Posible ba ang mga Sasakyang 3D-Printed? Ang mga Bagong Pag-unlad ay Nagbibigay-liwanag sa Sagot

Ang 3D printing ay nakahuli ng imahinasyon ng iba’t ibang industriya sa buong mundo. Kilala rin bilang additive manufacturing, ang 3D printing ay tama na tinawag na isa sa mga pinaka-makabuluhang teknolohiya ng ating panahon. Salungat sa tradisyunal na mga teknolohiya sa paggawa, ito ay isang pamamaraan na maaaring bumuo ng 3D na mga bagay halos anumang uri sa pamamagitan ng mga patong. Upang magawa ito, ginagamit ng teknolohiya ang computer-aided design (CAD) at iba’t ibang materyales, tulad ng metal, plastik, kongkreto, o papel.

Ang kakayahang mag-iba-iba na hatid nito para sa mga tagagawa sa buong mundo upang mapababa ang gastos at oras sa kanilang mga daloy ng produksyon ay ginagawa itong pangunahing kandidato para sa mabilis na pag-adopt. Ayon sa mga pagtataya, ang pandaigdigang laki ng merkado ng mga produkto at serbisyo sa 3D printing ay maaaring lumago mula US$12.6 billion in 2020 to US$37.2 billion in 2026. Pagdating ng 2030, ang bilang ng mga additive manufacturing at 3D printing na kagamitan sa buong mundo ay maaaring umabot sa 2.8 milyong unit.

Ang ganitong malakas na paglago ay magpapasigla sa 3D printing na halos maging laganap. Dahil dito, nagtatanong ang lahat: Maaari bang maging angkop ang 3D printing para sa sektor ng sasakyan, isang industriya kung saan ang katumpakan sa paggawa ay lubos na pinahahalagahan? Sa mas diretsong salita, posible bang mag-3D-print ng mga sasakyan? Tatalakayin natin ang mga posibilidad sa mga susunod na bahagi.

I-click dito upang malaman kung bakit ang 3d printing ay potensyal na $500B na merkado.

Ang Breakthrough ng Unibersidad ng Tohoku sa Multi-Material na Teknik sa 3D Printing

Ang Institute for Materials Research and New Industry Creation Hatchery Center ng Unibersidad ay nakamit ang isang napakabago. Ang mga mananaliksik demonstrated the process for creating a lightweight yet durable automobile part sa pamamagitan ng multi-material na teknik sa 3D printing.

Pinagmulan: Tohuku University

Dito, kailangan nating tingnan nang mas malapitan ang phenomenon ng multi-material na mga teknik sa 3D printing. Ang mga multi-material na istruktura, gaya ng pangalan, ay sinadyang pinaghalo ang iba’t ibang materyales para sa pinakamainam na pagganap ng isang bahagi. Higit pa rito, maaari silang malikha sa pamamagitan ng 3D printing.

Habang ipinaliwanag ang pag-usbong ng teknik na ito, sinabi ng Associate Professor Kenta Yamanaka ng Unibersidad ng Tohoku:

“Ang mga multi-material ay mainit na paksa sa larangan ng additive manufacturing dahil sa kakayahang mag-flexible ng proseso.”

Gayunpaman, binanggit din niya ang mga limitasyon ng teknolohiyang ito. Ayon sa kanya:

“Para sa ilang kombinasyon ng metal, tulad ng bakal at aluminyo, maaaring mabuo ang mga bulok na intermetallic compounds sa mga interface ng magkaibang metal. Kaya, bagaman mas magaan na ang materyal, nagiging mas bulok ito.”

Ang pinaka-kaugnay na aspeto ng pananaliksik na ito ay ang pagsisikap ng mga siyentipiko na lutasin ang bottleneck na ito sa pamamagitan ng paggawa ng steel-aluminum alloy na – sa kabila ng pagiging magaan – ay hindi nagsasakripisyo sa lakas.

Naabot ang layunin sa pamamagitan ng paggamit ng Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), isa sa mga pangunahing teknolohiya ng metal 3D printing na gumagamit ng laser upang selektibong tunawin ang mga pulbos ng metal. Natuklasan ng mga mananaliksik na ang pagtaas ng bilis ng pag-scan ng laser ay maaaring lubos na mapigil ang pagbuo ng mga bulok na intermetallic compounds (tulad ng Al5Fe2 at Al13Fe4). Iminungkahi nila na ang mas mataas na bilis ng pag-scan ay maaaring magdulot ng tinatawag na non-equilibrium solidification, na nagbabawas ng solute partitioning na nagreresulta sa mahihinang punto sa materyal. Ang panghuling resulta ay isang produkto na may matibay na bonding interfaces.

Sa pagpapaliwanag ng kahalagahan ng pag-unawa sa mekanismong in-situ alloying na ito, sinabi ng espesyal na itinalagang Assistant Professor Seungkyun Yim, Unibersidad ng Tohoku:

“Sa ibang salita, hindi mo basta basta maipapalo ang dalawang metal at asahan na magdikit ito nang walang plano.”

Bagaman ang mga natuklasan ng mga mananaliksik ng Unibersidad ng Tohoku ay maaaring tunog teknikal at mataas ang antas, may malalaking implikasyon ito sa praktikal na larangan ng paggawa ng sasakyan. Sa buod, nagawang mag-prototype ng mga mananaliksik ang kauna-unahang full-scale na automotive multi-material component (suspension tower) sa mundo na may pinasadya na geometry. Sa hinaharap, maaaring makaapekto ang mga natuklasan sa iba pang kombinasyon ng metal kung saan katulad na mga isyu sa bonding ang kailangang mapabuti.

Bagaman binubuksan ng pananaliksik na ito ang mga bagong horizon para sa industriya ng sasakyan, ang paggamit ng 3D printing sa larangang ito ay hindi bago.

I-click dito upang malaman kung paano nagkakonsolida ang 3d printing sa hinaharap ng paggawa.

3D Printing para sa Mas Mabilis na Prototype at Muling Dinisenyong mga Komponent o Parte

Sinasabi ng mga eksperto sa industriya na 3D printing ay nagamit na upang pabilisin ang paglikha ng prototype, muling disenyo ng mga piling bahagi at komponent, at kahit palitan ang mga ito. Ngunit sa paglipas ng panahon, ang paggamit ng 3D printing ay lumagpas na sa orihinal nitong larangan upang sumabak sa paggawa ng mga prototype at pag-produce ng low-volume, customized na mga 3D-printed trim pieces sa ilang kasalukuyang sasakyan. 

Ayon kay Robert Wilig, executive director, CEO, SME, dating Society of Manufacturing Engineers:

“Habang ang industriya ng sasakyan ay lumilipat patungo sa mas magaan na nakatuon sa hybrid o kahit electrified na mga platform ng sasakyan, ang additive manufacturing ay napakabisa dahil nagbibigay ito ng napakaepektibong paraan ng paglikha ng mga epektibong disenyo.”

Sa halip na tatlong bahagi, na maaaring kinakailangan noon, ngayon ay pinapayagan ng 3D printing na i-optimize ang disenyo sa isang solong piraso, inilalagay ang materyal lamang kung saan kinakailangan upang maging mas magaan, mas matibay, at mas flexible.

Ayon kay Dallas Martin, additive manufacturing engineer sa Toyota Motor North America:

“Ang integrasyon ng 3D printing sa paggawa ng tooling at jigs ay nagpaigting ng kahusayan at flexibility ng linya ng produksyon.”

Isang pagsusuri ng pananaliksik na nagawa sa larangang ito hanggang ngayon ay nagpapahiwatig na ang 3D printing ay maaaring mag-rebolusyon sa industriya ng sasakyan sa pamamagitan ng paggawa ng mga disenyo na mas flexible, mas mabilis na prototyping, at mas epektibong pagbawas ng basura. Maaaring makamit ito sa pamamagitan ng pagpapanatiling magaan ang produksyon. Binanggit ng mga mananaliksik ang mga kadahilanang ito bilang mga salik na nagtutulak sa pagtaas ng pamumuhunan ng mga automaker sa mga teknik ng AM.

Habang tatalakayin natin ang ilang nangungunang kumpanya na aktibo sa larangang ito sa mga susunod na bahagi, napansin ng mga mananaliksik ang mas maraming oportunidad para sa AM sa mga sustainable at green na solusyon, partikular sa pagpapabuti ng mga sistema ng baterya at mga de-kuryenteng sasakyan. Maaaring maging kapaki-pakinabang ang 3D printing sa paggawa ng heat-resistant na mga fixture ng baterya na nagpapabuti ng heat dissipation at paglamig ng baterya. Nakikita rin ito bilang isang promising na solusyon para sa paggawa ng solid-state lithium batteries.

Sa mga susunod na bahagi, titingnan natin ang mga use case kung saan ang mga kilalang tagagawa ng sasakyan ay nagde-develop ng epektibong solusyon.

1. Toyota (TM )

Noong Hulyo 2024, lumabas ang mga ulat na nagpakilala ang Toyota ng Hyper-F concept cars na may mga 3D-printed na bahagi. Bilang isang beterano sa larangang ito, ang Toyota, sa pamamagitan ng TCD Asia (Toyota Customizing & Development)—na dati nang kasali sa paggawa ng mga accessories ng sasakyan para sa iba’t ibang modelo ng Toyota—ay naglunsad ng isang high-performance SUV concept na tampok ang mga 3D printed na bahagi at mga makabagong materyales. Ito ay naging posible lamang sa pakikipagtulungan sa mga kumpanyang Hapones na Mitsui Chemicals at ARRK Corporation.

Ang Hyper-F concept car ng Toyota ay batay sa Toyota Fortuner, na binuo ng TCD Asia. Sa paggamit ng advanced na teknikal na kaalaman ng Mitsui Chemicals, gumamit ang Toyota ng 3D printing gamit ang mga pellet upang makagawa ng mga bahagi mula sa plastic granules sa mababang gastos, na nagbawas ng oras ng pag-develop at gastusin sa pamumuhunan.

Ipinahayag ng kumpanya na ang mga 3D-printed na bahagi ay partikular na matatag at handa nang i-print upang bumuo ng malalaking bahagi. Para sa Toyota Hyper-F concept car, ang mga 3D-printed na komponent ay nagde-dekorasyon sa mga panel ng hood air ducts.

Bago ito, naiulat din na nakipagtulungan ang Toyota sa Solize, isang kasosyo sa global product development engineering at tagapagbigay ng mga engineering services, upang mag-print ng 3D spare car components on demand. Mas partikular, gumamit ang Toyota ng multi-jet fusion 3D printing upang lumikha ng stock parts bago ibenta ang mga ito kasabay ng tradisyonal na mga spare parts. Ang isa pang global tech giant, HP, ay nag-supply ng mga printer sa Toyota.

Habang pinag-uusapan ang interes ng industriya ng sasakyan sa paggamit ng 3D printing, sinabi ni Nobuki Okado, MD ng HP Japan:

“Araw-araw, nakikita naming lumalawak ang traction at mas mature na mga aplikasyon ng 3D printed sa maraming iba’t ibang industriya sa buong mundo, lalo na sa automotive. Ang mga nangungunang automaker tulad ng Toyota Motor Corporation ay ipinapakita ang kapangyarihan ng 3D printing para sa flexible na disenyo, bilis ng pagpasok sa merkado, at sustainable na epekto.”

Bukod sa HP, gumamit ang Toyota ng ilang solusyon mula sa iba pang kumpanya upang pinuhin at pagbutihin ang kanilang 3D automotive offerings. Halimbawa, nakipagtulungan ang kumpanya sa Materialise upang bumuo ng ultra-lightweight na 3D-printed na upuan ng sasakyan. Nag-invest ito sa R&D ng teknolohiya sa pamamagitan ng co-development ng Somos Taurus kasama ang DSM, isang materyal na sinasabing perpekto para sa mga automotive application dahil sa napakaepektibong 95°C heat deflection temperature. Mayroong 3D printing wing na pinangalanan sa kanila sa University of Waterloo.

Noong Mayo 2024, Toyota Motor Corporation naglathala ng ulat ng FY 2024 nito para sa panahon mula Abril 1, 2023 hanggang Marso 31, 2024. Naitala ng kumpanya ang sales revenue na 45,095,325 milyong yen at operating income na 5,352,934 milyong yen.

2. General Motors (GM )

Noong 2022, marahil ang pinaka-kilalang manlalaro sa industriya ng sasakyan sa buong mundo ay iniulat na lumagpas sa mga prototype at low-volume na bahagi sa paggamit nito ng 3D printing o additive manufacturing. Ang pinakamalaking automaker sa Estados Unidos ay nagpi-print ng mga custom na tool para sa mga operator ng planta, na ginagawang mas ligtas at mas produktibo ang kanilang trabaho.

Ang pakikipag-ugnayan ng General Motors sa 3D printing ay nagsimula pa noong 1989 nang nag-install ito ng isang maagang 3D printer, isang stereolithography machine na may serial number na “3,” sa Warren (Michigan) Tech Center campus malapit sa Detroit.

Ayon kay Ali Shabbir, engineering group manager sa GM para sa industrializing additive manufacturing:

“Habang lumalago ang teknolohiya, ang lakas ng mga materyales, at ang availability ng mga metal, nagsimulang magpakita ng potensyal, sinabi ng mga executive, ‘Alam mo, ito ay isang bagay na kailangan naming bigyan ng pansin, kaya maglagay tayo ng maliit na koponan dito upang talagang tuklasin kung ano ang maaaring gawin.'”

Noong 2019, binuksan ng GM ang Additive Innovation Lab (AIL), isang pasilidad na 4,000 sq. ft. sa Cole Engineering Center sa Global Technical Center.

Ayon kay Ali Shabbir, ang lab na ito ay ang korona ng programa ng GM sa additive education. Ito ay isang DIY maker space at learning center kung saan maaaring matutunan ng mga empleyado kung paano magdisenyo at mag-setup ng additive builds at post-process ng mga bahagi.

Sa maraming halimbawa ng matagumpay na paggamit ng GM ng 3D printing o additive manufacturing sa industriya ng sasakyan, ilan ang namumukod-tangi. Halimbawa, noong 2020, 3D printed ng kumpanya ang 75% ng mga bahagi para sa nonoperational prototype (hindi ang production vehicle) ng unang 2020 Chevy C8 Corvette, na nagbigay-daan sa mga inhinyero na pag-aralan ang huling proseso ng pag-assemble at tuklasin ang mga hamon sa produksyon.

Sa taong iyon, gumawa ang kumpanya ng mga additive parts para sa racing season ng Corvette C8.R, INDYCAR, NASCAR Camaro, at Silverado race teams.

Noong 2021, sa pamamagitan ng pakikipagtulungan nito sa GKN Additive Forecast 3D, 3D printed ng kumpanya ang 60,000 flexible na “spoiler closeout seals” upang makumpleto ang 30,000 Chevrolet Tahoe SUVs sa loob ng limang linggo. Ang tradisyonal na paraan ng produksyon— injection molding— ay maaaring tumagal ng mas matagal, hanggang 10 linggo.

Isinama rin ng GM ang mga 3D printed na bahagi, kabilang ang dalawang HVAC ducts at isang electrical harness holder, sa mga sasakyan ng Cadillac CT4-V at CT5-V Blackwing. Noong Oktubre 2022, inanunsyo nito ang pinaka-ambisyoso pa: ang $300,000 Cadillac CELESTIQ EV, na gagamit nang malawakan ng metal additive manufacturing para sa made-to-order na mga customizations.

Ayon sa taunang ulat nito para sa Fiscal year na nagtapos noong Disyembre 31, 2023, iniulat ng GM ang revenue na $171.8 bilyon, net income na naaayon sa mga stockholder na $10.1 bilyon, at EBIT-adjusted na $12.4 bilyon.

3. Daimler Truck

Ang Daimler Truck Holding AG ay isa sa pinakamalaking tagagawa ng komersyal na sasakyan sa buong mundo. Sa higit 40 production sites sa buong mundo at higit 100,000 empleyado, nag-aalok ito ng light, medium, at heavy-duty na mga trak, city at intercity na mga bus, mga coach, at bus chassis.

Inaangkin ng kumpanya na lubos itong nakinabang mula sa makabagong teknolohiya ng 3D printing. Ang halos 30 taon ng karanasan nito sa paggawa ng 3D printing prototype ay nailipat na ngayon sa serye ng produksyon na may mataas na pamantayan ng kalidad. Sa paggamit ng 3D printing, ang bus division ng Daimler ay maaaring mabilis, flexible, ekonomiko, at environmentally na tumugon sa agarang pangangailangan ng customer, kabilang ang paggawa ng mga espesyal na komponent tulad ng mga takip, hawakan, at iba’t ibang uri ng mga indibidwal na bracket.

Sinimulan ng Daimler’s “Centre of Competence for 3D Printing” ang pagsusuri sa higit 300,000 kasalukuyang bus spare parts nang detalyado hinggil sa kanilang pagiging angkop bilang 3D printed parts noong 2019. Mayroon na ngayon ang kumpanya ng ganap na Additive Manufacturing Solutions wing na nagdulot ng hanggang 80% na pagbawas sa oras ng procurement, nakilala ang higit 7,000 potensyal na 3D print components, at nakabuo ng portfolio ng higit 400 aprubadong spare parts na maaaring i-3D print.

Ayon kay Ralf Anderhofstadt, ang Head ng Center of Competence for Additive Manufacturing, Printing Shop & Media sa Daimler Buses, ang mga aktibidad ng kumpanya sa larangan ng additive manufacturing, ang “immense potential of the technology along the entire value chain has become evident step by step.” Bilang nakikita ni Ralf, ang mga oportunidad para sa negosyo ng Daimler, pati na rin para sa mga customer nito, ay sumasaklaw mula sa potensyal na pag-save hanggang sa mga bagong modelo ng negosyo.

Noong 2023, iniulat ng Daimler Truck ang revenue na 55,890 milyong Euro, isang malaking pagtaas mula sa 2022 na bilang na 50,945 milyong Euro.

Ang Hinaharap na Pananaw

Ang opinyon ay nananatiling hati kung ang 3D printing ay ganap na papalitan ang paggawa ng kotse sa hinaharap. Ayon kay Robert Willig, executive director, CEO, SME, dating Society of Manufacturing Engineers, maaaring wala nang ‘gigantic factory na may iba pang kagamitan kundi mga printer.’

Gayunpaman, ayon kay Luke Czinger, co-founder at COO ng Divergent Technologies, na kasalukuyang nakikipagtulungan sa anim na automaker, kabilang ang Mercedes-Benz, Aston Martin, Bugatti, at McLaren, ang 3D printing, lalo na sa mga suspension at bracing components, ay may mga katangian na maaaring mapabuti ang performance ng mga electric vehicle.

“Kahanga-hanga ang kwento ng EV para sa range. Kung makakatipid ka ng 20% hanggang 30% ng bigat sa iyong chassis structure, maaari mong dagdagan ang range o bawasan ang laki ng pack. Karaniwan para sa mga mas murang EV ito ay talagang makabuluhan para sa kakayahang kumita ng negosyo. Pagkatapos, mayroon ka rin ang sustainability aspect. Kung gumagawa ka ng mas magaan na sasakyan, magkakaroon ka ng mas kaunting tire wear, ngunit gagamit ka rin ng mas kaunting aluminyo, mas kaunting CO2 sa proseso ng paggawa.”

– Czinger

Naniniwala ang mga mananaliksik na ang lakas ng 3D printing sa paggawa ng mga kotse ay kaya nitong alisin ang paggamit ng sobrang materyal at, samakatuwid, ang hindi kailangang basura, pati na rin ang pangangailangan para sa mahabang ruta ng transportasyon at mga storage area, na malaki ang nababawasan sa mga epekto sa kapaligiran.

Sa kabuuan, ito ay isang promising na sustainable manufacturing method. Gayunpaman, kailangan nitong tugunan ang ilang bottlenecks upang maging tunay na matagumpay. Halimbawa, kailangan nitong magkaroon ng mahusay na kontrol sa kalidad ng produkto. Kailangan nitong alisin ang pangangailangan ng labis na post-processing, pagbutihin ang dami ng produkto, at harapin ang kakulangan ng mga pamantayan.

Para sa matagumpay na aplikasyon ng 3D printing sa industriya ng sasakyan, kinakailangan ang standardized na mga proseso at materyales. Ang kakulangan ng universal na pamantayan ay maaaring makahadlang sa interoperability sa pagitan ng iba’t ibang 3D printer at software, na nagpapahirap na makamit ang parehong performance kahit na sa magkaparehong process parameters.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang additive manufacturing at 3d printing stocks.