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Impressão SLA 3D na Indústria Automotiva

Criar hora: 01/09/2019

Impressão SLA 3D na Indústria Automotiva Nos últimos anos, temos visto cada vez mais fabricantes de carros fazendo uso de impressão 3D para prototipagem e até para peças finais. Gigantes da indústria como a BMW, a Lamborghini e a Jaguar Land Rover fizeram parte desta nova tendência, produzindo conceitos de design, protótipos funcionais e peças acabadas de forma flexível e totalmente interna. Isso não é apenas conveniente para projetistas e para o processo de P & D como um todo, mas também pode reduzir substancialmente os custos e acelerar o tempo de colocação no mercado de novos projetos. No ProtoFab, trabalhamos com vários fabricantes neste campo e temos uma vasta experiência em prototipagem automotiva. Entre os fabricantes com os quais trabalhamos está a Great Wall Motors, o maior produtor de SUVs e caminhonetes na China. Vamos dar uma olhada detalhada em como trabalhamos com a Great Wall para produzir protótipos de peças para seu modelo mais recente.

SLA 3D Printing in the Automotive Industry

Seleções de SUV da Great Wall Motors

A Great Wall pode não ser uma das marcas mais reconhecidas para os consumidores ocidentais, mas não tenha dúvidas quanto à sua escala. Já em 1998, a Great Wall já estava estabelecida como a maior produtora de picapes na China e sua posição de mercado só vem se fortalecendo desde então. Nos anos 2000, eles começaram a se concentrar cada vez mais em SUVs e o modelo Havel H6 da empresa é o SUV mais vendido na China. Dada a enorme dimensão do mercado chinês, isso os torna um dos maiores fabricantes de carros do mundo, e nos últimos anos eles estão se expandindo para o exterior. Suas pick-ups têm sido populares na Austrália e as vendas de europeus estão crescendo ano a ano.

Em 2017, a Great Wall lançou o WEY, uma marca premium separada focada em SUVs compactos. Esse é o projeto com o qual temos ajudado recentemente.

3D Printing car model

O ProtoFab desempenhou um papel importante no desenvolvimento da Grande Muralha do WEY VV7 durante 2015 e 2016

Começamos a trabalhar com a Great Wall em 2007 e desde então fornecemos serviços de usinagem CNC e impressão 3D. A inovação e a flexibilidade estão se tornando mais importantes na fabricação como um todo, e isso é certamente verdade no setor automotivo. Por essa razão, a Great Wall está usando cada vez mais técnicas flexíveis de manufatura aditiva, em vez de técnicas mais tradicionais, como usinagem CNC.
Impressão 3D em todo o ciclo de produção

O ciclo de vida de uma peça automotiva consiste em três estágios - P & D, produção e uso final, e a impressão 3D pode desempenhar um papel em cada um deles. Vejamos algumas maneiras específicas como fabricantes como Great Wall fazem uso de impressão 3D.

Avaliando os conceitos de design: O design é uma das principais formas pelas quais as marcas de carros se distinguem, de modo que obter o estilo certo de um veículo é essencial para seu sucesso. Hoje em dia, muitos modelos de marcas diferentes são bastante semelhantes sob a carroçaria, mas competem por demografia totalmente diferente devido ao estilo diferente. É importante que os projetistas sejam capazes de experimentar uma variedade de ideias e se aprofundar no melhor caminho através de tentativa e erro, em vez de ter que confirmar uma direção de projeto logo no início do processo. Se a criação de modelos conceituais for cara e demorada, as equipes de design tenderão mais a projetos conservadores ou, pelo menos, não estarão dispostos a experimentar uma variedade de opções. A impressão 3D permite que os protótipos de projetos sejam criados com rapidez, facilidade e baixo custo, liberando as equipes de projeto para explorar uma gama muito maior de soluções.

Teste de design: Design não é apenas sobre estética, mas também sobre desempenho e praticidade. Ao desenvolver um novo veículo, é importante garantir que o design de cada componente seja sólido em termos de resistência estrutural, compatibilidade com os outros componentes e sua viabilidade geral. Sem a capacidade de produzir protótipos funcionais de forma rápida e fácil, algumas decisões-chave de design terão de ser bloqueadas muito cedo no processo, sem colocá-las adequadamente em teste. Isso aumenta muito a chance de erros e problemas de qualidade mais abaixo na linha. Os protótipos funcionais impressos em 3D que podem ser rapidamente produzidos e alterados representam mais do que um ciclo de desenvolvimento mais rápido e mais conveniente, mas também levam a um produto final melhor e mais seguro.

Peças com estruturas complexas: a impressão 3D realmente surge quando estruturas complexas estão envolvidas. Isso é verdade tanto para protótipos quanto para partes finais. A impressão 3D permite que os designers explorem totalmente sua imaginação e não sejam limitados pelas limitações de como as peças são produzidas. A impressão 3D não apenas expande vastamente as possibilidades do que pode ser feito, como também torna as peças complexas mais baratas, mais fáceis e mais rápidas de produzir.

Peças que usam mais de um material: ao desenvolver um veículo de última geração, é inevitável que alguns componentes precisem usar vários materiais. Pode ser uma combinação de borracha e plástico, uma mistura de materiais de cores diferentes ou uma mistura de materiais transparentes e opacos. Tais casos são comuns na fabricação de automóveis e nós os encontramos regularmente. Em comparação com as técnicas tradicionais, como moldagem por injeção de duas cores, a impressão 3D tem várias vantagens claras. Estes incluem peças mais fortes e mais confiáveis e evitar custos de molde caros.

Peças leves: A redução de peso tornou-se cada vez mais importante na indústria automobilística, uma vez que os fabricantes buscam cada vez mais eficiência. Com a tecnologia de impressão 3D, é possível fabricar peças estruturais leves e ocos, em vez de depender do preenchimento de espuma ou da tecnologia mucell. Como um exemplo de quanta economia de peso a impressão 3D pode trazer, um assento de carro impresso em 3D produzido pela Toyota foi medido como sendo 72% mais leve do que o assento tradicional.

Impressão de ferramentas especializadas: a impressão 3D não é apenas útil para a produção de componentes e protótipos, ela também é adequada para a criação de ferramentas de uso específico que podem ser usadas em outros lugares no processo de fabricação. Estes podem incluir ferramentas de medição de precisão, bem como moldes e moldes.

Após a modificação do mercado: Modificar carros é um grande negócio e não há escassez de pessoas, particularmente jovens, que procuram se destacar da multidão com a individualização. A impressão 3D é perfeita para isso, permitindo que peças verdadeiramente exclusivas sejam produzidas a um custo relativamente baixo, por exemplo, spoilers de substituição, divisores frontais ou painéis de painéis internos.

Abaixo estão alguns exemplos de peças automotivas que produzimos para a Great Wall Motors:

Front-left door panel and speaker mesh 3D printed by the ProtoFab SLA600 using Formula W Resin
Painel da porta frontal esquerda e malha de alto-falante 3D impressa pelo ProtoFab SLA600 usando a Fórmula W Resina

Detail of the 3d printed Door panel
Detalhe do painel da porta

3d structure
Uma estrutura de grelha complexa que imprimimos

SLA vs. CNC

SLA Vs. CNC
Dimensionalmente, as duas partes eram essencialmente idênticas

Ao desenvolver uma nova peça ou produto, a impressão 3D e o CNC certamente valem a pena considerar, e há situações em que uma técnica será mais adequada que a outra. Então, quais são os fatores que deveríamos estar procurando ao decidir para qual escolher?

CNC melhor para produção em larga escala

Se considerarmos apenas as tolerâncias e a qualidade do acabamento, então o CNC é a escolha mais clara. A impressão SLA 3D certamente não é imprecisa, mas não consegue competir com a usinagem CNC quando se trata de obter superfícies lisas. Além disso, se você precisa produzir um grande número da peça, e não apenas um ou dois protótipos, o CNC é definitivamente o caminho a percorrer, especialmente se a peça for de estrutura simples. Outra vantagem da usinagem CNC é em materiais. Você pode fazer o CNC de quase qualquer material, incluindo madeira, metal e plásticos, enquanto a impressão SLA 3D é limitada ao uso de resina fotossensível. Isso pode ser formulado para imitar vários termoplásticos populares, mas o CNC sempre terá a vantagem a esse respeito.

The CNC process is messy and inefficient, in this case requiring 25 separate pieces to be machined and then glued together
O processo do CNC é confuso e ineficiente, neste caso, requerendo 25 peças separadas para serem usinadas e depois coladas.

All the pieces of the CNC part waiting to be glued together
Todas as peças da parte do CNC esperando para serem coladas.

SLA flexível e eficiente


No entanto, quando as peças são complexas na estrutura e apenas um pequeno número é necessário, a impressão 3D é uma solução muito mais eficaz. Para melhor ilustrar as vantagens da impressão 3D para a indústria automotiva, vamos pegar o exemplo específico de um protótipo de tampa de motor que criamos para a Great Wall Motors. Decidimos produzir a mesma peça usando a impressão SLA 3D e a usinagem CNC, e os resultados foram extremamente interessantes. Descobrimos que, para essa peça e outras partes semelhantes, a impressão 3D era significativamente melhor em quase todas as áreas.

Por exemplo, a peça impressa em 3D poderia ser impressa em uma única peça, enquanto a peça usinada em CNC tinha que ser produzida em várias peças e depois colada. Isso foi muito mais trabalhoso e três máquinas tiveram que ser usadas para produzir todas as 25 seções. Tantas seções foram necessárias porque o cabeçote da ferramenta na usinagem CNC é severamente restrito em seu movimento e formas mais complexas são impossíveis de produzir. Além disso, a parte final do CNC pesava menos de 1 kg, mas foi cortada de um bloco de 27 kg de material, o que representa um nível impressionante de desperdício. Para a parte impressa em 3D, havia muito pouco desperdício de resina e, em geral, a peça era muito mais barata de produzir.

This 3D printed engine cover was produced as a single piece
Esta capa do motor impressa em 3D foi produzida como uma única peça.

O tempo real de impressão da impressora SLA foi semelhante ao tempo de usinagem do CNC, mas no geral o processo do CNC foi muito mais lento. Isso porque a usinagem CNC exigiu 10 horas de preparação, incluindo 4 horas de análise e 6 horas de configuração. Isso se compara a apenas algumas horas de preparação para a impressora 3D. A peça CNC também precisa de muito mais pós-processamento, pois é produzida em várias seções, enquanto a parte impressa em 3D exige apenas a lavagem e o lixamento padrão.


Uma hora extra de colagem foi necessária para o CNC

An extra hour of gluing was required for CNC
Toda a colagem extra afetou o acabamento

No geral, a impressão 3D mostrou-se mais flexível, mais rápida, mais eficiente, mais barata e menos trabalhosa. Quando comparados back-to-back com impressão 3D, os inconvenientes da usinagem CNC são particularmente evidentes, especialmente sua ineficiência geral e falta de flexibilidade.

the 3D printed part had a nice clean finish
Em contraste, a parte impressa em 3D tinha um acabamento limpo

Comparação das duas técnicas:

Technology SLA 3D printing CNC machining
Ease of Manufacture Part printed as a single piece. Multiple parts can be printed at once. Parts often need to be produced in multiple sections and then glued together. Each piece has to be machined independently.
Types of Structure Possible Any shape can be printed, including complex lattices and hollow parts. Only simple structures can be produced.
Material Photosensitive resin. ABS.
Material Usage Additive manufacturing process that makes use of more than 95% of material. Subtractive manufacturing process that wastes the vast majority of material.
Lead Time Typically 2 to 3 days. Typically 5 to 7 days.
Flexibility Very flexible. Designs can be altered quickly and easily. The machine can be prepared quickly. Inflexible. Adjusting designs is slow and difficult.
Design Limitations Only limited by the designer’s imagination. Many shapes and structures are impossible and need to be avoided.
Personnel 1 person can operate and monitor multiple machines. New personnel can be trained in a day. 2 to 3 people to operate each machine. New personnel require 6 months of training.
Noise and Environmental Factors Almost silent and very little waste. Very loud. Huge quantities of dust are produced which is harmful to breath in.

The final part fitted to the WEY VV7c
A parte final ajustada ao WEY VV7c

Impressão 3D e o futuro da indústria automotiva

Nossa cooperação com a Great Wall Motors ajudou a demonstrar a utilidade da impressão 3D no setor automotivo e estamos confiantes de que a manufatura aditiva continuará a substituir as técnicas tradicionais de fabricação. Embora a usinagem CNC ainda seja melhor para a produção em massa e certas peças funcionais, a impressão 3D tem tantas outras vantagens que, na maioria dos casos, a impressão 3D é uma escolha fácil. A Great Wall foi capaz de obter os protótipos de que necessitavam muito mais rapidamente e a um custo muito mais baixo em comparação com os métodos tradicionais, e também com uma flexibilidade muito melhorada ao longo de toda a fase de desenvolvimento. Com esses benefícios, fica claro que a impressão 3D estará no centro da indústria automotiva daqui para frente.

3D Printers
A prototipagem SLA 3D é mais fácil com a nossa seleção de equipamentos e materiais de impressão

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