Как Brose использует 3D-печать для инноваций в автомобилестроении: от прототипов до серийных деталей
Каждый третий новый автомобиль, сходящий с конвейера сегодня, содержит как минимум один компонент, произведенный компанией Brose — одним из пяти крупнейших семейных автомобильных поставщиков в мире. Основанная более 100 лет назад в Берлине Максом Брозе, компания выросла из торгового предприятия аксессуарами в лидера рынка мехатронных систем. Их продукция — в основном узлы сидений, дверные и подъемные механизмы — проектируется и производится для самых громких имен автопрома: BMW, Volvo, Ford, Mercedes, Jeep и других.
Устойчивый рост Brose и их долгосрочное успешное партнерство с этими производителями (OEM) обусловлены, среди прочего, приверженностью компании постоянным инновациям и совершенствованию. 3D-печать лежит в основе множества инициатив в процессах проектирования и серийного производства Brose и помогла компании адаптироваться к изменениям в стремительно развивающейся автомобильной промышленности.
Мы посетили Brose North America, их штаб-квартиру в Оберн-Хиллс, Мичиган, а также один из их крупнейших заводов серийного производства в Нью-Бостоне, чтобы увидеть, как они используют мощные 3D-принтеры — стереолитографические (SLA) и селективного лазерного спекания (SLS). Менеджер по прототипированию подразделения сидений Маттиас Шульц, который также курирует направление аддитивных технологий в регионе, рассказал нам, как Brose использует 3D-печать на всех этапах — от проектирования и производства до выпуска готовых деталей в сжатые сроки для OEM.
«Мы наблюдаем быстрые изменения в автомобильной промышленности, особенно за последние пять лет. Время разработки новых продуктов значительно сокращается. Это требует от нас соответствующих действий — мы должны внедрять аддитивные технологии все больше и больше. Это и в наших интересах, так как это также сокращает сроки изготовления оснастки и в итоге помогает нам быстрее поставлять детали».
Маттиас Шульц, менеджер по прототипированию сидений, Brose North America
Когда прототипирование выходит за рамки единичных моделей
Прототипирование — это идеальное и привычное применение для 3D-печати. Хотя Brose действительно использует ряд FDM, SLA и SLS 3D-принтеров для прототипов, их объемы не совсем те, что можно ожидать для деталей, подтверждающих концепцию. Для Brose типичный объем для прототипов ближе к 500 или 1000 штук.
«Мы используем 3D-печать в больших масштабах. "Прототипирование" для нас означает необходимость печатать несколько сотен деталей, в основном из-за количества испытаний, которые мы должны провести. Мы должны соответствовать не только внутренним и внешним стандартам, но и федеральным требованиям. Это обычно приводит к необходимости печатать семь-восемь сотен деталей для прототипа», — говорит Шульц.
SLA: резиновый демпфер регулятора длины сиденья
Эти прототипы представляют собой небольшие демпферы, предназначенные для снижения шума и вибрации при ударе металлического узла сиденья о раму. Заказ из-за рубежа требовал минимальной партии в несколько миллионов штук, поэтому Шульц и его команда напечатали их на принтерах Form Series для тестирования.
Для одного проекта команде прототипирования потребовалось использовать мягкий силиконовый демпфер, который устанавливается в узел сиденья. Когда сиденье движется вперед по раме, эта деталь гасит звук и улучшает тактильную и акустическую обратную связь. Чтобы заказать эти детали у серийного поставщика Brose за рубежом, минимальный объем заказа составлял миллионы — а Brose нужно было всего несколько сотен для предварительных испытаний конструкции.
Вместо заказа команда использовала существующую CAD-модель, чтобы быстро напечатать несколько сотен деталей на Form 4. Они были готовы через неделю, а решение снизило общую стоимость и сроки всего проекта.
«Мы смогли напечатать их на Form 4 по гораздо более низкой стоимости, чем перевозка этих деталей самолетом и заказ минимальной партии — которая требовала от нас заказа в несколько миллионов штук. У нас они были быстро доступны, и нам не пришлось ничего ждать».
Маттиас Шульц
Сочетание SLA и SLS для прототипов больших объемов
Когда компоненты увеличиваются в сложности, размере и требуемом объеме, Brose обращается к своему парку из трех SLS 3D-принтеров Fuse Series. Недавно команда использовала обе технологии для прототипирования опорной сетки сиденья.
Они напечатали прозрачные гибкие детали из прочного фотополимера на своих SLA-принтерах Form Series, а соединительные трубки сетки — из Nylon 12 GF порошка на принтерах Fuse Series. Для каждого прототипа сетки требовалось шесть SLS-деталей и три SLA-детали, но в общей сложности команда собрала 150 таких полных сеток для испытаний в составе готовых сборок сидений.
«Иногда ответ заключается в комбинации SLA и SLS, как в случае с этой опорной сеткой сиденья. Пресс-форма для литья под давлением очень сложна и дорога, поэтому мы спроектировали детали так, чтобы они защелкивались на проволоке для SLS, а детали SLA устанавливались на проволоку в "зеленом состоянии" и отверждались уже на месте», — говорит Шульц.
*В этой опорной сетке сиденья есть как детали SLA (прочный фотополимер, прозрачный материал), так и SLS (Nylon 12 GF порошок, темно-серый материал). Для тестирования потребовалось 150 таких сборок, включая 900 SLS-деталей и 450 SLA-деталей.*
Прототипы и серийные версии (как на фото выше) проходят испытания на усталость, имитирующие годы эксплуатации.
Производственная оснастка для оптимизации процессов
Аддитивное производство в Brose — не только инструмент прототипирования. Компания интегрирует технологию во все отделы в рамках инициативы «Plant Goes Additive», запущенной в 2022 году.
Сварочная оснастка для роботов в тот же день на Form 4L
Form 4L позволяет изготавливать крупноформатные детали в тот же день, например, эту установочную сварочную оснастку, напечатанную из Fast Model смолы.
На своем основном производстве в Оберн-Хиллс Brose использует две роботизированные сварочные машины для прототипов сидений всех продуктовых линеек. Каждый раз, когда роботу нужно переключиться на новую линейку продуктов, отделу сварки необходимо перепрограммировать его параметры. Программирование с использованием металлических прототипов дорого, и часто они недоступны, когда станция готова к настройке.
Команда Brose распаковала новый крупноформатный Form 4L утром во вторник. Настройка заняла всего 30 минут, и вскоре они уже печатали крупные детали оснастки из Fast Model смолы. Деталь, разделенная на четыре части, почти заполнила весь объем сборки. Несмотря на размер, Form 4L напечатал ее менее чем за два часа, а после быстрой промывки и пост-отверждения оснастка была установлена на сварочного робота уже через 45 минут.
«Новый Formlabs 4L позволяет нам быстро печатать крупные детали. Например, мы используем Form 4L для печати установочных деталей для нашей сварочной ячейки за считанные часы вместо ночи. Это позволяет нашим экспертам по сварке программировать робота до того, как прибывают штампованные металлические компоненты. С новым Fast Model Resin мы получаем необходимую детализацию и жесткость быстрее, чем когда-либо прежде».
Маттиас Шульц
Эта деталь сиденья была напечатана на Form 4L, промыта, отверждена и установлена на робота менее чем за три часа.
Такая оснастка помогает команде быстрее и эффективнее переключаться между продуктовыми линейками.
Конечные разъемы (EOL) снижают операционные затраты на заводе в Нью-Бостоне
На заводе Brose в Нью-Бостоне команда использует 3D-печать для создания кастомной производственной оснастки, которая оптимизирует процесс сборки.
Этот концевой разъем (EOL) был внедрен на финальном этапе сборки сиденья.
Ранее, после подключения рамы сиденья к источнику питания и проведения финальной проверки, техник должен был отсоединить кабель. Часто специалисты забывали об этом, и при перемещении сиденья кабель обрывался, вызывая повреждения линии сборки на сотни долларов и останавливая производство.
Команда аддитивных технологий разработала магнитный соединительный кабель. Он легко attaches к линии и раме сиденья, но так же легко отсоединяется без повреждений, если техник отодвигает раму, не отключив кабель вручную.
«Мы используем напечатанную оснастку, чтобы снизить износ оборудования. Они позволяют нам быстрее ремонтировать производственную линию. Это приводит к меньшим простоям и помогает увеличить общую производительность», — говорит Шульц.
Серийное производство готовых автокомпонентов
Как отмечает Шульц, автомобильная промышленность быстро меняется. Рост популярности электромобилей, растущий спрос на кастомизацию и проблемы с цепочками поставок заставляют OEM все активнее инвестировать в аддитивное производство как надежную альтернативу.
«У нас действительно все больше клиентов запрашивают аддитивные технологии. Это также играет роль с точки зрения интерфейса для конечного потребителя, поскольку они хотят больше персонализации в своих автомобилях, и поэтому OEMы все чаще запрашивают аддитивные технологии», — говорит Шульц.
Brose перешла к производству готовых деталей только тогда, когда качество оборудования и материалов смогло обеспечить надежное производство высокопроизводительных деталей.
«Мы решили "вступить в команду" Formlabs, потому что доступность материалов и стабильность печати так улучшились, что технология теперь готова к использованию в автомобильной промышленности. Для нас проблема в том, что существуют опасения по поводу безопасности и долговечности, особенно со стороны OEM. Мы пытаемся исключить это. И в сотрудничестве с Formlabs мы доказали, что можем реализовывать такие проекты, как, например, для текущего BMW X7».
Маттиас Шульц
Применение: компоненты сидений для BMW X7
- Процесс: 3D-сканирование, итерации, затем 3D-печать на SLS-принтерах Fuse Series для серийного производства.
- Объем: 250 000 деталей
- Детали:
Принтер: Fuse 1 и Fuse 1+ 30W
Материал: Nylon 12 GF Powder
Объем сборки: 1440 деталей на камеру
Деталей в месяц: 16 000 - Зачем 3D-печать? для покрытия перехода до готовности оснастки.
Brose часто сканирует существующие компоненты, чтобы внести изменения в CAD и напечатать обновленную версию в тот же день.
«Brose решила внедрить SLS от Formlabs, потому что эта технология позволяет нам быстро печатать с меньшими требованиями к постобработке по сравнению с SLA. Мы можем печатать большие объемы, что необходимо для поддержки временного производства или других проектов с серийными деталями для OEM», — говорит Шульц.
Надежность и стабильность - ключевые параметры, когда три принтера Fuse Series работают без остановки. Команда использует Nylon 12 GF Powder за его точность и сходство с литым под давлением нейлоном. Техобслуживание после каждой полной сборки занимает всего около пятнадцати минут.
«Formlabs понимает, как создать принтер, за которым легко ухаживать. Оборудование очень надежное, и у нас почти нет неудачных отпечатков, поэтому мы можем браться за печать больших объемов и уверенно выходить на серийное производство», — говорит Шульц.
От 0 до 100: быстрая интеграция 3D-печати в автопроме
Приверженность Brose постоянному совершенствованию привела к инвестициям в новые технологии, такие как аддитивное производство. По мере того как 3D-печать начинает играть все большую роль в компании, такие специалисты, как Шульц, ищут новые способы использовать ее скорость и часто более низкую стоимость.
С помощью быстрых и мощных инструментов, таких как Form 4, Form 4L и Fuse Series, прототипы, оснастка и готовые детали могут быть изготовлены за часы или дни, а не недели или месяцы.
«Formlabs — правильный партнер для сотрудничества. Нам нужно было готовое решение, которое могло бы производить детали в больших объемах и с меньшими затратами инженерных ресурсов. Программное обеспечение, поддержка и принтеры от Formlabs — это то, что нужно».
Маттиас Шульц
О компании
TITAN 3D - поставщик и системный интегратор оборудования для 3D-печати, 3D-сканирования и автоматизированного контроля в промышленности, машиностроении, медицине.
Готовы ответить на все Ваши вопросы, проконсультировать по оборудованию, и подобрать лучшее оборудование для решения Ваших задач.
Каталог 3D-принтеров мировых производителей - проработку технологии, подбор оборудования, внедрение, пусконаладку и обучение берем на себя!