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Applicazione della stampa 3D nell’industria automotive

I notevoli sviluppi nelle tecnologie di produzione additiva negli ultimi decenni hanno trasformato i potenziali metodi in cui i prodotti sono progettati, sviluppati, lavorati, fabbricati e distribuiti. Il settore automobilistico si è dimostrato molto all’avanguardia nella sperimentazione della stampa 3D e questi progressi hanno aperto nuove porte in molteplici aspetti. Questo articolo riassume gli sviluppi attuali e delinea come la stampa 3D possa rimodellare il segmento automobilistico.

In quali aree la stampa 3D è particolarmente vantaggiosa

Il passaggio dai processi di produzione convenzionali alle tecnologie di stampa 3D ha rivoluzionato le aziende di vari settori nel migliorare gli aspetti tecnici e commerciali di parti e prodotti, ma ci sono due aree principali in cui l’AM (produzione additiva) avrà la maggiore influenza per quanto riguarda il settore automobilistico. 

Innovazione del prodotto

La produzione additiva può produrre componenti con meno restrizioni di progettazione che sono difficili da produrre utilizzando processi di produzione tradizionali. Questa flessibilità progettuale apre la strada all’innovazione, consentendo di aggiungere funzionalità migliorative come un cablaggio elettrico integrato (attraverso strutture cave), peso inferiore (attraverso strutture reticolari) e geometrie complesse che non sono possibili attraverso i processi tradizionali. Inoltre, le nuove tecnologie di AM sono sempre più in grado di produrre parti stampate multi materiale con proprietà individuali come conduttività elettrica e resistenza variabile. Questi processi AM svolgono un ruolo importante nella creazione di veicoli del futuro più sicuri, leggeri, veloci ed efficienti. Light Cocoon di EDAG è un classico esempio di come l’AM possa potenzialmente aprire nuove porte all’innovazione. 

Catena di distribuzione

L’AM riduce i tempi di consegna complessivi eliminando la necessità di nuovi utensili e producendo direttamente le parti finali. Inoltre, poiché l’AM è una tecnica che utilizza generalmente solo il materiale necessario per produrre un componente, utilizzarlo può ridurre drasticamente gli scarti e l’utilizzo del materiale. Inoltre, i componenti leggeri prodotti dall’AM possono ridurre i costi di gestione, mentre la produzione su richiesta e in loco può ridurre quelli di inventario, fornendo una catena di distribuzione più flessibile. Infine, l’AM può supportare la produzione decentralizzata a volumi medio-bassi, compresa la riduzione dei costi e la migliore capacità di produrre prodotti più vicino ai clienti, riducendo la complessità della catena di distribuzione. 

Fasi del prodotto in cui è possibile applicare l’AM

Con i suoi vantaggi unici, l’AM è in grado di sostituire alcuni processi convenzionalmente utilizzati nella produzione automobilistica. Ecco quattro cambiamenti significativi che l’AM può apportare all’industria automotive.

Processo di prototipazione

La prototipazione normalmente richiede tempo e finisce per essere costosa in quanto un prodotto passa attraverso diversi processi. La prototipazione rapida (stampa 3D) consente alle aziende di trasformare idee approssimative in una convalida convincente del progetto. Questi concetti possono quindi progredire ulteriormente verso prototipi altamente dettagliati che si avvicinano al risultato finale e portare infine i prodotti attraverso una serie di iterazioni e fasi di convalida per la produzione di massa. Nell’industria automobilistica, questa rapidità di convalida è fondamentale. Con la stampa 3D, è possibile creare prototipi altamente dettagliati e rappresentativi in un paio di giorni, a un costo molto inferiore e accorciare la distanza tra l’idea e il prodotto finale, rafforzando i flussi di lavoro complessivi di sviluppo del prodotto.

Riparazione e supporto (pezzi di ricambio)

Con l’aiuto del CAD, il disegno di ogni tipo di parte può essere archiviato digitalmente sul computer, eliminando la necessità di mantenere un inventario. Con l’uso della stampa 3D, un pezzo di ricambio potrebbe essere potenzialmente prodotto su richiesta. L’accessibilità alla tecnologia incoraggerà i fornitori ad aprire nuovi spazi per fornire una facile fornitura di componenti e pezzi di ricambio stampati in 3D. Anche le parti che non esistono più possono essere potenzialmente ricreate secondo le necessità, con un reverse engineering basato su scansioni digitali di parti esistenti. I modelli più vecchi potrebbero riprendere vita e, d’altra parte, i pezzi di ricambio di auto d’epoca possono essere riprodotti facilmente.

Personalizzazione

La personalizzazione è molto costosa e richiede molto tempo con i processi di produzione convenzionali. La stampa 3D è ideale per la produzione di parti personalizzate a basso costo, fornendo ai produttori nuove capacità in ciò che sono in grado di produrre e offrire ai propri clienti. Per i negozi più piccoli di auto personalizzate: la stampa 3D di parti di automobili ha fornito metodi per spingere la qualità e la creatività del loro lavoro, fornendo molte possibilità di esperimenti e bellissimi design personalizzati.

Produzione in serie (assemblaggi di varie parti)

La stampa 3D può migliorare l’efficienza nella fase di produzione delle parti generali. Potresti avere un assieme di cinque o sei componenti per automotive che ora possono essere accorpati in un’unica parte stampata. In questo caso si risparmiano tempi e costi di assemblaggio anche se la singola parte potrebbe essere più costosa. Accorpando le parti, i processi di stampa 3D possono anche aiutare a ridurre il peso e migliorare l’efficienza del carburante. Sarà sempre più sensato da un punto di vista produttivo incorporare maggiormente la stampa 3D nella produzione di parti generali.

Quali tecnologie e materiali sono adatti

Spaziando dalle finiture in plastica ai componenti del motore in metallo, l’AM ha dato prova di sé e ha molto da offrire in termini di processi tecnologici e materiali utilizzabili. Questa tabella offre una breve panoramica delle applicazioni più usate.

ApplicazioneProcessiMaterialeCaratteristicheEsempi
Interni e posti a sedereSLA , SLS , MJFPolimeriComponenti cosmetici personalizzatiCruscotti , telai dei sedili
Pneumatici, ruote , sospensioniSLSMJFDMLSLeghe di alluminio , polimeriDurevoli , componenti robustiMolle di sospensioni, coprimozzi
ElettronicaSLSMJFPolimeriComponenti delicatiSensori, pannelli di controllo monoblocco
Scarichi ed emissioniDMLSLeghe di alluminioParti metalliche cavePrese d’ aria di raffreddamento
Sotto il cofanoSLS , MJFNylonParte funzionale resistente al caloreCoperchio della batteria
LuciSLA , MJFResinaCompletamente trasparente, dettagli elevatiFari , prototipi di fari
Condotti d’ariaSLSMJFNylonCanalizzazione flessibileCanalizzazione HVAC
PrototipiSLAPolimeriAlta definizione , dettagli chiariPrototipi finali in alta definizione
Staffe di montaggio funzionaliSLS , SLM, MJFNylon PA12, titanioPeso ridotto, alta resistenzaStaffa alternatore
Parti complesse del motoreDMLSLeghe di alluminioParti metalliche consolidate, leggere, funzionaliBracci di sospensioni

Esempi di uso industriale odierni

Molti OEM di automobili hanno già iniziato a lavorare con l’AM, rendendosi conto della sua potenzialità ed efficienza, eccone 2 esempi

Gli pneumatici Uptis stampati in 3D da Michelin

Il produttore francese di pneumatici, Michelin, ha presentato nel 2019 il suo primo prototipo di pneumatico supportato da tecnologie di produzione additiva . Chiamati Uptis (Unique Puncture-proof Tyre System), questi pneumatici sono stati progettati per essere senz’aria al fine di ridurre il rischio di pneumatici sgonfi e altre perdite d’aria che derivano da forature o pericoli stradali. Il design è possibile solo grazie all’AM. In caso di successo, potremmo aspettarci che gli Uptis saranno montati su alcune auto entro il 2024. Inoltre, questi pneumatici antiforatura possono anche ridurre gli sprechi per promuovere la mobilità sostenibile (uno degli obiettivi aziendali per quanto riguarda la visione futura della mobilità).

Michelin-3.jpg
Fonte: Michelin

Porsche e i primi pistoni del motore stampati in 3D

Per la prima volta in assoluto i pistoni del motore stampati in 3D dal gigante automobilistico Porsche. I componenti prodotti in modo additivo sono stati progettati per il motore ad alte prestazioni della Porsche 911 GT2. La stampa 3D ha consentito di ottimizzare i pistoni e, come risultato, di rendere questo componente del motore particolarmente critico il 10% più leggero rispetto a quelli prodotti tradizionalmente. Porsche ha utilizzato una speciale lega di alluminio per i pistoni al fine di ottenere le migliori proprietà per questa specifica applicazione. 

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Fonte: Porsche

Conclusione

Considerando la gamma di funzionalità aperte dall’AM, i leader delle aziende automobilistiche dovrebbero considerare di sfruttare le tecnologie AM per stare al passo con la concorrenza. Mentre le tecniche di produzione tradizionali sono profondamente radicate e continueranno a mantenere una posizione di forza nell’industria automobilistica, la produzione additiva si sta facendo strada.

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