Автомобильный поставщик топливных систем YAPP Automotive Systems перевёл изготовление прототипов элементов топливного бака на промышленную SLS-печать и сократил затраты и сроки более чем на 80%. Решение построено на оборудовании TPM3D — 3D-принтере P360 и станции обработки порошка PPS360, для печати применяется стеклонаполненный полиамид Precimid1176Pro GF30 BLK. Селективное лазерное спекание (SLS) позволяет получать функциональные полимерные детали напрямую из CAD-данных, без оснастки.
В разработке топливных систем автомобиля изготовление прототипов традиционно ограничено дорогой оснасткой и длительными сроками. Оболочки топливных баков, внутренние перегородки и другие компоненты обычно делают вакуум-формованием по быстроизготавливаемой форме либо фрезерованием на станках с ЧПУ — обе схемы превращают каждую итерацию конструкции в дорогую и долгую операцию. Промышленная SLS-печать предлагает альтернативу: оснастка не нужна, детали изготавливаются непосредственно из CAD-данных, что ускоряет проверку прототипов и снижает стоимость разработки.
Замена оснастки и фрезерования на SLS-производство
Традиционное изготовление прототипа топливного бака часто требует отдельной оснастки. В зависимости от размера бака быстрая вакуум-форма стоит примерно 5 500–7 000 долларов США, а срок её изготовления составляет около 12–14 дней. Внутренние перегородки бака обычно фрезеруют из полиэтилена: это стоит примерно 400–800 долларов США за деталь и занимает от четырёх до семи дней.
Когда конструкция меняется — а при разработке это происходит часто — оснастку или программу обработки приходится переделывать, что увеличивает и затраты, и сроки проекта.
Чтобы ускорить разработку, поставщик топливных систем YAPP Automotive Systems внедрил промышленное SLS-решение TPM3D, объединив 3D-принтер P360 со станцией обработки порошка PPS360. Компания использует материал Precimid1176Pro GF30 BLK — стеклонаполненный PA12 — и изготавливает прототипы перегородок топливного бака напрямую из цифровых моделей.
Переход от фрезерования на стороне к собственному SLS-производству заметно сократил цикл разработки. Прототип перегородки теперь изготавливают в течение одного дня вместо примерно пяти — срок уменьшился примерно на 80%.
Снизилась и стоимость. Изготовление одной перегородки подешевело с примерно 625 долларов США до примерно 85 долларов США — на 87%.
После пескоструйной обработки напечатанные детали имеют достаточную точность и качество поверхности для сборки и функциональной оценки. Инженеры правят CAD-модель, печатают обновлённую деталь и завершают её проверку уже на следующий день — это ускоряет итерации конструкции.
Крупноформатные SLS-системы для прототипов оболочек топливного бака
Помимо отдельных компонентов, крупноформатные двухлазерные SLS-системы TPM3D — в том числе P550DL и S600DL — позволяют печатать прототипы крупных оболочек топливного бака цельной деталью.
По сравнению с традиционным вакуум-формованием стоимость изготовления полного прототипа топливного бака снижается с примерно 7 000 долларов США до примерно 1 250 долларов США, то есть примерно на 82%.
Сроки сокращаются с примерно 12 дней до двух — примерно на 83%.
TPM3D также разрабатывает SLS-системы метрового класса, рассчитанные на ещё более крупные автомобильные применения в будущем.
Функциональные испытания, а не только визуальные прототипы
В отличие от макетов, которые делают исключительно для оценки дизайна, напечатанные методом SLS элементы топливного бака можно использовать для функциональных испытаний в ходе разработки продукта.
Типичные сценарии проверки:
- Моделирование вибрации на шестиосном стенде: механическая прочность и изотропные свойства Precimid1176Pro GF30 BLK позволяют испытывать цельные напечатанные прототипы топливного бака на вибрационные и механические нагрузки. В них можно закладывать встроенные датчики для сбора данных о напряжениях и деформациях во время испытаний.
- Проверка герметичности и температурных характеристик: после постобработки и обработки герметиком напечатанные топливные баки можно оценивать на воздухонепроницаемость, водонепроницаемость и тепловые характеристики.
- Акустические испытания: напечатанные перегородки топливного бака позволяют быстро оценивать конструкции шумопонижения и сравнивать несколько вариантов, снижая затраты на разработку.
Эти возможности выводят SLS за рамки визуального прототипирования: инженерные команды проверяют характеристики изделия на более ранних этапах разработки и, где это уместно, переходят к мелкосерийному функциональному производству.
Цифровая разработка топливных систем автомобиля
Поскольку автопроизводители продолжают сокращать циклы разработки, аддитивное производство становится всё более практичным инструментом для изготовления прототипов и инженерной проверки.
Сочетание промышленного SLS-оборудования и инженерных полимерных материалов позволяет автомобильным разработчикам снизить зависимость от специальной оснастки, ускорить итерации конструкции и уменьшить стоимость прототипов.
Для таких задач, как топливные системы, где часто требуется несколько раундов проверки, SLS-печать даёт гибкий производственный процесс: он ускоряет принятие инженерных решений и сохраняет функциональные характеристики, необходимые для испытаний.