Produkcja przyrostowa napędza sektor automotive

0
123
3D printing machine during work process

Produkcja przyrostowa (Additive Manufacturing, w skrócie AM) definiowana jest często jako proces łączenia materiałów aby stworzyć obiekty bazujące na modelu 3D. Tworzone są one warstwa po warstwie, niejako w opozycji do tradycyjnych metod wytwarzania. To metoda futurystyczna, efektywna i uzasadniona ekonomicznie. Jak to dokładnie działa i jak możesz na tym skorzystać?

Produkcja przyrostowa napędza sektor automotive

Czas czytania: ok. 6 min

Z artykułu dowiesz się:

  • Jak działa produkcja przyrostowa?
  • Czego potrzebujesz do stworzenia inteligentnej fabryki??
  • Co możesz zyskać dzięki zastosowaniu drukarki 3D w swojej firmie?
  • Ile jest wart rynek wytwarzania przez produkcję przyrostową?
  • Co wstrzymuje rozwój AM w wielu sektorach przemysłu?

Produkcja przyrostowa jest pełna korzyści i pozwala na:

  • Przyspieszenie tempa produkcji produktów
  • Uproszczenie procesu produkcyjnego
  • Elastyczność designu
  • Umasowienie customizacji produktu, nawet do poziomu pojedynczego klienta
  • Optymalizację kosztów

To, co przekonuje producentów z sektora automotive do zintegrowania procesów druku 3D z już istniejącymi procesami i strategią:

  • Krótki czas produkcji
  • Dostęp do nowych materiałów
  • Dostęp do nowych wykończeni

Tych danych dostarczył raport Technavio na temat metody produkcji przyrostowej. Ta metoda używana jest w produkcji różnych części samochodowych. Mówimy tu o pompach, spoilerach, otworach wentylacyjnych, itp. Także o zderzakach, ale to zbyt oczywista opcja w towarzystwie wyżej wymienionych. Przyspieszona produkcja w sektorze automotive jest możliwa nie tylko dzięki drukowi 3D, ale także dzięki obecności innowacji takich jak projekt narzędzi, programowanie maszyn, testowanie i optymalizacja, certyfikacja, symulacja komputerowa i modelowanie. Nie zapominajmy też o tym, że AM nie jest samotną wyspą; by przetrwać, musi czerpać z otaczającego ją środowiska. W ten sposób  przejście między przyspieszonym prototypowaniem do produkcji złożonych części samochodowych może odbyć się naturalnie. Od pre-produkcji, wizualizacji, modelowania i proof-of-concept do finałowego produktu który generuje przychód.

Tradycyjne metody wytwarzania bazują na wycinaniu albo formowaniu produktu, zostały zastąpione dwoma znaczącymi zmianami: modelem w którym druk 3D jest jedynym dostępnym sposobem produkcji oraz takim, który łączy nowe techniki z tradycyjnym formowaniem metalu.  To pozwala na stworzenie produkcji hybrydowej.

Produkcja przyrostowa jest znana także z innej, znaczącej przewagi. W tradycyjnych procesach produkcyjnych, niektóre koszty mogą i są ukryte przed managementem. To efekt generowany przez łańcuch dostaw, który odpowiedzialny jest za rozmywanie prawdziwego obrazu i struktury wydatków. AM wywiera ogromny wpływ na design oraz rozmiar nie tylko procesów produkcyjnych, ale także na ekosystem fabryki. No cóż, skomplikowane linie produkcyjne same do kosza się nie wyrzucą.

Według wspomnianego wcześniej raportu Technavio, wartość wytwarzana przez produkcję przyrostową między 2029 a 2031 rokiem osiągnie 50 bilionów dolarów, by urosnąć do 100 bilionów dolarów w latach 2031 – 2044. To ogromny potencjał i sektor automotive może być odpowiedzialny za dużą część tego tortu.

Druk 3D w sektorze automotive to nie tylko produkcja. Ważnym elementem układanki jest pojęcie „części zamienne”. Skracając łańcuch dostaw i optymalizując koszty, firmy będą miały okazję do zaoferowania opcji customizacji dosłownie każdemu klientowi który znajduje się w salonie sprzedaży. To dotyczy zdarzaka, lusterek i innych, bardziej ekskluzywnych opcji. Rynek dla części zapasowych będzie rósł, napędzany przez możliwości szybkich dostaw, redukcji kosztów oraz dostępność. Nie wspominając nawet o szybkiej możliwości transportu części z fabryki i umieszczeniu ich na rynku.

Nie wszystko jednak wygląda tak pięknie. Maszyny oraz surowce to nadal istotny czynnik, wstrzymujący rozwój wielu sektorów. Mowa tu nie tylko o motoryzacji, ale także przemyśle kosmicznym. Koszt używania maszyn do produkcji przyrostowej może być ograniczony rozmiarem samej produkcji – im więcej produkujesz, tym mniejsza jest cena jednostkowa. Przykładowo – tworzenie części w jednej komorze pozwala na wytwarzanie wielu części w jednym rzucie. Niestety, rodzi to problemy w rodzaju identyfikacji (namierzenia) konkretnej części oraz certyfikacji – to po prostu trudniejsze do wykonania.

Zapomnijmy tu o eksperymentalnych samochodach w rodzaju Urbee. Pierwszy raz pokazany publicznie w 2011 roku, z drugą wersją kilka lat później. AM w automotive to znacznie więcej niż ramy wykonane w 3D.

Film: https://www.youtube.com/watch?v=FOh_m9pPvDo

Tylko w 2013 roku wyprodukowano w skali globalnej 86 milionów samochodów (1). Nawet jeżeli stopień akceptacji dla AM osiągnie 25%, wyzwaniem dla przemysłu nadal będzie produkcja dużych części. Rozmiar tak zwanych „kopert” jest limitowany i nawet z nieustannie pojawiającymi się innowacjami (zobacz naszego posta dotyczącego EuroBLECH 2018), musimy dać specjalistom trochę czasu.

Kolejny problem jest odrobinę mniej oczywisty. Produkcja przyrostowa nie może stać się przedmiotem ochrony w rozumieniu ochrony praw autorskich (copyright), ale może i musi być patentowana. Brak jasności w obszarze ochrony patentowej generuje potencjalną sytuację rynkowej obecności podrobionych komponentów. Według zajmującej się badaniami rynku firmy Gartner, globalny rynek części dla konsumenta końcowego był wart nawet 15 bilionów dolarów, ujętych jako kradzież własności intelektualnej. I to tylko szacunki dla roku 2016. (2)

Zmieniając ton na radośniejszy – oszczędności kryją się na każdym kroku. Volkswagen Autoeuropa oszczędza tysiące Euro, ponieważ firma wytwarza w 3D narzędzia dla robotników pracujących przy liniach montażowych. Druk 3D oznacza nowe materiały, co ma przełożenie na możliwość realizacji nawet najbardziej szalonych pomysłów. Przykładowo MCLaren wyprodukował nowy spoiler w czasie poniżej dwóch tygodni. Używając wyprodukowanego w technologii 3D narzędzia ULTEM1010, przeznaczonego do profilowania kształtu skrzydła, firma usprawniła proces produkcji. Podobnie Team Penskie (wyścigi IndyCar oraz NASCAR) było w stanie drukować całe prototypy samochodów. Firmie udało się ograniczyć czas produkcji aż o 70%!

Na podstawie firmy Husarion można przedstawić interesujące case study. Firma zbudowała swoją własną drukarkę 3D do szybkiego prototypowania mechaniki swoich robotów. Używają ich także do produkcji niektórych mechanicznych części sprzedawanych robotów. Jak mówi Dominik Nowak, CEO Husariona:

Drukarka 3D jest nieoceniona do celów prototypowania, znacząco skraca okres dotarcia produktu na rynek. Przywiązujemy ogromną wagę do estetyki, jakości i funkcjonalności. Kiedy to już zapewnimy, możemy skupić się na formie wtryskowej i masowej produkcji. W niektórych jednak przypadkach, zwłaszcza jeśli chodzi o pojedyncze sztuki, koszt produkcji formy nie jest uzasadniony ekonomicznie. W takich przypadkach drukarka 3D pozwala zapewnić rozsądny koszt jednostkowy.

Naszą pierwszą drukarkę 3D kupiliśmy na wolnym rynku. Jak się szybko okazało, niewielki obszar roboczy oraz brak podgrzewanego stołu sprawił nam nieco problemów. Zabraliśmy się więc za produkcję swojego sprzętu, nasi pracownicy skupili się na tym w ramach projektu pobocznego. Okazało się to znakomitym pomysłem – teraz szybko i skutecznie możemy pokazać naszym klientom jak łatwo buduje się roboty z użyciem naszej technologii.

Poruszając bardziej techniczną stronę problemu – nie jest trudno zbudować swoją drukarkę 3D, jeśli ma się odpowiednią wiedzę i znakomitych deweloperów. Istnieją projekty open source takie jak Marlin. Stworzenie firmware do drukarki 3D ogranicza się w zasadzie do modyfikacji pliku konfiguracyjnego i sportowania software’u pod sterownik drukarki. Istnieje także duża liczba open source’owych projektów przeznaczonych do komunikacji drukarki 3D z komputerem, jednym z nich jest Slic3r. Największy problem sprawia hardware – silniki, minimalizacja pustych przestrzeni, zapewnienie stabilności konstrukcji sprzętu i podgrzewanego stołu. Elektronika to także kluczowa kwestia – kontrola silników, zapewnienie systemu zasilania i chłodzenia mogą doprowadzić do sukcesu bądź porażki projektu. Powiedziałbym, że mechanika i elektronika to 90% wyzwania.

Druk 3D to jednak nie wszystko. Jeśli celujesz w stworzenie inteligentnej fabryki, potrzebujesz software’u. Mózgu kierującego mięśniami. Oprogramowanie do automatyzacji odgrywa dużą rolę w sektorze motoryzacyjnym i jego procesach, napędzając nie tylko maszyny, ale także procesy. To optymalizująca produkcję, płynąca w żyłach krew. Oprogramowanie także gromadzi i analizuje dane, pomagając tym samym managerom w dostarczaniu produktu oraz podejmowaniu decyzji na temat tak zwanej zapobiegawczej konserwacji (pre-emptive maintenance).  Która linia produkcyjna albo część wymaga uwagi, środków, pieniędzy lub ludzi po to aby ją zastąpić lub naprawić? W jakim horyzoncie czasowym oraz ile czasu potrwa ta naprawda? Odpowiedzi na te pytania mogą zaoszczędzić tysiące, a nawet miliony dolarów rocznie. Odpowiedni partner oferujący usługi z zakresu tworzenia oprogramowania oraz optymalizacji procesów produkcyjnych, jest na wagę złota.

 

  • IBISWorld, Industry report: Global car and automobile manufacturing, May 2013
  • Pete Basiliere et al., “Predicts 2014: 3D Printing at the inflection point,” Gartner, 2013

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o Przemyśle 4.0, odwiedź i zasubskrybuj naszego bloga.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here