3D nyomtatás az autóiparban: mit hoz a jövő?

A területen nagy sikereket ér el a teljesen elektromos Strati kisautó gyártója, a Local Motors, illetve az USA Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumi Gyártási Bemutatóközpontja (Oak Ridge National Laboratory Manufacturing Demonstration Facility – ORNL).

A múlt hónapban Detroitban megrendezett Észak-Amerikai Nemzetközi Autószalonon mindkét szervezet bemutatta saját 3D nyomtatással készült elektromos autóját, amelyeket rekordidő alatt és rekordalacsony áron sikerült előállítani. A Local Motors valójában az ORNL technológiáját használja a gyártáshoz, sőt a két vállalat közül vitathatóan az állami intézet megoldása tűnik ígéretesebbnek a teljes járművek gyártása tekintetében.

3D nyomtatás az autóiparban

Az additív gyártásnak is hívott 3D nyomtatás bármilyen komplex háromdimenziós forma létrehozásához alkalmazható. A 3D nyomtató egy digitális fájlból dolgozik, és „rétegenként“ fekteti le és extrudálja a gyártáshoz használt anyagot.

A még mindig fejlesztés alatt álló technológia homokkőből készült szobroktól kezdve akár többemelet magasságú cementépületeken és funkcionális eszközökön át bármilyen tárgy elkészítéséhez használható – jelen esetben például autók gyártásához is.

Az ORNL kézzel fejezte be a 24 óra alatt nyomtatott teljesen elektromos Shelby-t, hat héttel az első tervek megszületése után. A gyors, viszonylag olcsó prototípusgyártás csak egyike a lehetséges alkalmazási területeknek az autógyártók számára

A 3D nyomtatás valójában tényleg a hagyományos nyomtatási folyamathoz hasonlítható a leginkább. Míg a technológiát sokan az öntéshez hasonlítják, a nyersgyártási folyamat semmilyen öntőformát, illetve szerszámot nem igényel. A tárgy befejezéséhez természetesen később használhatnak csiszoló, vágó, illetve polírozó szerszámokat.

Az legelső autó, amelynek gyártásához 3D nyomtatást használtak, a rendkívül népszerű és környezetbarát Urbee, amelynek elkészítése során nyomtatott műanyag elemeket és egyéb alkatrészeket csatoltak egy belső vázhoz.

A Local Motors eggyel továbblépett és a jármű központi elemeit is 3D nyomtatással gyártotta le.

A KOR Ecologic által gyártott Urbee modell 3D nyomtatott karosszériaelemekkel. A kisautó légellenállási együtthatója CD=0,15 és a könnyű etanol hibrid előforrás lehetővé teszi, hogy a jármű körülbelül 40 liter benzinnel tegye meg a nyugati part és a keleti part közötti távolságot

A Local Motors és az ORNL is a Cincinatti Inc. robotvezérelt úgynevezett nagyterű additív gyártóeszközét (BAAM) használja a 250 Celsius fokon extrudált karbonszállal erősített ABS műanyagelemek gyártásához. A 3D nyomtatás világában számos módszerrel találkozhatunk. Az egyik ilyen technológia az úgynevezett műanyag szálolvasztásos módszer (fused deposition modelling – FDM). Az extrudálóban lévő izzószál helyett a BAAM gépben a szálat egy precíziós léptető motor húzza be az extrudáló fejbe.

Az ABS műanyag és a karbonszál arányát folyamatosan változtatják. A Stratiban jelenleg 20 százalék a karbonszálat alkalmaznak, az anyag pedig a funkcionalitását tekintve a gyakorlatban akár a BMW-nél használt karbonszállal megerősített műanyag minőségét is elérheti - lényegesen olcsóbb és egyszerűbb gyártási folyamat mellett.

Az ORNL által titánból készült robotkar tart egy additív gyártási technológiával létrehozott fém gömböt

Jean Paul Capin Gally, a Local Motors pénzügyi igazgatója elmondta, hogy deformálodó elasztomerekkel is kísérleteznek lökhárítókhoz, illetve ütközési zónákhoz.

Local Motors

Az Arizona államban található Chandlerben bejegyzett vállalatnak 100 alkalmazottja van. A 2007-ben alapított Local Motors rendelkezik jelenléttel Las Vegasban és Németországban is.

A cég ezen kívül rendelkezik több mikrogyárral a marylandi Nationa Harborban, illetve a Tenessee állambeli Knoxville-ben az ORNL-hez közel, ahol a Local Motors ezekkel a kis egységekkel demonstrálja az összeszerelő üzemeit autógyártók számára.

A Strati: 3D nyomtatással készült csupán 44 óra alatt 212 rétegből. A vállalat célja, hogy a gyártási időt 24 órára csökkentse. A Renault Twizy hajtáslánccal szerelt autót számos szempont alapján konfigurálható. A NAIAS-on bemutatták a Strati gyártási folyamatát is. A prototípus és a végleges változat gyártása között öt hónap telt el. A Local Motors teljesítményét Barack Obama amerikai elnök is elismerte

A Local Motors tavaly 59 új munkatársat vett fel, miután számos nem nyomtatott projekt, mint például a gázhajtású Rally Fighter, egy Harley-Davidsonon alapuló motorkerékpár, egy innovatív kerékpár, illetve a Verrado háromkerekű motorkerékpár után a 3D nyomtatás iránt kezdett érdeklődni.

A teljesen elektromos Strati az Egyesült Államokban az úgynevezett helyi elektromos járművek (neighbourhood electric vehice – NEV) kategóriájába tartozik. Az Urbee-vel ellentétben a teljes alváz és a karosszéria 3D nyomtatással készült, így ez a világ első kompletten 3D technológiával gyártott autója.

Nem nyomtatott: a 100 ezer dollárért elérhető Rally Fighterben egy 720 lóerős LS Corvette-motort találunk. A Local Motors közúton is használható járművének 50 centiméteres rugóútja sima landolást biztosít az ugratások során. Mint minden Local Motors termék, a Rally Fighter is személyre szabható. A járműben nincs se ABS, se légzsák, ám a hatalmas bukócső miatt így is biztonságos a saját területén. A Rally Fighter többek között a Transformers 4-ben is szerepelt, illetve Jay Leno műsorában is bemutatták

– Tudomásunk szerint mi vagyunk az első vállalat, amelyik a karosszéria- és alvázelemeket is egyszerre, 3D nyomtatással készítette el – emelte ki a vállalat egyik munkatársa. – Fogtuk és egyszerre kinyomtattuk az összes mechanikusan nem mozgó alkatrészt – tette hozzá a Local Motors képviselője.

A Verrado elektromos háromkerekű motorkerékpár. Az elektromos motor ijesztő gyorsulásra képes

A jármű mozgatásáért egy Renault Twizy EV hajtáslánc gondoskodik, ám Capin Gally, a vállalat vezetője szerint a Local Motors flexibilis a hajtás tekintetében és nincs elkötelezve az akkumulátorok mellett, ám jelenleg jobban összpontosítanak az elektromos hajtásrendszerekre, mint a belsőégésű motorokra.

Az elektromos kisautó egy buggy-ra hasonlítható a legjobban. Maximális sebessége körülbelül 80 km/h. A NEV kategóriába sorolt járműveknek nem kell megfelelniük az autókra vonatkozó biztonsági előírásoknak.

Konfigurációtól függően a Strati ára 25 és 35 ezer dollár (6,5 millió és 9 millió forint) között alakul majd. A vállat vezetője szerint a Local Motors számos új és innovatív ötletet ötvöz az üzleti modelljében.

A jármű dizájnja a közösség tagjaitól ered. Egy regisztráció segítségével bárki a Local Motors közösség tagjává válhat. Ez egyfajta agytröszt, az alapkoncepció pedig Jay Rogers-től, a vállalat mostani vezérigazgatójától származik, aki már a Harvardon előrukkolt a 3D nyomtatással készült elektromos kisautó ötletével, ám a vállalat először mégsem a környezettudatos hajtásláncokkal kezdett foglalkozni.

Egy autó nyomtatása körülbelül 750 kg nyersanyaggal kezdődik. A SABIC által szállított golyócskákat a hatalmas nyomtatóba adagolják és megolvasztják, majd a gép kb. 20 kilogramm/órás sebességgel extrudálja az anyagot. 20 százalék karbonszál-erősítéssel az ABS műanyag meglehetősen szilárd. Vajon ez lesz a BMW által használt CFRP olcsó alternatívája? Az anyag igény szerint alakítható, polírozható, festhető, illetve csomagolható

A fenntarthatóság és folyamatosság felé vezető utat nem csupán a villanyosítást körülvevő érdeklődés, hanem a mikrogyárak is bizonyítják.

A vállalat megvizsgálta, hogy ez a modell miként viszonyul a teljes ellentétének számító gigagyárakhoz. A Tesla természetesen a méretből adódó előnyökre pályázik és valóban, a mikrogyárakból egyelőre csak kevés létezik. A Local Motors valós célja egy bővíthető kínálat, amely nem kíván a kezdetektől fogva óriásivá nőni: a bővítést a szükség vezérli.

A most bemutatott Stratit a vállalat egy sor innováció előfutárának kiáltotta ki. A Local Motors hangsúlyozta, hogy az áprlisi New York-i Autószalonon bemutat egy közúton is használható autót, majd a további lépések egyértelműen a helyi kisautóról az egyre nagyobb, többszemélyes járművek irányába tartanak majd.

A vállalat lépésenként halad, ám a 130 országban jelenlévő virtuális közösség nagy reményeket fűz a Local Motors jövőjéhez.

ORNL

A Knoxville-ben található, közpénzből finanszírozott ORNL egy kevésbé extrovertált, ám annál lenyűgözőbb eredményeket felmutató szervezet.

A teljesen elektromos Shelby Cobra csupán 24 óra alatt készült 3D nyomtatással. A teljes projekt hat technikus részvételével hat hétig tartott a tervek elkészítésétől a CAD rajzokon át a bemutatóig. Az autót Barack Obama elnök és Joe Biden alelnök is megtekintette a detroiti autószalonon.

Barack Obama és Joe Biden az ORNL alternatív meghajtású prototípusa mellett. A felépítés lehetővé teszi, hogy valós időben teszteljenek és fejlesszenek integrált komponenseket azzal a céllal, hogy egy fenntartható, digitális gyártástechnológiát hozzanak létre az autóiparon belül

Craig A. Blue, a szervezet vezetője elmondta, hogy az elnök és az alelnök aláírták az autó egyik folyamatos szénszál szövetből készült komponensét. Az alkatrész gyártásához használt öntőformát 3D nyomtatással készítették. Az ORNL vezetője szerint a Cobra remekül szemlélteti a 3D nyomtatás lehetőségeit az iparágban.

A karosszériához vágott szénszálas anyagot használtak, ám az intézet vezetője elmondta, hogy a jövőben a gazdaságosabb és környezetbarátabb és gyorsabban legyártható folyamatos szénszál szövetet alkamaznak majd.

Az öntőmintát a hagyományos költségek századrészéért nyomtatták.

A Cobra hajtásáról A123 Systems akkumulátorok gondoskodnak és egy 100 kW-os motor, ám a valóságban a jármű inkább egy tesztágynak felel meg, mint kész prototípusnak. A hajtáslánc egyszerűen átalakítható kibővített hatótávú elektromos hajtássá, illetve üzemanyagcellás rendszerré, így a jármű könnyedén használható fejlett hajtás-, illetve gyártásrendszerek fejlesztéséhez.

A Cobra nyomtatott karosszériaelemeit 200—2000-es csiszolópapírral finomították, majd a True Design festékeivel festették le. A Local Motors ezzel szemben nyersen hagyta a borítást, ám igény esetén azon is bármilyen eljárást alkalmazhatnak.

A jármű teljesen újrahasznosítható, illetve a karosszériát öt év után beolvaszthatják és egy teljesen új formát nyomtathatnak belőle.

Milyen lehetőségekkel rendelkezik a 3D nyomtatás az autóipar területén? Blue szerint az autógyártók néhány éven belül akár dollármilliókat is spórolhatnak egy-egy új modell fejlesztése során a nyomtatott szerszámok segítségével.

Természetesen a 3D nyomtatást egyedi alkatrészek gyártására is használhatják, ahogy azt például a Koenigsegg is tette tavaly a One:1 beltéri alkatrészei, visszapillantótükrei, a légbeömlők, a titán kipufogóalkatrészek, illetve a turbófeltöltő elemei esetében.

Az ORNL miniatűr motorok 3D nyomtatásával, motortechnológiákkal, illetve szénszálas anyagok fejlesztésével is foglalkozik. Blue szerint az autóipar területén a hangsúly nem az autók sorozatgyártásán, hanem a szerszámkészítésben, prototípusgyártásban, illetve öntőformák készítésében rejlő költségmegtakarításokon van.

– Ez a jövő – hangsúlyozta Blue. Rövidtávon az autógyártók számára a legnagyobb lehetőség a költségcsökkentésben rejlik, ám mi a helyzet hosszú távon? Blue nyitva hagyta a kérdést.

– Senki sem tudja megmondani. Ha két éve valaki megmutatta volna, hogy hamarosan ilyeneket fogunk gyártani, – mutatott a Cobrára az ORNL vezetője – azt mondtam volna, hogy őrült. Ám most mégis itt van. Nem szeretném, ha a mostani kilátásaink korlátoznának abban, hogy merre is haladunk tovább. Merjünk álmodni. Ki tudja, mi fog történni – mondta Craig A. Blue.