הדפסה בתלת מימד בתעשיית הרכב

פיתוחים מהשנים האחרונות

בשנים האחרונות ראינו מספר גדול ומעניין של פיתוחים חדשים בייצור הוספתי, מחלקים חדשים שלא היה ניתן לייצר לפני עד למפעלים שלמים העובדים בשיטת ייצור זו. בתהחלה זו הייתה חברת פורשה, שיצרה בעזרת הדפסה בתלת ממיד בוכנות לרכב מדגם 911 GT2 RS, רכב בעל ביצועים גבוהים ומאוד פופולרי. על דידי ההדפסה של הבוכנות יצרנית הרכב הצליחה להוציא מהמנוע עוד 30 כוח סוס, ואם זה לא הספיק לכם, הם גם הדפיסו (בתמונה למעלה) בית מערכת הנעה חשמלית שלם לרכבים שלהם עם מדפסת ענקית של 600 ממ"ר מחברת SLM Solutions Group. חברת BMW פתחה מתחם ייצור הוספתי חדש בגרמניה בקיץ 2020, עם יותר מ50 מדפסות תלת מימד תעשייתיות ברמה גבוהה. המתחם מהווה חלק משמעותי בפיתוח וייצור חלקים ופרוייקטים שונים. גם יצרנית הרכב האמריקאית General Motors פתחה מתחם משלה בגודל של 1400 מ"ר ב2020. אחד המטרות של המתחם הוא להביא לייצור המוני עם טכנולוגיה זו ולהפוך אותה לאבן הפינה של חברת GM בפיתוח רכב וייצור. גם חברת BAC, השיקה דור חדש של הMONO, סופר-רכב בעל מושב אחד שחוקי לנסוע איתו על כביש רגיל. החברה דיי סודית בנוגע לאלו חלקים היא הדפיסה, אך ידוע שבכל רכב מדגם זה יש יותר מ40 חלקים מודפסים. החברה משקיעה בפיתוח יכולות הייצור שלה בהדפסה בתלת מימד, אז אפשר לצפות לעוד רכבים עם אפילו יותר חלקים מודפסים. 

BAC - 40 חלקים מודפסים ברכב אחד

  רכב מדגם MONO, מקור:BAC
יצרנית מכנויות הספורט הבריטית BAC, Brigs Automotive Company השיקה את הדור החדש של ה"MONO" בשנת 2020. רכב ספורט עם ביצועים גבוהים שחוקי לנסיעה בכביש רגיל. מה שמייחד אותו הוא שיש בו מעל ל40 חלקים מודפסים בתלת מימד, מה שנותן לרכב משקל נמוך מאוד של רק 570 ק"ג. חברת BAC בעזרת שיתוף פעולה של הספק DSM וחברת AutoDesk פיתחה את הרכב, והדפיסה חלקים שעשויים מפולימרים בעליי ביצועים גבוהים. התוצאה הסופית הייתה הורדה משמעותית במשקל הרכב, קיצור זמני הייצור ואפשרות לייצור חלקים בעלי צורות גאומטיריות מסובכות, שבשיטות ייצור המסורתיות לא היה ניתן לייצר לפני כן. בפרוייקטים קודמים,החברה השתמשה בהדפסה בתלת מימד לייצור חלקים שקופים לגמרי.בין החלקים המודפסים בMONO כלולים מסגרות לפנסים, זרועות למראות והמסגרות שלהן, תפסים למכסה מנוע וחלקי יניקת אוויר למנוע. 

מראות מודפסות ברכב MONO, מקור:BAC

BMW- מפעל ייצור בהדפסה בתלת מימד

מפעל הייצור החדש, מקור:BMW

חברת BMW נחשבת לאחת מייצרני הרכב המובילים בעולם בנוגע לייצור בהדפסה. בשנת 2019 החברה ייצרה מעל 300,000 חלקים מודפסים בתלת מימד למכוניות שלה, כולל למכונית היוקרתית Rolls-Royce.בקייץ 2020 החברה פתחה קמפוס ייצור בתלת מימד בשובי של 18 מיליון דולר. החברה מרכזת את מאמצי הייצור שלה בהדפסה בתלת מימד תחת אותו גג בקמפוס, הכולל מעל ל50 מדפסות תעשייתיות, בעלות יכולות הדפסה בפלסטיק ובמתכת. עם רכבים חדשים באופק, העתיד של BMW בהדפסה בתלת מימד נראה מבטיח. 

חלקים מודפסים ממתכת במפעל, מקור: BMW

בוגאטי- הדפסה בטיטניום לביצועים גבוהים

בוגאטי שירון, מקור: Bugatti
בוגאטי מייצרת רכבים יוקריתיים ובעליי ביצועים גבוהים,הבוגאטי שירון,מכונית שנדיר לראות על הכביש במחיר של כמה מליוני דולרים, ועם מנוע שיכל ליצר 1500 כוח סוס. בשנים האחרונות, בוגאטי משתמשת במדפסות תלת מימד שמדפיסות מתכת, ובדקו תפס בלם מטיטניום מודפס. בסוף 2020 בוגאטי התחילה ביצור של ה"שירון פור ספורט", דגם קל וזריז המפוקס יותר על יכולת נהיגה של השירון הסטנדרטי, רק 60 כאלה יוצרו, וכל אחד באיזור המחיר של 3.6 מליון דולר. 

חלק ממודל זה של הבוגאטי שירון מודפס בתלת מימד, האגזוז של הרכב, מאוד עמיד לחום וטמפרטורות גבוהות במשקל הרבה יותר קל מבדרך כלל, בזכות קירות חיצוניים מאוד דקים שניתן היה לייצר בתלת מימד. האגזוז יוצר על ידי חברת APWORKS בגרמניה, שמתמחה בייצור חלקי מתכת בהדפסה בתלת מימד. 

אגזוז הרכב המודפס, מקור: Bugatti

לבוגאטי יש עוד מודל בדרך, בשם Bolide. מכונית למסלולי מרוץ עם 1850 כוח סוס במשקל של רק 1240 ק"ג. הרכב עדיין בפיתוח, אך הסביה למשקלו הכלכך נמוך הוא בגלל השימוש בחלקים מודפסים. כל הברגים והאטמים השונים הם "היברידיים", מודפסים בטיטניום משולב עם סיבי פחמן, מאוד חזקים עם עמידות גבוהה מאוד לחום. לפי חברת בוגאטי הם יכולים להדפיס עד לרמות דיוק של 0.1mm, ובעזרת הטכנולוגיות החדשות יכלה להדפיס חלקים ששוקלים רק 100g, אך יכולים לעמוד בעומס של 3.5 טון. למרות שבוגאטי מייצרת מכוניות רק לקהל אנשים ספציפי ומצומצם, הדפסה בתלת מימד בהחלט קריטית לסטטוס הגובה של הרכבים.

קאדילק- הדפסה בתלת מימד לפיתוח תיבת הילוכים

הרכב החדש CTV-5 מקור:Cadillac
קאדילק, אחת חברות הרכב האמריקאיות היוקרתיות ביותר גם מאמצת הדפסה בתלת מימד לרכבים החדשים שלהם. הרכבים שאנו מדברים עליהם הם  CT4-V והCT5-V "כנף שחורה"(BLACKWING), שקאדילק אומרת שהם יהיו "שיא הביצועים" של הרכבים שלהם. במודל רכבים זה משתמשים בהדפסה בתלת מימד לייצור תיבת הילוכים ידנית בעלת 6 הילוכים. השימוש בהדפסה עוזר לזרז את הייצור ולחתוך בהוצאות הייצור והפיתוח. וגם הוסיפו סמל מודפסת בתלת מימד לידית ההילוכים.

הסמל על ידית ההילוכים, מקור:Cadillac

שברולט- אב טיפוס לרכב ש75% ממנו מודפס בתלת מימד 

רכב שברולט סטינגריי מקור:Chevrolet
כמו המון ייצרניות רכב אחרות, גם שברולט קופצת על הגל של הדפסה בתלת מימד. בהתחלה היא השתמשה ביכולות שלה בהדפסה לייצור אביזרי מיגון לעובדים שלה ולרופאים, אך גם הצליחה לייצר אב טיפוס לקורבט חדשה שעשויה מ75% של חלקים מודפסים. המטרה באב טיפוס מודפס הייתה בשביל שיהיה אפשר לראות מודל בגודל מציאותי של הרכב, שיהיה אפשר לפרק אותו ולהרכיב אותו מחדש וכך לוודא שכל החלקים מתאימים וקלים להרכבה בתהליך הייצור. עשו שימוש בחלקים מודפסים גם בשביל לבדוק את הגג המתקפל של הרכב בשביל לוודא שהגג התקפל והתאים למקום בצורה טובה. כל הדברים האלו עזרו לזרזר את הפיתוח  של הקורבט C8.

פיאט- הדפסת בולם זעזועים משולב בלמים לגלגל הראשון בעולם

תושבת הבולם המודפס של פיאט, מקור:Fraunhofer Institute for Additive Production Technologies
פיאט לשבה פעולה עם חברת הדפסות גרמנית(Fraunhofer Society) לייצור בולם הזעזועים הראשון בעולם שכולל בתוכו תושבת לבלמים. בולמי זעזועים והתושבת לבלמים ברכבת מורכבים ממספר כולל של 12 חלקים, שכל אחד מהם מיוצר בנפרד ולאחר מכן הם מוברגים ומורכבים ביחד, תהליך ייצור שלוקח המון זמן וכסף. במקום זאת פיאט הצליחה לפתח והדפסי בולמי זעזועים ותושבת לבלמים בחלק אחד וקל יותר ב36%. החלק צפוי להיות חזק יותר ולתפקד בצורה טובה יותר ברעידות. הרעיון הוא בסוף התהליך שחלק זה יכנס לייצור הרכבים ויחליף את התהליך הישן של ייצור החלקים… אך נדע רק בחלוף הזמן. 

פורד- בקרת איכות בעזרת הדפסה בתלת מימד

פורד מוסטנג מאק 1, מקור:Ford
קצת מוזר לחשוב על זה,אבל פורד התחילה להשתמש בהדפסה בתלת מימד כבר בשנת 1986.מאז, החברה מעריכה שייצרה יותר מחצי מיליון חלקים מודפסים שחסכו מיליוני דולרים ביצור המכוניות ושעות עבודה. כעת, לפי חברת פורד, יש בבעלות החברה יותר מ30 מדפסות תלת מימד תעשייתיות משלל חברות שונות במרכז הייצור שלה ברדפורד, דטרויט. מתחם הייצור מעסיק יותר מ100 אנשים ועלות הבניייה שלו מוערכת באיזור ה45 מליון דולר. 

בנתיים, במרכז ייצור גוף והרכבת הרכב של פורד בספרד, מהנדסים מתשמשים במדפסות SLA של חברת Formlabs להדפסת חלקים לבקרת איכות המנועים, והם מאוד מרוצים מהתוצאות. פורד כבר הכניסו לרכבים שלהם לפחות שני חלקים מודפסים בייצור הרכבים שלהם, ברכב שלבי מוסטנג כפתור האמברקס האלקטרוני מודפס, וגם משאית הRaptor שלהם הדפיסו פקקים לחלקים שונים ברכב.

General Motors- פתיחת מפעל מדפסות חדש.

מפעל ההדפסה החדש של GM, מקור:General Motors
General Motors היא יצרנית הרכב הענקית שעומדת מאחורי מכוניות כמו הקאדילק, ביואיק שברולט ו-GMC. החברה השקיעה המון בשנת 2020 בפתיחת מפעל מדפסות חדש בגודל של 500 מטר רבוע. המתחם שנמצא במישיגן תחת השם AIC, הוקם במטרה לקדם את הייצור בהדפסה בתלת מימד בייצור הרכב בחברה. חברת GM בוחנת עוד מגוון אפשרויות לפיתוח התחום ועם הצלחתו של המתחם בקיצוץ בהוצאות וזמני ייצור, פיתוח תחום זה בחברה רק מואץ. 

למבורגיני- חלקים חדשים להייפר-מכוניות.

למבורגיני סיאן, מקור:Lamburgini
יצרנית הרכב האיטלקית למבורגיני, מפורסמת בשל המכוניות בעל העיצוב היחודי שלהם, כך שזה לא כלכך מפתיע שהחברה משתמשת בהדפסה בתלת מימד למכוניות שלה. אחת היצירות האחרונות שלה הSián, רכב ספורט היברידי ביצור מוגבל בשובי 3.7 מליון דולר לרכב. זה הרכב הכי מהיר שלמבורגיני הוציאה איי פעם ומסוגל להגיע למהירות של 320 קמ"ש, עם מגוון פיצרים טכנולוגיים שונים. בזכות הדפסה בתלת מימד החברה יכלה לייצר עיצובים שונים של פתחי יניקת אוויר ופתחי המיזוג אוויר של הרכב, וללא הדפסה בתלת מימד לא היה ניתן לעשות זאת לפני כן. בנוסף החברה גם הדפיסה חלקים שונים לרכב אורוס SUV, וגם פולקסווגן, חברת האב של למבורגיני גם עזרה בפיתוח וייצור חלקים אלו. החברה אפילו הציעה לעשות חריטה על פתחי המיזוג אוויר של ראשי התיבות של שם בעל הרכב באמצעות ההדפסה בתלת מימד.

דוגמא לפתחי מיזוג האוויר ברכב, מקור Lamburgini

פורשה- הדפסה בתלת מימד של בוכנות מנוע

בוכנות מודפסות לפורשה 911, מקור:Porsche
פורשה מובילה את אחד הפיתוחים הכי גדולים בהדפסה בתעשיית הרכב. הם החברה הראשונה בעולם שהדפסיה בוכנות למנוע רכב. בוכנות במנוע הרכב עומדים בלחץ וחום אסטרונומיים והם הלב שמניע את כל הרכב, כך שהדפסה בתלת מימד של חלק זה היא פיתוח משמעותי מאוד. הבוכנות עברו יותר מ200 שעות של בדיקות כולל סימולציה של מרוץ באורך של 24 שעות במסלול מירוץ מהיר באורך 6000 ק"מ במהירות ממוצעת של 250 קמ"ש. כל הבוכנות עברו את הבדיקות בהצלחה ייתרה. בנוסף במהלך הבדיקות נמצא שהבוכנות המודפסות יכלו לעמוד בלחץ גבוהה ב10 אחוז מבוכנות משיטת הייצור הרגילה, ויכלו לעבוד במהירות גבוהה יות שנתנה לרכב 30 כוח סוס נוספים. 

בדיקות לבוכנות, מקור:Porsche

פיתוח זה משמעותי לחברת פורשה וגם לייצרני רכב בכלל. הדפסת הבוכנות אפשרה לדחוף את המנועים לקצה היכולות שלהם מעבר לבוכנות בייצור הרגיל, ופותחת דלת לפיתוחי מנועים חדשים שלא היה ניתן לייצר לפניכן ללא הדפסה בתלת מימד.בנוסף הייצור בהדפסה היה מהיר יותר ב30% משיטת הייצור המסורתית.

זה לא היה הפיתוח היחדי של חברת פורשה. בשיתוף פעולה עם חברת SLM, הצליחו בעזרת מדפסת תלת מימד במתכת בנפח ענק של 600 מילימטר רבוע להדפיס בית מנוע למנוע אלקטרוני. גם חלק זה עבר את כל הבדיקות והמבחנים בהצלחה מסחררת. 

רנו- הדפסה בייצור מכוניות מחודשות.

המפעל החדש של רנו, מקור:Renault
רנו נמצאת בתעשיית הרכב כבר מהמאה ה19 והתקדמה והתפתחה המון מאז. בשנת 2020 החברה הצרפתית הכריזה שהיא פותחת מפעל ייצור חדש ויחיד מסוגו שלא נראה לפני כן. מפעל זה הוא ראשון מסוגו בעולם, והוא יחודי בכך שמטרטו היא לקחת מכוניות יד שנייה,ולחדש ולמחזר אותן. הבעיה בחידוש מכוניות היא שלמודלים ישנים קשה למצוא חלקי חילוף ולעיתים כבר לא מייצרים אותם, וכן נכנסות מדפסות התלת מימד. בעזרת המדפסות החברה מסוגלת לייצר את החלקים שכבר לא נמצאים בשוק למכוניות ישנות וכך לחדש גם מכוניות ישנות שכבר לא מייצרים להם חלקים בתעשיית הרכב ולתת להם "רשת ביטחון"  של חלקי חילוף לשנים קדימה. מאז פתיחתו, המפעל ממשיך לגדול ולהתפתח גם היום.

רולס רויס- הדפסה בתל מימד לאמנות והנדסה.

חלקי מתכת מודפסים לרוס רויס, מקור:Rolls-Royce
רולס רויס היא כנראה אחת מחברות הרכב היוקרתית בעולם, רכביה בעיצוב יוקרתי ומיוחד נרכשות על ידי האנשים הכי עשירים וחזקים בעולם. אין רכב שנראה בדיוק כמו אחד אחר, כל רכב הוא בייצור מיוחד לפי דרישות של אותו אדם שרוצה לרכוש אותו, עם חומרים מיוחדים ויוקרתיים שלא תמצאו ברכבים אחרים. בשנים האחרונות הדרישה לייצור חלקים מיוחדים עלה ממש, עם עיצובים חדשים למכוניות. בשנת 2019 החברה הדפסיה במתכת כנראה את החלק הגדול ביותר איי פעם לרכב, שצופה בזהב 24 קראט לפני שהורכב למודל בשם "נשמה דיגיטלית". 

אומנות של ממש,החלק במודל "נשמה דיגיטלית", מקור: Rolls-Royce

הדפסה בתלת מימד נכנסת בצורה טבעית לצד הארטיסטי של מכוניות הרולס רויס, אך נעשה בכך שימוש גם בחלקים שלא נראים לעיין. חברת רולס רויס היא חלק מחברת BMW שהשקיעה בכבדות בהדפסה בתלת מימד. במתחם הייצור בהדפסה בתלת מימד של BMW מייצרים למכוניות אלו חלקי מתכת בעזרת מדפסות מיוחדות עם טכנולוגיות לייזר והלחמה. חלקים אלו מאוד חזקים ונעשה בהם שימוש בגוף הרכב ובמושבי הנוסעים. בעזרת טכנולוגיות אלו החברה יכולה לייצר צורות מורכבות המאפשרות את העיצובים המיוחדים שלעיתים כרוכים בשינוי קטן בגודל הרכב. 

פולקסווגן- הדפסה בתלת מימד לקווי הייצור

תפס לייצור רכבים,מקור:Volkswagen
פולקסווגן היא אחת מיצרניות הרכב הגדולות בעולם, חוץ מרכבי פולקסווגן,תחת כנפיה נכנסות מספר חברות כמו בוגאטי, בנטלי,פורשה,סיאט,סקודה, למבורגיני וגם אופנועים של חברת דוקאטי. בנוסף תחת החברה נכנסות גם משאיות כמו סקניה ומאן. לחברה יש 125 מפעלי ייצור הפרוסים בכל העולם. תחום ההדפסה בתלת מימד של החברה התפתח כאשר חתמה על הסכם עם חברות HP ו-GKN עם פוקוס על ייצור כלים. לדוגמא, זרוע אחת של הבחרה בפורטוגל, חסכה באיזור 360 אלף דולר בייצור כלי עבודה קטנים לקו הייצור, הכלים שיוצרו הם יותר ארגונומיים, נוחים, ויעלים לעבודה בקו הייצור.

אלו הפיתוחים המשמעותיים בתחומי הרכב בהדפסה בתלת מימד, וכל הזמן עם התקדמות הטכנולוגיה מיוצרים יותר ויותר פיתוחים חדשים. דוגמאות אלו הן רק חלק קטן מאיך הדפסה בתלת מימד נוגעת בחיינו היום יומיים ובהחלט ממחישים כיצד תחום זה נהיה יותר ויותר משמעותי בחיינו.

המאמר תורגם ועובד ברשות ALL3DP