zespołowi inżynieryjnemu FAW Volkswagen przemysłowy system do spiekania laserem tworzyw sztucznych, który wzmocnił ich potencjał w innowacyjności, jak również poprawił jakość i szybkość produkcji.

Wraz z rosnącymi korzyściami i rozszerzaniem zastosowań osiągniętym dzięki technologii spiekania laserowego Farsoon, obecnie intensywnie wykorzystujemy HT403P w produkcji wszystkich nowych modeli, łącznie z projektowaniem prototypów i produkcją części funkcjonalnych. Obecnie co roku prototypujemy ponad 5000 części z HT403P.Wu Hongtao, starszy inżynier ds. badań i rozwoju w FAW Volkswagen

Poprawa efektywności kosztowej dla funkcjonalnego prototypowania

Komponenty funkcjonalne mają kluczowe znaczenie w procesie projektowania samochodów. Proces składa się z rozwoju produktu i walidacji, w tym projektowania każdej części funkcjonalnej do testowania i kontroli poszczególnych elementów. Dane zebrane z każdego testu funkcjonalnego będą następnie dalej analizowane i przetwarzane dla zmiennych parametrów. Aby spełnić wymagania funkcjonalne i środowiskowe, wszystkie elementy z tworzyw sztucznych muszą być wykonane przy użyciu odpowiednich narzędzi i materiałów produkcyjnych.

Rysunek 1 Model wsporników dla prowadnic zderzaka FAW Volkswagen. Źródło: FAW Volkswagen

Weźmy na przykład wsporniki do prowadnic zderzaków (Rys. 1). Ta część wymagała małej partii 30 sztuk do badań funkcjonalnych. Taka niewielka ilość jest wyzwaniem jeśli mówimy o użyciu technologii form silikonowych. Formy charakteryzuje skomplikowany proces produkcji, czasochłonność, wysokie koszty produkcji narzędzi i pracy ręcznej. Wielokrotne etapy produkcji form silikonowych mogą powodować słabą integralność części i niską wytrzymałość, co skutkuje niską wydajnością podczas prób obciążeniowych i udarności.

W porównaniu z tradycyjnym wytwarzaniem przy użyciu form silikonowym, proces spiekania laserowego tworzyw sztucznych jest znacznie krótszy. Biorąc pod uwagę czas od projektu to prototypu, dla druku 3D wynosi on zaledwie 14 godzin w porównaniu z 78 godzinami dla produkcji przy użyciu form. W odniesieniu do kosztów produkcji oznacza oszczędność na poziomie 72% (Tabela 1). Jednocześnie, koszt pracy przy produkcji spadł z 1000USD do zaledwie 60USD.

Tabela 1 Porównanie czasu produkcji i jej kosztów dla wytwarzania prototypów poprzez formy silikonowe i wydruk 3D

W porównaniu z tradycyjnym procesem wytwarzania przy pomocy form silikonowych, spiekane za pomocą lasera elementy z tworzywa sztucznego wykazują optymalną wytrzymałość, dobrą odporność na temperaturę, wilgotność i korozję chemiczną. Podczas próby obciążeniowej detal wykazuje również doskonałe właściwości udarowe dzięki poprawionej spójności części.

Poza znaczną oszczędnością czasu i obniżeniem kosztów, zauważyliśmy bardzo wysoką wydajność (99%) i wysoki współczynnik przydatności części wydrukowanych 3D na maszynach Farsoon. Te połączone zalety sprawiają, że HT403P jest narzędziem, które bardzo dobrze nadaje się do funkcjonalnego prototypowania i jest korzystną alternatywą dla tradycyjnej produkcji.Wu Hongtao, starszy inżynier ds. badań i rozwoju w FAW Volkswagen

Zaawansowane narzędzie produkcyjne i alternatywny łańcuch dostaw

Przewód powietrzno-wentylacyjny w samochodzie jest kluczowym elementem zapewniającym kontrolowany przepływ powietrza do wnętrza przedziału pasażerskiego pojazdu. Głównym wyzwaniem dla produkcji jest jego ponadwymiarowa, złożona, pusta struktura. Tradycyjnie struktura ta może być produkowana z dużą precyzją tylko metodą formowania rozdmuchowego, lecz ta technologia może być obsługiwana tylko przez wysoko wykwalifikowanych dostawców. Wydłuża to nie tylko czas realizacji i kontroli jakości części, ale także jest niezwykle kosztowne w przypadku prototypowania małych partii.

W przypadku małej serii 10 sztuk proces produkcji formy rozdmuchowej może trwać do 3 miesięcy, przy kosztach sięgających nawet 36 000 USD. Co więcej, w związku z częstymi iteracjami podczas opracowywania projektu, rosnącymi potrzebami samochodów produkowanych w limitowanych seriach oraz dostosowywaniem ich do indywidualnych potrzeb, zespół inżynierów firmy FAW Volkswagen poszukiwał bardziej zaawansowanego, szybszego narzędzia produkcyjnego o lepszej efektywności kosztowej.

Inżynierowie postanowili wykorzystać technologię spiekania laserowego tworzyw sztucznych (SLS) jako zupełnie nowe rozwiązanie w zakresie produkcji małoseryjnej. Proces spiekania laserowego pomógł usprawnić proces projektowania – wytwarzania skomplikowanej struktury przewodów powietrznych, bez konieczności stosowania innych narzędzi produkcyjnych oraz uprościł zarządzanie łańcuchem dostaw. Przyspieszyło to znacznie kolejne iteracje projektu oraz obniżyło koszty produkcji. Jest to szczególnie cenne przy opracowywaniu modeli limitowanych, aby zapobiegać powstawaniu znacznych odpadów lub ograniczeń związanych z obróbką skrawaniem.

W porównaniu z tradycyjnym formowaniem rozdmuchowym i innymi technologiami druku 3D, Technologia Farsoon oferuje szybszy cykl projektowo-produkcyjny i lepszy stosunek koszt-wydajność. Druk 3D jest dla nas niezbędny, jeśli chodzi o ciasne ramy czasowe R&D z częstymi cyklami iteracji. Bardzo doceniamy stabilność i jakość Farsoon HT403P jako prawdziwego narzędzia produkcyjnego, na które możemy liczyć w naszej przyszłej technologicznej drodze rozwoju.Wu Hongtao, starszy inżynier ds. badań i rozwoju w FAW Volkswagen

Farsoon Technologies

Farsoon Technologies to firma specjalizująca się w produkcji przemysłowych drukarek 3D. Powstała w 2009 roku i szybko stała się liderem w produkcji i sprzedaży w Chinach. W 2017 roku firma otworzyła filię w Ameryce Północnej; Farsoon Americas z siedzibą w Austin, w Teksasie. Rok później, w Stuttgarcie w Niemczech powstała spółka Farsoon Europe GmbH, której celem jest prowadzenie bezpośredniej działalności na rynku europejskim. Farson produkuje przemysłowe drukarki 3D do tworzyw sztucznych (technologia SLS) oraz do metali (technologia SLM/DMLS/DMP) oraz posiada własną fabrykę proszków z tworzyw sztucznych. Przez lata stał się głównym innowatorem rynku:

Wszystkie systemy Farsoon są w pełni otwarte. Użytkownik otrzymuje dostęp do wszystkich kluczowych parametrów maszyny i procesu, a więc może stosować proszek od dowolnego producenta. Co więcej, Farsoon dostarcza użytkownikom opracowane profile druku z wielu materiałów firm zewnętrznych.
Farsoon jest producentem największej przemysłowej drukarki SLS, HT1001P CAMS oferuje wydruki nawet do 1 m długości. Drukarka stworzona jest do ciągłej produkcji drukiem 3D, ma modularną budowę i stanowi kompleksowe rozwiązanie dla przyszłych fabryk druku 3D.
Wprowadził autorską metodą ciągłej przemysłowej produkcji 3D – CAMS (Continous Additive Manufacturing Solution). CAMS to ciągły proces wydruku połączony z automatycznym zarządzaniem kolejnymi stacjami drukarki oraz kompleksowym, zamkniętym obiegiem materiału.
Opracował technologię FLIGHT polegającą na zastosowaniu laserów fiber w procesie SLS. Technologia pozwala na wydajniejsze, szybsze i bardziej dokładne wydruki z proszków tworzyw sztucznych.
Stale powiększa listę materiałów kompatybilnych ze swoimi maszynami. Współpracując z klientami opracowuje laserowe spiekanie nietypowych materiałów, na przykład czystej miedzi, stali H13 czy tantalu. Do gotowych materiałów zewnętrznych producentów tworzy profile druku i udostępnia je klientom.
Aby osiągnąć pełną otwartość dla przemysłu, Farsoon stale pracuje nad integracją swoich systemów z innymi przemysłowymi rozwiązaniami, współpracując z takimi firmami jak Autodesk czy Siemens.
Rozwinął swoje autorskie oprogramowanie zarówno do przygotowania wydruków (BulidStar) jak i do kontroli procesu (MakeStar). Oprogramowanie posiada dwa tryby: uproszczony, do codziennego użytku i ekspercki, oferujący pełną kontrolę nad parametrami. Detekcja kolizji wydruków, automatyczne generowanie niezbędnych podpór, dodawanie modeli również w trakcie trwającego procesu to tylko niektóre z zalet oprogramowania Farsoon. Software jest zintegrowany z wieloma przemysłowo dostępnymi programami do przygotowania designów i wydruków takich jak Autodesk Netfabb oraz Siemens NX.

Farsoon W Polsce

W Polsce oficjalnym przedstawicielem Farsoon Technologies jest firma Awexim.

Firma AWEXIM została założona w 1991 roku. Działalność firmy wywodzi się z obróbki skrawaniem, specjalizujemy się w optymalizacji procesów produkcyjnych i dostarczamy czołowej klasy obrabiarki i narzędzia skrawające. Posiada ponad 500 wdrożeń maszyn na terenie całej Polski. Zaufało jej już ponad 1000 firm w całym kraju, które dzięki jej wsparciu produkują taniej i wydajniej.

AWEXIM posiada ponad 25 letnie doświadczenie we wdrażaniu technologii optymalizujących koszty produkcyjne. W ubiegłym roku utworzył dział druku 3D. W swojej ofercie, poza drukarkami 3D Farsoon, AWEXIM posiada systemy obróbki powierzchni wydruków 3D firmy AM SOLTIONS, należącej do koncernu ROSLER oraz przecinarki taśmowe firmy BEHERINGER, która posiada w swojej ofercie także urządzenia przeznaczone do odcinania wydruków 3D z metali od płyty podłożowej. Ten zbiór kompleksowych rozwiązań sprawa, że AWEXIM jest w stanie obsłużyć wiele projektów związanych z drukiem 3D.