3д принтер для запчастей авто
Как 3D печать уничтожит традиционный рынок запчастей – наш прогноз
Технологии понемногу меняют мир. Мы привыкли покупать детали машин через сложные логистические схемы с заказом нужной запчасти на другом краю мира. Выбирать поставщика и гадать о применяемых технологиях. Наверняка попадались и подделки, и просто неудачные экземпляры. И всегда ждать, ждать, ждать. Совсем плохо тем, у кого машина редкая. Запчасти «со склада» приходится искать подолгу. Но ситуация будет меняться. Более того, она меняется прямо сейчас.
Н е так давно компания Daimler-Benz запустила промышленную 3D печать металлических компонентов из легких сплавов. Например, корпуса термостатов делают именно таким образом. Причем деталь получается практически готовой, не требуя дополнительной обработки, только снятие технологической опоры. А пластиковые детали «печатают» уже давно.
Самое время разобраться, что такое 3 D печать, какая она бывает, и из чего сделаны детали, созданные с ее помощью. И главное, чем нам грозит применение новых технологий в ближайшем будущем.
Нельзя сказать, что 3 D печать — технология новая и неизвестная. Появилась она более 30 лет назад, а сейчас печать металлических деталей в больших масштабах используется в медицинской промышленности для создания биопротезов, в ювелирном деле и даже в авиации.
Не обошлось без этой технологии в деле изготовления опытных образцов автомобильной промышленности. Солидная часть опытных образцов машин на выставках и тестовых экземплярах произведена с использованием этой технологии в той или иной степени. Причем применяется она как для создания уже «готовых» изделий — разрешение 3 D принтера позволяет готовую продукцию — так и для последующей высокоточной механической обработки. Так создают детали цилиндропоршневой группы перспективных моторов или коробок передач.
Себестоимость «напечатанных» деталей
Традиционно считается, что цена печати металлических, да и пластиковых деталей на 3 D принтере намного выше, чем цена «обычного» производства. Но ситуация меняется, и себестоимость производства и поставки традиционными путями и непосредственная печать подошли к границе, после которой ситуация изменится необратимо.
Надо заметить, что цена любой вещи в нашем окружении вовсе не равна ее себестоимости. И даже не себестоимости вместе с прибылью производителя. В цене заложена стоимость поставки, логистики, а часто еще и длительного хранения. Все эти факторы вместе повышают цену в несколько раз, а в случае с недешевыми крупными деталями, требующими особых условий хранения и транспортировки — даже на порядок или два. И это мы даже не пытаемся учитывать расходы на маркетинг, поддержку и разработку.
В общем, традиционное производство действительно максимально эффективно, особенно при больших объемах выпуска. Но сама система поставки нужных компонентов уже куда сложнее, и потому появляются ниши, в которых крайне эффективной оказывается технология, позволяющая производить детали малыми объемами непосредственно на месте производства. В том числе, в единственном экземпляре или с многочисленными модификациями. Например, с помощью 3 D принтера…
Изготовить редкий вариант одной из деталей автомобиля при наличии чертежа куда проще, чем искать компоненты в хорошем состоянии на авто двадцатилетней давности. Особенно если деталь одна из самых часто ломающихся, а машина редкая. С использованием 3 D сканирования можно создать образ детали «по сохранившимся обломкам» или на основе зеркального ее варианта.
Ещё очень удобно вносить изменения: усилить слабое место корпуса, убрать лишние элементы или еще что-то подобное… И главное, не нужно создавать запас деталей, которые может быть, никогда не пригодятся. Будет достаточно материала, принтера и 3 D модели в цифровом виде.
Основные поставщики программных CAD- продуктов давно оптимизировали их для работы с технологиями трехмерной печати, так что впервые реализуется идеальная формула производства: из чертежа сразу в готовое изделие. А ведь литье и мехобработка требуют множества дополнительных усилий, создания различных приспособлений и инфраструктуры… С трёхмерной печатью же получается почти «по щучьему велению» — и вот готовое изделие.
Массовое производство также имеет множество «экологических ниш» для 3 D технологии. Объемные детали сложной формы, например, по цене могут оказаться даже дешевле, чем произведенные классическим способом с помощью литья или из цельной заготовки. Особенно если речь идет о размерах более метра при высокой точности изготовления.
Тонкостенные детали из легких сплавов также может оказаться дешевле «напечатать», чем отлить. Это не говоря уже о производстве пластиковых элементов и деталях малых серий. С развитием новых технологий появится возможность заметно улучшить пассивную безопасность машин за счет введения узлов с идеальным расчетом энергии поглощения, использовать куда более компактное расположение агрегатов и вообще дать волю фантазии.
Отношение к 3 D печати как к «несерьезной» технологии пора оставить в прошлом. Произведенные с ее помощью металлические детали по прочностным характеристикам не уступают обычным литым, хотя используют несколько более дорогие сплавы. Но цена материала выше обычно на 15-20%, а потери при печати меньше в несколько раз. Да и с размерами все отлично, в Амстердаме «печатают» настоящий пешеходный мост длиной порядка 30 метров.
Материалы для 3D печати
Основная масса деталей, разумеется — пока пластик, но сплавы металлов и различные виды бетона также используются при 3 D печати. Для автомобильной промышленности интереснее всего именно пластик и металлы. И выбор материалов достаточно большой. Наиболее перспективны для применения сталь и алюминий, но в машинах много электрических узлов, проводников сложной формы и других элементов, для которых пригодилась бы медь.
Из металлов в 3 D печати самым популярным остается титан. У него отличные прочностные характеристики, и он востребован в сфере протезирования, в космической и авиапромышленности, которые пока лидируют по применению интересующей нас технологии.
Нержавеющая сталь с высоким содержанием кобальта и никеля также отлично подходит, и целый ряд промышленных принтеров работает с этим материалом, благо он сравнительно недорог. Конечно, он в разы дороже самых дешевых сортов стали, но, тем не менее, заметно дешевле цветных металлов. А прочность изделий из стали вам наверняка известна.
Алюминий как материал для 3 D печати набирает популярность. Изделия из него легкие, обладают хорошей стойкостью к коррозии на открытом воздухе, плюс он удобен в обработке и опять же недорог. Сравнительно невысокая начальная цена установок, работающих с этим материалом, также важна. Он используется в «домашних» технологиях металлической 3 D печати, доступных малым предприятиям. К сожалению, в порошковом состоянии он взрывоопасен, как, впрочем, и титан.
Кобальт-хром и инконель — это примеры специализированных сплавов для 3 D принтеров стоматологического, медицинского и аэрокосмического назначения. Подобных материалов становится все больше. Специальные материалы для новой технологии будут появляться и дальше, по мере развития технологии потребуется занять все больше ниш.
Медь, золото, серебро — также весьма распространенные материалы для 3 D печати. Разумеется, пока это в основном печать ювелирных изделий. Но медь и серебро также нашли применение как материал для изготовления монтажных плат для электроники. Правда, для этого часто используется не «настоящий 3 D », а эдакий «2,5D» принтер, создающий детали с высотой рельефа в пределах нескольких миллиметров на керамической подложке.
Технологии 3 D печати
Что касается технологий, то для массового производства актуальнее всего наиболее дорогие EBM и DED технологии. За непонятными аббревиатурами скрываются Electron Beam Manufacturing (формирование изделия из порошкового металла под воздействием пучка электронов) и Directed Energy Deposition (осаждение металла из порошка или проволоки под воздействием лазерного луча или плазменной дуги). Обе технологии позволяют создавать изделия с качеством металла выше, чем у литья, с идеально однородной структурой и с высокой точностью.
EBM формирует расплав в строго определенной зоне, а DED буквально «выбивает» расплавленный металл на нужную поверхность. Обе технологии могут использоваться не только для создания новой детали, но и для восстановления уже существующей. Обе технологии позволяют менять состав материала в объеме, делать поверхность тверже основы, упрочнять особо уязвимые места и тому подобные «фокусы».
Основная проблема — скорость работы. Так, серийная машина Insstek MX3 с технологией DED имеет рабочую зону размером 1000 x 800 x 650 мм с толщиной слоя в 0,089-0,203 мм, а скорость работы порядка 2 слоя в минуту. Альтернативный Arcam Q 20 Plus имеет рабочую зону 350 х 380 мм, точность изготовления детали до 140 нм и скорость работы порядка 4 литров объема детали в час.
Причем компания собирается таким образом поставлять детали не только для новых, но и для своих классических автомобилей. И это будет настоящий «оригинал», только абсолютно новый и прошедший все тесты. Все эти технологии основаны на послойном спекании объема порошка лазерным лучом. Качество материала в этом случае ниже, чем у EBM / DED технологий, и деталь будет строго однородной. Но, тем не менее, на выходе качество не ниже, чем у обычного литья и штамповки.
Техпроцесс DMLS достаточно прост. В рабочую камеру подается необходимое количество металлического порошка, его слой разравнивается дозатором и удаляется лишний материал. После чего лазер «запекает» материал по необходимому контуру, а лишний материал опять же удаляется. Снова и снова, цикл за циклом, с точностью порядка 20 микрон и с толщиной слоя до 100.
Для небольших объемов неплохо подходит куда более дешевая технология Binder Jetting. Эта технология интересна тем, что применяется для создания не только металлических деталей. Деталь по сути создается из частиц любого материала, склеенных между собой. Но если используется металл, то после создания ее можно «пропечь», и металлические частицы образуют единое целое. Качество материала, конечно, куда ниже. Но технология заметно дешевле остальных и позволяет создавать детали из композиций материалов.
Схожая технология используется в самом доступном 3 D принтере для печати металлических деталей — Mini Metal Maker, ценой порядка 1 600 долларов. Правда точность уже не 20 и не 100 микрон, а не менее 500. Зато размеры почти не ограничены, ведь не требуется ни вакуум, ни особая среда в рабочей области.
Что в итоге?
Прогресс в области трехмерной печати идет настолько быстро, что в течение буквально десятка лет возможна революция в области производства автокомпонентов и логистики при ее обслуживании. Вряд ли появится возможность «распечатать» себе машину, но то, что традиционный рынок запчастей постепенно исчезнет – это наверняка.
Мы будем вспоминать уже не качество поставщиков, а качество принтеров и цифровых моделей. Узнаем, что такое DRM применительно к чертежам деталей. Ну и сможем, наконец, изготовить нужную деталь «точно такую же, но из золота и с рубинами». А какие возможности откроются у тех автолюбителей, которые не прочь что-то изменить в машине куда более кардинально! В общем, нас ждут интересные времена. Берегите себя.
Втулки, крепеж и не только: что можно напечатать для машины на 3D-принтере
Не за горами тот день, когда мастер автосервиса будет спрашивать клиента – «ставим оригинальную запчасть, китайскую или печатаем у нас?». Пока же столь фантастическое будущее еще не наступило, давайте разберемся, как можно задействовать 3D-принтер в повседневном ремонте автомобиля своими руками и что на нем можно напечатать из деталей машины?
Когда-то в инструментальном ящике среднестатистического автолюбителя жил лишь простейший набор инструментов – рожковые ключи, пассатижи, несколько отверток и непременный молоток на килограмм-полтора. Узкозаточенные специнструменты для разборки тех или иных узлов слыли редкостью, ибо моторы, трансмиссии и подвески были простыми, а свободного места под капотами – с избытком.
С годами все поменялось… Увесистый повседневный ящик с инструментами жигулиста из 80-х зачастую можно заменить навороченным продвинутым мультитулом, зато для полномасштабного самостоятельного обслуживания и ремонта современного автомобиля требуется целый арсенал сложных средств, способных привести в ужас автолюбителя карбюраторной эпохи. И те, кто осознанно становятся владельцами немолодого бизнес-класса или даже премиума, видят отчетливый смысл в приобретении инструментов или софта, предназначенного для автосервисов, а вовсе не для любителей. Ибо частенько именно в руках любителей (например, купленная вскладчину в рамках интернет-автоклуба поклонников какой-либо модели) оснастка приносит куда большую пользу, нежели в кривоватых руках мастеров из дилерского центра.
Да, по-своему правы те, кто уверен, что приобретение, к примеру, специальных оправок для фиксации валов при замене ГРМ, нерационально – востребованы они весьма нечасто, и за эти же деньги процедуру вам проведут в сервисе, где такие оправки давно имеются, а небольшую разницу в деньгах покроет экономия времени и сил. Но многие резонно считают иначе: если автовладелец умеет и любит делать что-то своими руками, то он и сделает качественнее (ибо его не подгоняет план и график!), и стоимость инструмента впоследствии отобьет за счет помощи одноклубникам своего города или района с аналогичными машинами. В общем, правды тут, как всегда, две, и какая «правдивее» – вопрос индивидуальный…
Да, у суперпрофессионалов-реставраторов в наличии есть даже станки типа «английского колеса» с огромным ассортиментом оснастки, позволяющей самостоятельно изготовить сложнейшие кузовные детали из листового железа! Но если говорить о любителях-хоббийщиках, занимающихся некоммерческим ремонтом и восстановлением автомобилей для души, но на достаточно высоком уровне, то самый продвинутый на сегодняшний день инструмент в их арсенале – это, наверное, 3D-принтер. Категорически необходимым его, безусловно, назвать нельзя и едва ли целесообразно приобретать исключительно в расчете на ремонт авто. Но если он у вас УЖЕ есть и освоен/осваивается, то и в гараже ему найдется немало работы – во многих случаях принтер и ремонт облегчает изрядно, и деньги экономит!
Сам по себе 3D-принтер далеко не сегодня поселился в гаражах продвинутых ремонтников-любителей и даже профессионалов. Многим он уже хорошо известен в этом качестве, и в самом ближайшем будущем расширение его потенциала видится практически безграничным! К примеру, еще в 2015 году Toyota предлагала владельцам городских трициклов i-Road печатать пластиковые кузовные панели для придания индивидуальности мини-машинкам, а один из крупнейших производителей запчастей в мире, компания Mahle, совместно с Фраунхоферским институтом химических технологий совсем недавно представила пластиковый блок-корпус для распредвала!
Полимеры уже активно проникают даже в ответственные узлы моторов, а любительские «алишные» 3D-принтеры осваивают все новые виды пластиков и даже поглядывают в сторону металлов. Так что не исключено, что не за горами время, когда мы будем забивать в поисковую строку браузера запрос, типа «скачать файл для печати комплекта запчастей для капремонта двигателя Лада Гранта», а затем нажимать на кнопочку «отправить на печать»… «Количество копий: поршень – 4 штуки, вкладыш шатунный – 8 штук…» и так далее.
Шутки шутками, но уже сегодня многие автолюбители успешно печатают себе пластиковые детали, которые изготовить на принтере проще, быстрее и дешевле, чем заказывать в магазине и ждать. А частенько бывает так, что даже одна-единственная созданная технологией трехмерной печати пластиковая деталюшка экономит сумму, превышающую стоимость самого 3D-принтера начального уровня!
Взять, к примеру, фирменные болячки некоторых немецких авто «из первой тройки» – износ зубьев шестерней в электронной дроссельной заслонке, которые можно купить только в сборе с заслонкой, или направляющие стеклоподъемника, существующие только в составе механизма подъемника в сборе… Особо продвинутые «тридэшники» обладают 3D-сканерами, позволяющими не чертить деталь с нуля в программе-моделировщике, снимая размеры штангенциркулем с оригинала, а просто отсканировать ее. А у некоторых в арсенале имеются принтеры, размеры области печати которых позволяют напечатать даже колесный колпак R15-R17… Правда, это, скорее, исключение, и большинство «печатающих автомобилистов» располагают относительно скромными китайскими принтерами с областью печати, не превышающей 200х200х200 мм, плюс-минус…
О своих примерах использования 3D-принтера в практике любительского авторемонта «Колесам» рассказал один из наших читателей, Владимир из подмосковного Щелково, активно использующий его для реставрации своего старенького универсала Volvo 850 1995 года.
Крепление резинового уплотнителя двери
На стыке передней и задней дверей в Volvo 850 проложен резиновый уплотнитель. И там, где контур двери в районе стекла образует «ступеньку», уплотнитель поддерживает достаточно сложной формы пластиковая деталь. Со временем на ней от хрупкости отламываются фиксирующие лепестки, и уплотнитель начинает провисать и отходить. Найти отдельно этот элемент практически нереально, а вот «клонировать» по образцу-оригиналу – запросто!
Упоры для опускания ветровика в люке
Когда открывается электрический потолочный люк, перед ним поднимается полоска-«ветровик», защищающая салон от попадания пыли и насекомых на скорости. Поднимает «ветровик» пружина, а вот складывается он при движении люка на закрытие, упираясь в пластиковые скользящие упоры. Эти детали со временем приобретают хрупкость и разрушаются, а заказать и приобрести новые чрезвычайно сложно.
Пистоны крепления накладок порогов
Штатные верхние пистоны крепления фальш-порогов на Volvo 850 одноразовые: шляпки ломаются при снятии, а распорный штырь выдавливается внутрь порога. Стоят эти ерундовые детальки под 200 рублей штучка, а нужно их 14 штук… Изготовленные на 3D-принтере, новые пистоны имеют улучшенную конфигурацию (клин вместо цилиндрического распорного штырька) и обходятся очень дешево!
Втулка замка крышки бензобака
Простенькая цилиндрическая втулочка-направляющая, через которую выходит запирающий крышку бензобака язычок замка. Деталь ерундовая, но весьма ответственная. Изнашиваясь, она вызывает перекос язычка и риск в один прекрасный день не открыть бензобак… Отдельно в каталогах втулка не детализируется и не продается, но зато легко печатается.
Уплотнитель плафона подсветки номерного знака
Съемный плафон любого вспомогательного светового прибора защищается от проникновения влаги прокладкой из эластомера, повторяющей его контуры. Чаще всего эта прокладка идет в комплекте с фонарем и в виде самостоятельной детали не существует. Однако ее несложно напечатать из специального эластичного «резинопластика», и новая прокладка будет ничуть не хуже оригинальной.
Это лишь несколько примеров полезных мелочей, которые владелец «850-й» изготовил себе на принтере. И пусть вас не смущает желтый цвет у некоторых – на фото попали пробные прототипы из дешевого филамента, а конечный вариант печатался из пластиков с другими свойствами.
Сейчас в работе у Владимира находится еще одна интересная деталь – часть корпуса выключателя кик-дауна. Этот выключатель располагается в пластиковом цилиндрическом корпусе непосредственно на самом тросе, и его наконечник склонен со временем трескаться и отламываться под воздействием внутренней достаточно тугой пружины и дополнительно сжимающих ее интенсивных движений педали. Продается пластиковая деталь только в сборе с тросом, и весьма недешева даже на разборках, где отлично знают о ее востребованности. Про цену новой и говорить страшно – для пожилого автомобиля никто ее в здравом уме не купит. Поэтому приходится снимать размеры оригинала и думать, как усилить или армировать деталь, чтобы изготовить клон, способный его заменить…
Впрочем, тех, кто обрадовался и размечтался, что уже завтра выпишет себе с Али принтер и наляпает на нем пол-машины, стоить слегка отрезвить… Полезность 3D-печати сложно переоценить в ряде случаев, но, к сожалению, нужно констатировать, что нынешний уровень развития индустрии принтеров и расходных материалов (во всяком случае, бюджетного сегмента) не позволяет «просто взять и напечатать» (с).
Рассчитывать на то, что модели всех нужных деталей вы найдете и скачаете в интернете, не стоит. Всякая экзотика (а редкие и неходовые детальки немолодых машин – это чистой воды экзотика) там, как правило, не встречается либо (гораздо реже!) продается за деньги. Поэтому вам в обязательном порядке придется осваивать рисование в программах трехмерного моделирования, а также владение штангенциркулем и микрометром. Важны также общие технические навыки, позволяющие разбираться в свойствах материалов и понимать: что можно сделать из пластиков с ограниченной прочностью, а что нельзя…
Плюс, несмотря на то, что по применению 3D-принтеров в сообществе любителей уже наработан достаточно большой опыт, практику реальной печати вам все равно придется «нащупывать» опытом, проходя по собственным граблям и ошибкам. Устранение огрехов сборки конкретных китайских моделей принтеров, настройки температурных режимов, умение разбираться в особенностях адгезии и усадки конкретных типов нити-филамента (которые могут различаться по качеству от партии к партии даже у одного бренда) и многое другое. 3D-принтер это не «нажми на кнопку – получишь результат!» (с), а большое и увлекательное хобби, и чтобы он помог вам в том числе и в гаражных делах, придется потратить немало времени на его освоение.